化工计算 (2) 第二章

第一章

绪
论
2.6 化学与新材料 几乎所有的领域对特殊功能的材料都有 强烈的需求愿望。

新型功能材料的设计与合成，是化学化 工的核心研究领域，有前途的新材料的创 制，是化学化工研究的永恒主题，它不仅 可以带动整个学科的发展，还可以使人类 彻底摆脱对自然资源和环境的依赖。
第 一 章

绪
论
人们可以在不同时间和空间尺度上研究物 质的形成与转化过程的化学本质和规律、 预测新材料的生态影响，用于新物质分子 的创造，最终设计出高效。环保、低能耗 的生产工艺。
第一章

绪
论
2.4
化学与能源问题

能源与环境是人类目前面临的两大问题。

当今地球负载人口过多，发展不太合理， 在过去的工业化进程中，许多宝贵资源被 过度消耗，大量污染物质直接排放到自然 环境中，致使人类赖以生存的环境受到严 重威胁。
第一章

绪
论
例如：化石燃料，人类生产生活的主要能源， 是人类进化千百万年的产物，人类经过200年的 不科学使用，这种不可再生能源日益枯竭，而且 对环境产生严重影响。 目前，迫切要求人类开发新能源： 氢能，核能，风能，热地能，太阳能，潮汐 能，生物质能等等，部分解决化石能源的耗尽危 机，同时减少环境的污染。 特别提及核能，我国目前有50多座核电站， “安全第一，稳步发展”
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第一章

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第一章
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第一章

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第一章

绪
论
越来越多的化学知识用于分析和解决社 会问题。比利时断桥事件（磷的作祟）。 当今社会所面临的问题同样和化学有着 密切的联系（能源危机，粮食问题，环境 污染）

高级萤光乳胶漆

这是一种具有白天吸 收光能，夜间可发出 柔和萤光的神奇功能 的涂料。每天可持续 发光6小时，发光功能 可维持4年不变，是一 种豪华的新型装饰材 料。
第2章
化工计算
第 2章

化工计算
一.化学计量学 二.物料衡算 三.热量衡算



一.化学计量学 1.反应物的摩尔比:
加入反应器中几种反应物之间的摩尔数之比,又称 投料比.

化学计量比:化学反应式的摩尔数之比. 2.限制反应物和过量反应物:
最小化学计量数存在的反应物,称为限制反应物. 其它反应物则是过量反应物.


Fra Baidu bibliotek

例题2 100mol苯胺,用硫酸烘焙磺化,测得生成 物中含有87mol对氨基苯磺酸,2mol未反应 完的苯胺,还有一定数量的焦油,求反应的转 化率,选择性,理论收率.

例题3 100kg苯胺（纯度99%，分子量93）, 用硫酸磺化精制后,得到生成物中含有 97%的对氨基苯磺酸钠217kg(分子量 231.2）,按苯胺计算,求反应的理论收率 和重量收率，原料消耗定额。

5mol氯苯，消耗10mol硝酸，投料10.70摩尔， 故硝酸过量 过量百分数= （10.7-10）/10 =7%

4.转化率XA：
某一反应物反应掉的量，占其投入量的百
分率
XA ＝Ｎ ／Ｎin *100% Ｎ =Ｎin-Ｎout 5.选择性S： SA=(Np*a/p)/(Na ,in - Na ,out )*100% 6.理论收率yp: yp =(Np*a/p)/ Na ,in *100% yp = XA*SA

越王勾践剑


例题8 工业苯中含苯95%，工业液氯含氯 99%，要求作出苯氯化制氯苯的物料 衡算，列表表示． 氯化的液相产物中含苯5%，氯苯 32%，二氯苯2.5%，三氯苯0.5%（不 包括原料带入的其它杂质，计算中忽 略过程损失）
三．热量衡算： 热量衡算的依据是能量衡算 （１）焓 物质所具能量 Ｈ＝Ｕ＋ＰＶ （２）显热 温度渐变引起的热量变化 （３）潜热 等温等压，发生相变所引起 的热量变化 气化热，熔融热，升华热 （４）反应热 伴随反应的热量变化

第一章

绪
论
住：水泥，石灰，油漆，玻璃，塑料，瓷 砖 行：汽油，柴油，润滑油，燃油添加剂， 防冻剂 日用：药品，洗涤剂，化妆品


人类衣食住行都与化学有关，人人都需要 化学制品

第一章

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2.2 化学与人类的健康 化学对人类健康起到至关作用。


血液检测，核磁共振----化学分析方法
吗啡 ，阿托品，奎宁（分离于鸦片，颠茄，金 鸡纳树树皮）---化学分离方法 癌症，艾滋病新药研制，甚至非典，流感等等


3.过量百分数:
过量反应物Ne超过限制反应物Nt所需理论量部分, 占所需理论量Nt的百分数.

例题1
氯苯二硝化为二硝基氯苯，投料摩尔数 为:氯苯5摩尔，硝酸10.70摩尔，求原料过 量百分数。 解：
ClC6H5 + 2HNO3 1 2 ClC6H3(NO3)2 + 2H2O 1 2

二、化学的社会功能
第一章
绪
论
2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7

化学与人类的衣食住行 化学与人类的健康 化学与能源问题 环境问题与化学化工 化学与保健 化学与新材料 化学与安全
第一章

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论
2.1
化学与人类的衣食住行

衣：尼龙的出现使纺织品的面貌焕然一新。 它是合成纤维的重大突破，同时也是高分子化学 的重要里程碑。
化学与保健
人类保健和化学化工的密切联系最直接的 体现是人们日常生活中需要的化学品。 例如：洗涤用品类，化妆用品类 随着物质文化水平的日益提高，洗涤用品 和化妆用品发展十分迅速。



第 一 章

绪
论
维护生态平衡，节约能源是未来洗涤工业 发展的方向。 化妆品将向天然性、生物性、疗效性、功 能性方向发展。 绿色化的设计、绿色化的技术，绿色化的 生产工艺是化学日用品生产企业的发展方 向，目前已经取得了巨大的技术突破。

原料经济、绿色合成已经是新时期合成化 学与化工发展的重要内涵。
第 一 章

绪
论
化学与安全 化学工程中的化学化工问题小到日常 饮食检测、大到国防工业，涉及合成、分 析、环境、材料等领域。

2.7
借助于绿色化学的理论、实践、安全 的密切关系，采用环境友好的技术和绿色 工艺，将使化学化工过程的危险性大大降 低甚至为零。

Ｒ Ｒ
7.重量收率

yw
yw = 目的产物重量／投入某原料重量
8.原料消耗定额

定额 =
投入某原料重量／目的产物重量
9.单程转化率，总转化率

Ｘ单 = XA =（ＮＲ／Ｎin ）反应器 Ｘ总 = （ＮＲ／Ｎin ）系统


二.物料衡算
（１）画出衡算对象的简单方框示意图，明确计 算对象． （２）图中标注所用到的数据（物料组成，物性 数据，工艺条件） （３）列出衡算涉及的反应，及反应或传质进行 的程度． （４）选择合适的计算基准． （５）列出物料衡算式． （６）如果计算结果项目多，采用列表方式，对 比结果，一目了然． （７）校核计算结果


第一章

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资料介绍：1900—2000年，世界人口平均寿命增 加20岁（45岁—65岁） 其中：日本人78岁，美国人79岁，中国人70岁 药物的研发，化学起到不可替代的作用 5.7% 为天然产物（引子） 27% 初始合成物 17% 保留活性中性的衍生物（俄罗斯大剧院反恐活 动所用麻醉剂,至今没有公开） 50% 海选有机合成物（动植物实验） 另有极少数海藻素
尼龙66，尼龙6，锦纶—聚酰胺，涤纶—聚酯 氨纶—内衣面料莱卡 未来服装：防蚊虫，防晒，免清洗， 多功能（游泳服，太空服，医用 服，防辐射等等）



第一章

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食：高效低毒绿色肥料和农药，抑制有害 生物，不会长期存留，健康人类，健康环 境
色、香、味、俱全的各种食品添加剂： 甜味素，防腐剂，香料，调味剂，色素， 蓬松剂，发酵剂

庙底沟彩陶
庙底沟彩陶
例题６ 天然气含有甲烷80%,乙烷5%，二 氧化碳10%，氮气5%，用50%过量空 气燃烧．天然气中的Ｃ有95%生成了 ＣＯ２，其余生成ＣＯ，Ｈ全部生成水， 求燃烧后烟气成分．

例题７ 用含有ＣaF2 96%，SiO2 4%的萤 石制备氢氟酸，萤石的分解率为95%， 使用93%的硫酸，用量超过理论值（分 解率为100%）的15%。求生产的原料 消耗定额（以100% HF计）

第一章

绪
论
2.3 环境问题与化学化工 传统化学工业对环境的污染非常严重。 但直到20世纪后期，人们才开始意识到这 个问题。而且恰恰是利用化学，才开始从 污染治理的角度，初步解决了问题。


第一章

绪
论
人类目前所做工作： （1）通过化学全面了解大气、土壤、 湖泊、海洋等复杂而又相互作用的世界。 （2）从各个层面上研究物质与环境的 相互作用。 （3）对化学产品在生态系统中的分布 状况和作用，做出实际可靠的评价，为制 定各种生态环境保护政策提供科学依据。
例题９ 石灰窑煅烧石灰．已知石灰石含 ＣaCO3 96%，焦炭中含C 89%,其余 为灰分，各化合物的生成热为 （Ｋj/mol) ：CaCO3 1206，CaO 635.1, CO2 393.5 .焦炭实际用量为石灰 石的 8%．若焦炭完全燃烧，石灰石完 全分解，求分解的热效率．

第一章

绪
论
不以偏概全，既看到利益又看到危害。 理性地、一分为二地看待化学，发现它的 危害，尽可能减少它的危害

绿色化学是21世纪化学发展的主题。
思考： 化学在现代社会中的地位及作用， 以及对社会发展的贡献
第 一 章

绪
论
开发无公害食品和绿色食品，采用绿色 原料，改进安全生产过程，开发绿色涂料， 减少对人身的危害，增加消防安全系数， 选择N，H，O元素含量高的无公害物质做原 料制造高能炸药，改善工人工作环境等等。 总之，绿色化学化工技术以及化工产品 对维护国家和人民的安全有着重要意义。

第 一 章



第 一 章

绪
论
人类这能源和环境两项问题的解决， 必须利用化学化工技术来解决，这也是 对化学家的挑战。

化学工业既带来负面的、消极的一 面，同时也带来正面的、积极的一面， 只有全面了解，才能正确判断，才能扬 长避短，科学对待问题，科学解决问题。
第一章

绪
论
2.5

例题4 苯氯化制氯苯，为了减少副产品二氯 苯的生成量，每100mol苯用40mol氯，反 应产物中含有38mol氯苯，1mol二氯苯， 还有61mol未反应的苯，经分离后回收 60mol苯，损失1mol苯，求反应单程转化 率，总转化率，生成氯苯的选择性，生成 氯苯的总收率。

例题5 石灰石含有CaCO3 90%,MgCO3 5%, 惰料4.5%，水份0.5%，燃烧时碳酸盐各有 95%分解。固体燃料完全燃烧。若不考虑 固体燃料灰渣混入，求生产１吨石灰所需 的石灰石量（原料消耗定额）．