3.1 化工计算基础

Pa· s，W/(m· K)，N/m
3.1 化工计算基础
3.1.1 因次与单位

单位制度——基本单位和导出单位的总和。
（1）国际单位制（SI制）
SI词头和倍数单位： 在SI单位前加一个表示十进倍数（或分数） 的词头就构成SI倍数（或分数）单位。 MPa，kJ，mg，nm
3.1 化工计算基础
3.1.1 因次与单位
3.1 化工计算基础
3.1.2 常用物性数据的获取

相变热——估算方法
因次式（量纲式） 由因次组成的表示物理量特性的式子。 如：速度(L/t)、密度(M/L3)。 单位 因次的具体体现。同一因次有不同的单位。


3.1 化工计算基础
3.1.1 因次与单位

单位制度——基本单位和导出单位的总和。
（1）国际单位制（SI制）
基本单位：长度(m)、质量(kg)、时间(s)、
2
pc
0.34 p
M
atm
Vc 40 V cm3/mol
3.1 化工计算基础
3.1.2 化工基础数据的获取

临界常数
（1）有机化合物临界常数的计算
基团贡献法应用注意问题：


不同手册上提供的公式可能不同，需要查找与公 式相匹配的贡献值。 基团的划分要正确，保证结构与表中所给一致。 分清环系与非环系； 基团数量要准确； 不同的物性数据对应不同的基团贡献值。
3.1 化工计算基础
3.1.2 化工基础数据的获取

临界常数
例3-3 计算氯苯的临界常数。 已知 M 112 .5 Tb 405.2K
解： 计算得
Tc =630.06K pc=44.84atm Vc =310mL/mol
实验值 Tc=632.4K pc=44.6atm Vc =308mL/mol
常见导出单位：
力(dyn)、压力(dyn/cm2或atm)、能量(erg)
热量(cal)、黏度(P)
3.1 化工计算基础
3.1.1 因次与单位

单位制度
（2）米制 绝对米制：基本单位有长度、质量、时间。 MKS制 基本单位：长度(m)、质量(kg)、时间(s)
常见导出单位：
力(N)、压力(N/m2或atm)、能量(J)
3.1 化工计算基础
3.1.1 因次与单位

单位制度
（3）英制
绝对英制（英尺· 磅· 秒/FPS制） 基本单位：长度(ft)、质量(lb)、时间(s)。 重要导出单位：力(Pdl) 1Pdl=1 lb· ft/s2
3.1 化工计算基础
3.1.1 因次与单位

单位制度
（3）英制
英工程制 基本单位：英尺(ft)、磅力(lbf)、秒(s)。 重要导出单位：质量工程单位(Slug) 1Slug=1lbf/(ft/s2)=32.2lb 美工程制 基本单位：英尺(ft)、磅力(lbf)、 磅质(lbm)、秒(s)。
例3-1 25℃时水的黏度为0.8937厘泊，换算成 千克/(米· 时)及帕· 秒。
3.1 化工计算基础
3.1.1 因次与单位
例3-2 理想气体状态方程为 pV 0.08206 ， T
T 的单位 其中 p 的单位为atm， V 的单位是L/mol， 是K，式中常数0.08206的单位是什么？如各物理 量单位采用国际单位制表示，则常数应为多少？

热容
固体热容与温度关系： C p a bT cT 2
估算方法：柯柏法 20℃
C p C pa N
（5）固体热容
式中C pa 是分子中原子的热容，N 是该分子中 同种原子的数目。
3.1 化工计算基础
3.1.2 常用物性数据的获取

热容
对于理想混合物 C p C pi yi
（5）混合物热容
n b T n c T n d T
3
式中 ni 为基团 i 的数目，ai ,bi ,ci , di 为各基团 的贡献值，可查表得到。
3.1 化工计算基础
3.1.2 常用物性数据的获取

热容
（1）理想气体热容
例3-5 估算在800K时气态3-甲基噻吩的理想
气体热容。
3.1 化工计算基础
3.1 化工计算基础
3.1.2 化工基础数据的获取

化工基础数据分类：
（1）基本物性数据 如临界常数、密度、蒸汽压等。 （2）热力学物性数据 如内能、焓、熵、热容等。
（3）化学反应和热化学数据 如反应热、生成热、活化能等。 （4）传递参数 如黏度、扩散系数、导热系数等。
3.1 化工计算基础
3.1.2 化工基础数据的获取
3.1 化工计算基础
3.1.1 因次与单位

单位换算
（1）单位换算方法
① 查出换算系数，写成比例形式。
② 将数字和单位代入，进行连乘或连除计算。 化工中的几个重要单位: 密度、黏度、压力、表面张力、功（率）等 （2）因次方程的单位换算 换算原则：等式两端各项的因次和单位相同。
3.1.1 因次与单位

密度和比重
（1）气体密度 标准状态（0℃，1atm）下理想气体的密度
pM M 0 RT 22 .4
kg/m3
其他状态下理想气体密度 0T0 p
p0 T pM 真实气体的密度 ZRT
3.1 化工计算基础
3.1.2 化工基础数据的获取

密度和比重

（2）液体密度
用临界参数求饱和液体的密度经验公式

作业
1.一表面张力的值为0.07297 N/m ，将其换算为 dyn/cm、kgf/cm、 lbf/ft 。 2.20%的蔗糖溶液在20℃时的黏度是1.967 mPa· s， 将其换算为cP 、kg/(m· h)、kgf· s/m2。 3.苯的热容为0.416kcal/(kg· ℃)，换算为J/(mol· K)。
3.1.2 化工基础数据的获取

蒸汽压
B T C
1
Antoine经验公式 ln ps A Lee-Kesler蒸汽压方程
ln prs f
0
0
Tr f Tr
6.09648 6 f Tr 5.92714 1.28862ln Tr 0.169347 Tr Tr 15.6875 6 1 f Tr 15.2518 13.4721 ln Tr 0.43577 Tr Tr
3.1.2 常用物性数据的获取

热容
采用普遍化热容差图求取。
步骤：① 先求出 Tr , pr ； ② 查图得到 C p ；
0 ③ 计算 C p C p C p 。
（2）真实气体热容
注：该方法对强极性物质及临界点附近时 误差较大。
3.1 化工计算基础
3.1.2 常用物性数据的获取

热容
解：划分基团，查得基团贡献值如下表：
基团 基团数量 =CH =C5 1
T
p
0.154 0.154
V
N T
Np
N V
0.011 0.011
37 36
0.055 0.011
0.770 0.154
185 36
-Cl
1
0.017
0.320
49
0.017
0.083
0.320
1.244
49
270

单位制度
（1）国际单位制（SI制）
优点： • 结构合理、完整、严密； • 各单位都规定有科学而明确的概念； • 在各个科学技术领域内都能通用； • 由基本单位构成的导出单位，不带任何数值因 素，换算方便。

我国采用中华人民共和国法定计量单位！
3.1 化工计算基础
3.1.1 因次与单位

单位制度
（2）米制 绝对米制：基本单位有长度、质量、时间。 CGS制(物理制） 基本单位：长度(cm)、质量(g)、时间(s)
3.1 化工计算基础
3.1.1 因次与单位
课堂练习
进行下列单位换算：
1.某设备的表压强为300kPa，换算为atm、bar、 mmHg、dyn/cm2、 kgf/cm2 。 2.汞在20℃的导热系数为6.8kcal/(m· h· ℃) ，换算 成SI单位。
3.1 化工计算基础
3.1.1 因次与单位
3.1 化工计算基础
3.1.2 常用物性数据的获取

相变热
估算方法
（1）特鲁顿(Trouton)法则
H v bTb
蒸发热（冷凝热） H v 熔融热（凝固热） H m H H s 升华热（凝华热）
v
计算正常沸点下的蒸发热（沸点法）。
kJ/mol
式中 Tb 为正常沸点，K；b为常数，对非极性液体， b=0.088，对于水与低分子醇类b=0.109。
3.1 化工计算基础
3.1.2 化工基础数据的获取

密度和比重
例3-4 （1）计算310K时饱和液氨的密度。已知 TC 405.6K, pC 111.3atm ， Z c=0.242 Vc=72.5cm3/mol ， （2）计算液氨在350K、110atm下的密度值。
3.1 化工计算基础

化工基础数据获取方法：
（1）查找手册或文献；
（2）估算（基团贡献法和对比状态法）；
（3）实验测定。
3.1 化工计算基础
3.1.2 化工基础数据的获取

临界常数
（1）有机化合物临界常数的计算
基团贡献法：按照基团对临界参数的贡献值进 行加和计算。 正常沸点 Tb Tc 2 K
0.567 T T
3.1 化工计算基础
3.1.2 常用物性数据的获取

热容
（1）理想气体热容 0 2 3 C p a bT cT dT 式中 a, b, c, d 可查表得到，注意温度的使用 范围和单位形式。 当查不到数据时可采用基团贡献法得到
C ni ai
0 p 2 i i i i i i

物质的量(mol)、热力学温度(K)、
发光强度(cd)、电流强度(A)。
辅助单位：平面角单位（弧度）、 球面角单位（球面度）。
3.1 化工计算基础
3.1.1 因次与单位

单位制度——基本单位和导出单位的总和。
（1）国际单位制（SI制）
导出单位：根据物理学规律由基本单位导出的 其他物理量的单位。
① 由基本单位表示的导出单位；kg/m3，m/s ② 具有专有名称的SI导出单位；N，Pa，J ③ 用专有名称和基本单位表示的SI导出单位。
第三章 化工计算
主要内容

化工计算基础

因次与单位 化工基础数据的获取

物料衡算 热量衡算
3.1 化工计算基础
学习要求

掌握不同单位制度的基本单位 熟练进行常用单位的换算


了解化工常用基础数据类型
掌握化工常用基础数据的估算方法
3.1 化工计算基础
3.1.1 因次与单位

因次（量纲） 表示物料性质或状态的基本物理量。 如：长度(L)、质量(M)、时间(t)、温度(T)等。
V s Vc Z c
(1Tr ) 0.2857
式中 Vs 为饱和液体的摩尔体积。
3.1 化工计算基础
3.1.2 化工基础数据的获取

密度和比重
用对比参数求液体的密度（对比状态法）
计算 Tr , pr 由 Tr , pr 查图得 r
（2）液体密度

查得 c、Tc 、pc
由 r 计算得 r c
3.1 化工计算基础
3.1.2 化工基础数据的获取
密度和比重 比重 d ：物质与同体积的基准物的质量比。

di i / 基准物
25 液体和固体的基准物通常是水。如 d 4 是指 25℃的该物质与同体积的4℃的水的质量比。
气体的基准物通常是标态的空气。
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3.1 化工计算基础
3.1.2 化工基础数据的获取
例3-6 计算400K和50atm时乙烷蒸汽的热容。
（3）真实气体热容
3.1 化工计算基础
3.1.2 常用物性数据的获取

热容
压力的影响可忽略，但温度的影响不能忽略。
估算方法：对有机物采用基团贡献法。需注意 求取的是20℃的热容值。
（3）液体热容
3.1 化工计算基础
3.1.2 常用物性数据的获取
热量(kcal)、功率(W)
3.1 化工计算基础
3.1.1 因次与单位

单位制度
（2）米制

工程米制： 基本单位：长度(m)、力(kgf)、时间(s) 1kgf表示1kg物质在地表受到的重力。 1kgf=1kg×9.81m/s2=9.81N
常见导出单位： 压力(kgf/m2)、能量(kgf· m) 1质量工程单位= 1kgf· s2/m=9.81kg
3.1 化工计算基础
3.1.2 化工基础数据的获取

临界常数
Tb / Tc 0.614
（2）无机化合物及非金属元素临界常数的计算
（3）金属元素临界常数的计算
Tc 0.4T
1.254 b
3.1 化工计算基础
3.1.2 化工基础数据的获取

临界常数
例3-3 计算氯苯的临界常数。 已知 M 112 .5 Tb 405.2K