1、第二章第二章 化工工藝基礎化工工藝基礎原料資源及其加工原料資源及其加工化工生產過程及流程化工生產過程及流程化工過程的主要效率指標化工過程的主要效率指標反應條件對化學平衡和反應速率的影響反應條件對化學平衡和反應速率的影響催化劑的性能及使用催化劑的性能及使用反應過程中的物料衡算和熱量衡算反應過程中的物料衡算和熱量衡算 講授內容講授內容第一節第一節 原料資源及其加工原料資源及其加工無機化學礦及其加工無機化學礦及其加工（自學）（自學）石油及其加工石油及其加工天然氣及其加工天然氣及其加工煤及其加工煤及其加工生物質及其加工生物質及其加工無無機化學礦及其加工機化學礦及其加工鹽礦、硫礦、磷礦、鉀鹽、鋁土礦、硼

2、礦、錳礦、鹽礦、硫礦、磷礦、鉀鹽、鋁土礦、硼礦、錳礦、鈦礦、鋅礦、鋇礦、天然沸石、硅藻土、鐵礦等鈦礦、鋅礦、鋇礦、天然沸石、硅藻土、鐵礦等 掌握掌握石油的組成；石油的組成； 原油一次加工和二次加工過程定義；原油一次加工和二次加工過程定義；掌握掌握催化重整、催化裂化、加氫裂化、等催化重整、催化裂化、加氫裂化、等石油加石油加 工工藝的定義、原料、產品性質及工藝原理工工藝的定義、原料、產品性質及工藝原理石油及其加工石油及其加工利用原油中各組分沸點的差別進行分離利用原油中各組分沸點的差別進行分離 常壓蒸餾和減壓蒸餾常壓蒸餾和減壓蒸餾石油石油一次加工一次加工石油石油加工加工石油一次加工得到主要產品石油一

3、次加工得到主要產品氣體（氣體（C1-C4烷烴），石腦油，煤油，柴油，烷烴），石腦油，煤油，柴油，蠟油，常壓渣油，減壓渣油蠟油，常壓渣油，減壓渣油 催化重整催化重整 （catalytic reforming） 催化裂化催化裂化 (catalytic cracking) 催化加氫裂化催化加氫裂化 (catalytic hydrocracking) 烴類熱裂解烴類熱裂解 （pyrolysis of hybrocarbons）二次加工二次加工 餾分油的化學加工餾分油的化學加工 調整烴類的組成調整烴類的組成催化裂化工藝：催化裂化工藝：是原料在催化劑的作用下是原料在催化劑的作用下, ,在在470-5304

4、70-530和和0.1-0.1-0.3MPa0.3MPa下下, ,發生裂解等一系列反應發生裂解等一系列反應, ,將重質原料油轉將重質原料油轉化為氣體、汽油、柴油等輕質產品和焦炭的工藝過化為氣體、汽油、柴油等輕質產品和焦炭的工藝過程。程。 催化裂化原料催化裂化原料減壓蠟油減壓蠟油, ,焦化蠟油焦化蠟油, ,常壓渣油常壓渣油, ,焦化蠟油焦化蠟油,脫瀝青油脫瀝青油催化裂化產品催化裂化產品 干氣干氣 C1-C2 5C1-C2 5 液化氣液化氣 C3-C4 10-16 C3-C4 10-16 汽油汽油 RON=88-90 30-60 RON=88-90 30-60 柴油柴油 CN40 20-40CN

5、褐煤褐煤 煙煤煙煤 無煙煤無煙煤 碳含量碳含量: 60-70%,70-80%,80-90, 90-93%: 60-70%,70-80%,80-90, 90-93% 煤及其加工利用煤及其加工利用l高溫干餾（煉焦）：高溫干餾（煉焦）：900-1100900-1100 焦碳、焦爐氣、粗苯、氨、煤焦油焦碳、焦爐氣、粗苯、氨、煤焦油l低溫干餾：低溫干餾：500-600500-600 半焦、低溫焦油、煤氣半焦、低溫焦油、煤氣l煤氣化：煤氣化：900-1300 900-1300 氫氣、一氧化碳氫氣、一氧化碳l煤液化（直接液化煤液化（直接液化 間接液化）間接液化） 烴類燃料、含氧化合物燃料烴類燃料、含氧化合物

6、燃料煤的加工方法煤的加工方法糠醛的生產糠醛的生產生物質及其加工利用生物質及其加工利用HC CHC5H10O5CCOCHO + 3 + 3 H2O 含多縮戊糖生物質在硫酸催化劑含多縮戊糖生物質在硫酸催化劑,180,180,1.0MPa,1.0MPa水解為戊糖，戊糖進一步水解為戊糖，戊糖進一步環化脫水制得糠醛環化脫水制得糠醛H2OH2O2(C2H10O5)n （淀粉）（淀粉）C12H22O11( (麥芽糖麥芽糖) )2C6H12O6( (葡萄糖）葡萄糖）C6H12O6酵母酵母2CH3CH2OH + 2CO2乙醇的生產乙醇的生產 丙二醇的生產丙二醇的生產 葡萄糖經微生物發酵葡萄糖經微生物發酵 生物柴

7、油生物柴油第二節第二節 化工生產過程及流程化工生產過程及流程化工生產過程化工生產過程 原料預處理原料預處理 化學反應化學反應 產品的分離和精制產品的分離和精制 化工生產工藝流程化工生產工藝流程 工藝流程和流程圖工藝流程和流程圖 化工生產工藝流程的組織化工生產工藝流程的組織產品分離與精制產品分離與精制 化學反應化學反應 原料預處理原料預處理 化工生產過程化工生產過程達到所需狀態和規格達到所需狀態和規格原料到產物的轉變原料到產物的轉變,核心核心得到符合規格的產品得到符合規格的產品回收利用副產物回收利用副產物 工藝流程和流程圖工藝流程和流程圖 原料需要經過包括物質和能量轉換的一系列加工，原料需要經過

8、包括物質和能量轉換的一系列加工，方能轉變成所需產品方能轉變成所需產品, ,按物料加工順序按物料加工順序將各功能單元將各功能單元有機地組合起來，則構筑成工藝流程。有機地組合起來，則構筑成工藝流程。生產工藝流程圖生產工藝流程圖工藝流程多采用圖示方法來表達，稱為工藝流程圖工藝流程多采用圖示方法來表達，稱為工藝流程圖(flow sheet(flow sheet或或process flowsheet)process flowsheet)。 化工生產工藝流程化工生產工藝流程常見的常見的生產工藝流程圖生產工藝流程圖 單元過程流程圖（單元過程流程圖（P26 圖圖2-9） 關鍵（主要）設備流程圖（關鍵（主要）設

9、備流程圖（P106，P86圖圖3-19） 原則工藝流程圖（一般是將單元過程和重要設備以框圖形原則工藝流程圖（一般是將單元過程和重要設備以框圖形式畫出來。式畫出來。P101，圖，圖3-32） PID圖（圖（Piping & Instrument Diagram，又稱帶控制點的，又稱帶控制點的工藝流程圖。包括所有的管路，反應器，儲罐，泵，換熱器工藝流程圖。包括所有的管路，反應器，儲罐，泵，換熱器等化工設備等化工設備,以及各種閥門等以及各種閥門等 ）化工生產工藝流程化工生產工藝流程化工生產工藝流程組織化工生產工藝流程組織工藝流程的組織是化工過程的開發和設計的工藝流程的組織是化工過程的開發和設計的 重

10、要環節。重要環節。是對化工過程進行：技術經濟評價、安全評是對化工過程進行：技術經濟評價、安全評 價、環境評價、能耗評價等的依據價、環境評價、能耗評價等的依據推論法推論法 功能法功能法 形態分析法形態分析法 從從“目標目標”出發尋找實現出發尋找實現“目標目標”的的“前提前提”，將，將不同功能的單元進行邏輯組合，形成具有整體功能不同功能的單元進行邏輯組合，形成具有整體功能的系統的系統化工工藝過程的化工工藝過程的 “洋蔥洋蔥”模型模型反應器反應器分離與再循環分離與再循環換熱網絡換熱網絡公用工程公用工程推論分析法推論分析法功能分析法功能分析法分析每個單元的基本功能和屬性，列出不同方案分析每個單元的基本

11、功能和屬性，列出不同方案不同功能單元的實施方法不同功能單元的實施方法不同設備型式不同設備型式不同流程方案不同流程方案形態分析法形態分析法對不同流程方案精確分析評價，擇優汰劣對不同流程方案精確分析評價，擇優汰劣原原 則則l 是否滿足所要求的技術指標是否滿足所要求的技術指標l 經濟指標的先進性經濟指標的先進性l 環境、安全和法律環境、安全和法律l 技術資料的完整性和可信度技術資料的完整性和可信度 例例 丙烯液相水合制異丙醇丙烯液相水合制異丙醇, ,在在20MPa20MPa和和200200300300及硅鎢酸催化劑水溶液中進行，該工藝異丙及硅鎢酸催化劑水溶液中進行，該工藝異丙醇選擇性為醇選擇性為98

12、989999，但尚有，但尚有30304040的丙的丙烯未反應，丙烯是價貴的原料，若直接排放既浪烯未反應，丙烯是價貴的原料，若直接排放既浪費又污染環境。因此，費又污染環境。因此，提高原料利用率是關鍵的提高原料利用率是關鍵的問題。問題。 將未反應的反應物從產物中分離出來，再返回反應將未反應的反應物從產物中分離出來，再返回反應器是一個有效的方法，這樣就需采用器是一個有效的方法，這樣就需采用循環流程循環流程。 丙烯液相水合制異丙醇流程方框圖丙烯液相水合制異丙醇流程方框圖壓縮壓縮壓縮壓縮水水和和反反應應分離分離精制精制丙烯丙烯水水異丙醇異丙醇循環丙烯循環丙烯催化劑水溶液催化劑水溶液 例例 丙烯氨氧化制丙

13、烯腈生產過程丙烯氨氧化制丙烯腈生產過程主反應：主反應： C C3 3H H6 6+NH+NH3 3+1/2O+1/2O2 2 CHCH2 2=CHCN=CHCN + H + H2 2O O主要副產物：主要副產物： HCN CHHCN CH3 3CNCN Q ? Q ?如何從吸收塔底流出的水溶液中分離出丙烯腈和副如何從吸收塔底流出的水溶液中分離出丙烯腈和副產物呢？產物呢？ 方案一：方案一：將丙烯腈和各副產物同時從水溶液中蒸發出將丙烯腈和各副產物同時從水溶液中蒸發出來，冷凝后再逐個精餾分離；來，冷凝后再逐個精餾分離； Q Q？ 丙烯腈丙烯腈(77.3)(77.3)與乙腈與乙腈(81.6)(81.6

14、)的沸的沸點相近，普通精餾方法難于將它們分離點相近，普通精餾方法難于將它們分離方案二：方案二： 采用萃取精餾法先將丙烯腈和采用萃取精餾法先將丙烯腈和HCNHCN解吸出來，乙腈留解吸出來，乙腈留在水溶液中，然后再分離丙烯腈和在水溶液中，然后再分離丙烯腈和HCNHCN 乙腈與水完全互溶，而丙烯腈在水中的溶解度很乙腈與水完全互溶，而丙烯腈在水中的溶解度很小，用水作萃取劑，使兩者精餾分離變得很容易小，用水作萃取劑，使兩者精餾分離變得很容易第三節第三節 化工過程的主要效率指標化工過程的主要效率指標 生產能力和生產強度生產能力和生產強度 化學反應的效率化學反應的效率合成效率合成效率 轉化率選擇性轉化率選擇

15、性 收率收率 平衡轉化率和平衡產率平衡轉化率和平衡產率生產能力生產能力 一個設備、一套裝置或一個工廠在單位時間內生產一個設備、一套裝置或一個工廠在單位時間內生產的產品量或處理的原料量的產品量或處理的原料量 單位單位 千克千克/ /時（時（kg/hkg/h） 噸噸/ /天天(t/d) (t/d) 萬噸萬噸/ /年年(10kt/a)(10kt/a) 設計能力：設計能力：在最佳條件下可以達到的最大生產能力在最佳條件下可以達到的最大生產能力設備的單位體積（或面積）的生產能力設備的單位體積（或面積）的生產能力 單位：單位： kg/hmkg/hm3 3，t/dmt/dm3 3， kg/hmkg/hm2 2

16、，t/dmt/dm2 2生產強度生產強度時空收率時空收率(催化劑的生產強度催化劑的生產強度) ) 單位時間、單位體積（質量）催化劑所得產品量單位時間、單位體積（質量）催化劑所得產品量或處理原或處理原料的量料的量有效生產周期有效生產周期 開工因子開工因子= =全年開工生產天數全年開工生產天數/365/365化學反應效率化學反應效率-合成效率合成效率原子經濟性原子經濟性AE(atom ecnomy)-B.M.Trost 環境因子環境因子-荷蘭荷蘭Sheldon%100jjjiiiMFMPAE目標產物質量廢物質量E P28例題計算例題計算轉化率轉化率 關鍵反應物的轉化率關鍵反應物的轉化率所謂關鍵反應

17、物指的是反應物中價值最高的組分，為所謂關鍵反應物指的是反應物中價值最高的組分，為使其盡可能轉化，常使其它反應組分過量。使其盡可能轉化，常使其它反應組分過量。對于不可逆反應，關鍵組分的轉化率最大為對于不可逆反應，關鍵組分的轉化率最大為100%100%；對于可逆反應，關鍵組分的轉化率最大為其平衡轉對于可逆反應，關鍵組分的轉化率最大為其平衡轉化率。化率。 （反應器）（反應器）（反應系統）（反應系統）循循 環環 流流 程程該反應物的轉化總量應物的量轉化為目的產物的某反S表達主、副反應進行程度的大小表達主、副反應進行程度的大小反映原料的利用是否合理反映原料的利用是否合理選擇性選擇性 S= S= 實際所得

18、目的產物量實際所得目的產物量 按某反應物的轉化總量計算得到的目的產物理論量按某反應物的轉化總量計算得到的目的產物理論量 從產物角度來描述反應過程的效率從產物角度來描述反應過程的效率？單程收率？單程收率 總收率總收率？平衡轉化率平衡產率？平衡轉化率平衡產率？轉化率、選擇性和收率的關系？轉化率、選擇性和收率的關系(Y=SX)(Y=SX) 該反應物的起始量應物的量轉化為目的產物的某反Y收率收率( (產率產率) )質量收率質量收率 指投入單位質量的某原料所能生產的目的產物的質量指投入單位質量的某原料所能生產的目的產物的質量 目的產物的質量目的產物的質量 Y Ym m 某原料的起始質量某原料的起始質量溫

19、度的影響溫度的影響 溫度對化學平衡的影響；溫度對化學平衡的影響； 溫度對反應速率的影溫度對反應速率的影響響濃度的影響濃度的影響 反應物濃度對化學平衡和反應速率的影響反應物濃度對化學平衡和反應速率的影響 提高反應物濃度的方法提高反應物濃度的方法壓力的影響壓力的影響 第四節第四節 化學反應條件化學反應條件 對化學平衡和反應速率的影對化學平衡和反應速率的影響響不可逆反應不可逆反應-不考慮不考慮可逆反應，平衡常數與溫度的關系可逆反應，平衡常數與溫度的關系CRTHK)303. 2/(log0溫度的影響溫度的影響 l 吸熱反應吸熱反應標準反應焓差標準反應焓差HH00，K K值隨著溫度升值隨著溫度升高而增大

20、高而增大, ,有利于平衡產率增加有利于平衡產率增加l 放熱反應放熱反應標準反應焓差標準反應焓差HH00，K K值隨著溫度升值隨著溫度升高而減小，降低溫度使平衡產率增加高而減小，降低溫度使平衡產率增加溫度對溫度對化學平衡化學平衡的影響的影響 溫度對溫度對反應速率反應速率的影響的影響l總是隨溫度的升高而增加總是隨溫度的升高而增加l 不可逆反應，產物生成速率隨溫度的升高而加快不可逆反應，產物生成速率隨溫度的升高而加快l 可逆吸熱反應，可逆吸熱反應，凈速率凈速率隨溫度的升高而增高隨溫度的升高而增高l 可逆放熱反應，在可逆放熱反應，在最佳反應溫度最佳反應溫度下下凈反應速率凈反應速率最大最大K=AK=Ae

21、xp(-E/exp(-E/RT)RT)阿類尼烏斯方程阿類尼烏斯方程a aA+A+b bB B d d D D可逆放熱反應可逆放熱反應, ,凈速率隨溫度變化的三種可能凈速率隨溫度變化的三種可能溫度較低時溫度較低時, ,凈反應速率隨溫度的升高而增高凈反應速率隨溫度的升高而增高超過某值后超過某值后, ,凈反應速率隨溫度的升高而降低凈反應速率隨溫度的升高而降低凈反應速率極大值凈反應速率極大值最佳反應溫度最佳反應溫度濃度的影響濃度的影響反應物濃度對反應平衡的影響：反應物濃度對反應平衡的影響：反應物濃度越高，反應物濃度越高，越有利于平衡向產物方向移動使廉價易得的反應越有利于平衡向產物方向移動使廉價易得的反

22、應物過量，提高價貴難得反應物的利用率物過量，提高價貴難得反應物的利用率反應物濃度對反應速度的影響：反應物濃度對反應速度的影響：反應物濃度愈高，反應物濃度愈高，反應速率愈快。反應初期，反應物濃度高，反應速反應速率愈快。反應初期，反應物濃度高，反應速率大；末期率大；末期反應物濃度降低，反應速率減小反應物濃度降低，反應速率減小提高反應物濃度的方法提高反應物濃度的方法液相反應液相反應-溶劑提高溶解度溶劑提高溶解度, ,蒸發或冷凍產物蒸發或冷凍產物氣相反應氣相反應-壓縮或降低惰性物含量壓縮或降低惰性物含量可逆反應可逆反應反應物濃度和平衡濃度之差（反應推反應物濃度和平衡濃度之差（反應推 動力）動力）, ,

23、反應遠離平衡反應遠離平衡-反應精餾等反應精餾等對固相和液相反應的影響：對固相和液相反應的影響：影響較小影響較小 對氣相反應平衡的影響對氣相反應平衡的影響 分子數增加的反應，降低壓力可以提高平衡產率分子數增加的反應，降低壓力可以提高平衡產率 分子數減少的反應，提高壓力可以提高平衡產率分子數減少的反應，提高壓力可以提高平衡產率 分子數不變的反應，壓力對平衡產率無影響分子數不變的反應，壓力對平衡產率無影響壓力的影響壓力的影響壓力對反應平衡的影響壓力對反應平衡的影響壓力對氣相反應速率的影響壓力對氣相反應速率的影響 一定范圍內加壓，對加快反應速率有一定好處，但一定范圍內加壓，對加快反應速率有一定好處，但

24、 壓力過高，反而不經濟壓力過高，反而不經濟惰性氣體對反應速率和平衡產率的影響惰性氣體對反應速率和平衡產率的影響 惰性氣體的存在，降低反應物的分壓，對反應速率惰性氣體的存在，降低反應物的分壓，對反應速率 不利，但有利于分子數增加反應的平衡產率不利，但有利于分子數增加反應的平衡產率催化劑的作用催化劑的作用催化劑的基本特征催化劑的基本特征催化劑的分類催化劑的分類 工業催化劑的使用工業催化劑的使用 第五節第五節 催化劑的性能及使用催化劑的性能及使用催化劑的定義催化劑的定義 能夠改變某一化學反應速率，但在反應前后的數量能夠改變某一化學反應速率，但在反應前后的數量 和化學性質不變的物質。和化學性質不變的物

25、質。 自催化作用自催化作用 化學反應所產生的產物加快了反應速度的現象化學反應所產生的產物加快了反應速度的現象負催化劑或阻化劑負催化劑或阻化劑 降低化學反應速率的物質降低化學反應速率的物質催化劑概念催化劑概念催化劑的作用催化劑的作用 提高反應速率和選擇性提高反應速率和選擇性 改進操作條件改進操作條件 催化劑有助于開發新的反應過程，發展新催化劑有助于開發新的反應過程，發展新 的化工技術的化工技術 催化劑在能源開發和消除污染中可發揮重催化劑在能源開發和消除污染中可發揮重 要作用要作用催化劑的基本特征催化劑的基本特征催化劑是參與了反應的，但反應終了時，催化劑是參與了反應的，但反應終了時， 催催化劑本身

26、未發生化學性質和數量的變化化劑本身未發生化學性質和數量的變化 催化劑只能縮短達到化學平衡的時間（即加速催化劑只能縮短達到化學平衡的時間（即加速作用），但不能改變平衡作用），但不能改變平衡 催化劑具有明顯的選擇性，特定的催化劑只能催化劑具有明顯的選擇性，特定的催化劑只能催化特定的反應催化特定的反應 催化劑的分類催化劑的分類 按催化反應體系的物相均一性按催化反應體系的物相均一性 均相催化劑均相催化劑 非均相催化劑非均相催化劑 按反應類別按反應類別 加氫、脫氫、氧化、裂化、水合、聚合、烷基化、加氫、脫氫、氧化、裂化、水合、聚合、烷基化、異構化、芳構化、羰基化、鹵化異構化、芳構化、羰基化、鹵化 按反應

27、機理按反應機理 氧化還原型催化劑、酸堿催化劑氧化還原型催化劑、酸堿催化劑 按使用條件下的物態按使用條件下的物態 金屬催化劑、氧化物催化劑、硫化物催化劑、金屬催化劑、氧化物催化劑、硫化物催化劑、酸催化劑、堿催化劑、絡合物催化劑和生物催酸催化劑、堿催化劑、絡合物催化劑和生物催化劑化劑工業催化劑的使用性能工業催化劑的使用性能 活性活性 選擇性選擇性 壽命壽命 l 化學穩定性化學穩定性l 熱穩定性熱穩定性l 力學性能穩定性力學性能穩定性 耐毒性耐毒性影響壽命的因素影響壽命的因素 許多固體催化劑在出售時的狀態一般是較穩定的，許多固體催化劑在出售時的狀態一般是較穩定的，這種穩定狀態不具有催化性能，使用前對

28、其進行活這種穩定狀態不具有催化性能，使用前對其進行活化，使其轉化成具有活性的狀態。化，使其轉化成具有活性的狀態。 不同類型的催化劑要用不同的活化方法，有還原，不同類型的催化劑要用不同的活化方法，有還原，氧化，硫化，酸化、熱處理等等氧化，硫化，酸化、熱處理等等催化劑的活化催化劑的活化 失活原因失活原因 超溫過熱，使催化劑表面發生燒結，晶型超溫過熱，使催化劑表面發生燒結，晶型 轉變或物相轉變；轉變或物相轉變； 原料氣中混有毒物雜質，使催化劑中毒；原料氣中混有毒物雜質，使催化劑中毒； 有污垢覆蓋催化劑表面有污垢覆蓋催化劑表面催化劑的失活和再生催化劑的失活和再生 暫時性中毒是可逆的，當原料中除去毒物后

29、，催暫時性中毒是可逆的，當原料中除去毒物后，催化劑可逐漸恢復活性化劑可逐漸恢復活性 永久性中毒則是不可逆的。永久性中毒則是不可逆的。 催化劑積碳可通過燒碳再生催化劑積碳可通過燒碳再生無論是暫時性中毒后的再生，還是積碳后的再生，無論是暫時性中毒后的再生，還是積碳后的再生，均會引起催化劑結構的損傷，致使活性下降均會引起催化劑結構的損傷，致使活性下降催化劑再生催化劑再生反應過程的物料衡算反應過程的物料衡算 物料衡算的基本方程物料衡算的基本方程 間歇操作的物料衡算間歇操作的物料衡算 穩定流動過程的物料衡算穩定流動過程的物料衡算反應過程的熱量衡算反應過程的熱量衡算 原理與步驟原理與步驟 反應過程中涉及焓

30、變反應過程中涉及焓變 第六節第六節 反應過程的物料衡算和熱量衡算反應過程的物料衡算和熱量衡算 通過物、熱衡算，計算生產過程的原料消耗指通過物、熱衡算，計算生產過程的原料消耗指標、熱負荷和產品產率等，為設計和選擇反應器和標、熱負荷和產品產率等，為設計和選擇反應器和其它設備的尺寸、類型及臺數提供定量依據；其它設備的尺寸、類型及臺數提供定量依據； 核查生產過程中各物料量及有關數據是否正常，核查生產過程中各物料量及有關數據是否正常，有否泄漏，熱量回收、利用水平和熱損失的大小，有否泄漏，熱量回收、利用水平和熱損失的大小，從而查出生產上的薄弱環節和限制部位，為改善操從而查出生產上的薄弱環節和限制部位，為改

31、善操作和進行系統的最優化提供依據。作和進行系統的最優化提供依據。物料衡算和熱量衡算的意物料衡算和熱量衡算的意義義衡算系統的物料衡算通式衡算系統的物料衡算通式輸入物料的總質量輸入物料的總質量 = = 輸出物料的總質量輸出物料的總質量 + + 系統內積累的物料質量系統內積累的物料質量理論依據理論依據: : 質量守恒定律質量守恒定律 反應過程的物料衡算反應過程的物料衡算間歇操作過程的物料衡算間歇操作過程的物料衡算以每批生產時間為基準以每批生產時間為基準輸入物料量：每批投入的所有物料質量的總和輸入物料量：每批投入的所有物料質量的總和（包括反應物、溶劑、充入的氣體、催化劑等）（包括反應物、溶劑、充入的氣

32、體、催化劑等）輸出物料量：該批卸出的所有物料質量的總和輸出物料量：該批卸出的所有物料質量的總和（包括目的產物、副產物、剩余反應物、抽出的（包括目的產物、副產物、剩余反應物、抽出的氣體、溶劑、催化劑等）氣體、溶劑、催化劑等）投入料總量與卸出料總量之差為殘存在反應器內投入料總量與卸出料總量之差為殘存在反應器內的物料量及其它機械損失的物料量及其它機械損失穩定流動過程的物料衡算穩定流動過程的物料衡算系統中各點的參數（溫度、壓力、濃度和流量等）系統中各點的參數（溫度、壓力、濃度和流量等）不隨時間而變化，系統中沒有積累不隨時間而變化，系統中沒有積累輸入系統的物料總質量輸入系統的物料總質量 = = 輸出系統

33、的物料總質量輸出系統的物料總質量組分衡算組分衡算 （mmi i）入入 = =（mmi i）出出+ m+ mi i 原子衡算原子衡算 輸入物料中所有原子的輸入物料中所有原子的摩爾數摩爾數之和之和 = = 輸出物料輸出物料中所有原子的中所有原子的摩爾數摩爾數之和之和 物料衡算的步驟物料衡算的步驟繪出流程的方框圖，以便選定衡算系統繪出流程的方框圖，以便選定衡算系統寫出化學反應方程式并配平寫出化學反應方程式并配平選定衡算基準選定衡算基準( (一般單位質量原料或產品，單一般單位質量原料或產品，單位時間位時間),),以計算方便為原則以計算方便為原則收集或計算必要的各種數據收集或計算必要的各種數據設未知數，

34、列方程式組，聯立求解設未知數，列方程式組，聯立求解計算和核對計算和核對報告計算結果報告計算結果衡算原理：衡算原理：輸入能量輸入能量= =輸出能量輸出能量+ +累計能量累計能量 穩態連續，累計能量穩態連續，累計能量=0=0 反應過程的熱量衡算反應過程的熱量衡算熱量衡算的步驟熱量衡算的步驟首先要確定衡算對象，即明確系統及其周圍環境的首先要確定衡算對象，即明確系統及其周圍環境的范圍范圍選定物料衡算基準，物、熱衡算方程式要聯立求解，選定物料衡算基準，物、熱衡算方程式要聯立求解，均應有同一物料衡算基準均應有同一物料衡算基準確定溫度基準，多以確定溫度基準，多以298K298K（或（或273K273K）為基

35、準溫度）為基準溫度注意物質的相態，計算相應的焓變注意物質的相態，計算相應的焓變反應過程中涉及焓變反應過程中涉及焓變涉及涉及: :相變過程的焓變相變過程的焓變 反應的焓變反應的焓變( (在相同的始末溫度和壓力條件下，在相同的始末溫度和壓力條件下，由反應物轉變為產物并且不做非體積功的過程焓變）由反應物轉變為產物并且不做非體積功的過程焓變）反應熱反應熱 顯焓變顯焓變（無相焓變和化學焓變，只有溫度和（無相焓變和化學焓變，只有溫度和 壓力變化）壓力變化）焓是狀態函數焓是狀態函數,與變化途徑無關與變化途徑無關非標準狀態下反應過程的總焓變非標準狀態下反應過程的總焓變H=Hout-Hin=H1+H2+HR+H3+H46 6（反應反應CO+H2O=H2+CO2平衡常數平衡常數）（1 1）繪出流程的方框圖，以便選定衡算系統）繪出流程的方框圖，以便選定衡算系統（2 2）寫出化學反應方程式并配平）寫出化學反應方程式并配平CHCH4 4+H+H2 2O=CO+HO=CO+H2 2,