3.1.化工过程的参数
化工工艺技术规程国家标准
化工工艺技术规程国家标准化工工艺技术规程是对化工生产过程中的工艺流程、操作要求、设备选型、运行参数等进行规范化的文件。
国家标准则是对化工工艺技术规程进行统一规范的标准文件。
下面是一份化工工艺技术规程国家标准的范例：化工工艺技术规程国家标准1.引言本标准适用于化工工艺生产过程中各个环节的技术规程制定与执行。
2.术语和定义2.1 化工工艺：指化学原料或能料在一定条件下，通过一系列的操作步骤转化为所需产物的过程。
2.2 工艺规程：指对化工工艺过程进行详细描述的文件，包括配方要求、操作步骤、操作参数等内容。
3.工艺规程制定与修订程序3.1 工艺规程的制定与修订由化工生产企业的工艺工程师或技术人员负责。
3.2 工艺规程制定与修订过程中，需经过审查、评审、公示等环节，确保规程的科学性与可操作性。
4.工艺规程内容4.1 配方要求：明确化工生产过程中所需的原料及其比例。
4.2 操作步骤：详细描述化工生产过程中的各个操作步骤及其顺序。
4.3 操作参数：包括温度、压力、pH值、搅拌速度等操作参数的设定与控制要求。
4.4 设备选型：说明化工生产过程中所需设备的种类、规格及要求。
4.5 安全措施：列出化工生产过程中所需的各项安全措施，包括防火、防爆、防毒等要求。
5.工艺规程执行与管理5.1 工艺规程的执行由操作人员和相关技术人员负责。
5.2 工艺规程的执行过程中，需进行记录，包括操作时间、操作温度、操作压力等重要参数的记录。
5.3 工艺规程的执行过程中，如发现问题或异常情况，应及时进行处理，并进行记录和报告。
6.工艺规程的审查与验收6.1 工艺规程制定或修订完成后，需进行审查与评审。
6.2 工艺规程的审查与评审应由相关技术人员和管理人员参与。
6.3 工艺规程的审查与评审通过后，进行公示，并进行相应的修订。
7.工艺规程的培训与教育7.1 工艺规程的制定或修订完成后，需对操作人员进行培训与教育。
7.2 培训与教育内容应包括工艺规程的内容、操作要求、安全措施等内容。
第三章 多组分精馏和特殊精馏(化工分离过程)
3.1.3 最少理论板数（Nm）和组分分配
全回流对应最少理论板数，但全回流下无产品采出， 因此正常生产中不会采用全回流。 什么时候采用全回流呢？
1、开车时，先全回流，待操作稳定后出料。 2、在实验室设备中，研究传质影响因素。 3、工程设计中，必须知道最少板数。
最少理论板数的计算
Fenske（芬斯克）方程推导前提： 1、塔顶采用全凝器，（若采用分凝器，则分凝器为第1块塔板） 2、所有板都是理论板。
一、关键组分（Key Components）
Na=串级数(2)＋分配器(1)＋侧线采出
F
(0)＋传热单元(2) = 5
已被指定的可调变量： （1）进料位置；（2）回流比； （3）全凝器饱和液体回流或冷凝 器的传热面积或馏出液温度。
余下的2个可调设 计变量往往用来指 定组分在馏出液和 釜液中的浓度。
两组分精馏 指定馏出液中一个组分的浓度，就确定了馏 出液的全部组成；指定釜液中一个组分的浓 度，也就确定了釜液的全部组成。
下面通过实例分别对二组分精馏和多组分精馏过 程分析进行比较。
二组分精馏实例：苯－甲苯
图3-1 二组分精馏流率、温度、浓度分布
三组分精馏实例：苯(LK)－甲苯(HK)－异丙苯
图3-2 三组分精馏流量分布 图3-3 三组分精馏温度分布
四组分精馏实例：苯－甲苯(LK)－二甲苯(HK)-异丙苯
图3-6 四组分精馏液相组成分布
⎜⎜⎝⎛
yA yB
⎟⎟⎠⎞ 2
= ⎜⎜⎝⎛
xA xB
⎟⎟⎠⎞1
代入（3-2）式：
⎜⎜⎝⎛
yA yB
⎟⎟⎠⎞1
= α1 ⎜⎜⎝⎛
xA xB
⎟⎟⎠⎞1
=
⎜⎜⎝⎛
化工热力学：3.1-4 混合物的热力学性质
4
3、真实气体混合物的非理想性
纯气体的非理想性 混合作用的非理想性
4、研究思路
查出每一个纯物质的Tc、Pc， 选定混合规则 计算虚拟临界特征数据 计算PVT性质（用与计算纯物质同样的方法）
5
§3.1.1 虚拟临界参数法
1、虚拟临界常数法是将混合物看成一个虚拟的纯物 质，从而将纯物质对比态原理的计算方法用到混合 物上。
Mi
M i 即为偏摩尔性质
27
说明：
Mi
[
(nM ni
)
]T
,
P
,
n
j
i
1.偏摩尔性质的物理意义是：在T、P和其它组分量nj
均不变情况下，向无限多的溶液中加入1mol的组分i所
引起的一系列热力学性质的变化。
2.只有广度性质才有偏摩尔性质，而偏摩尔性质 是强度性质。
3.纯物质的偏摩尔性质就是它的摩尔性质。
的体积。
硫酸（1）与水（2）混合后溶液的焓=??? ∵混合过程有显著放热现象，混合后溶液的焓
H≠X1*H1+X2*H2 。 因此硫酸和水在溶液中所“具有”的焓并不等于其
纯态的焓。
25
结论：溶液性质不能用纯物质摩尔性质Mi的线性加 和来表达即：M≠ ∑Xi*Mi
M—U，H，A，G，V，S 等广度性质。
,nj
i
[
(nG ni
)
]T
,
P
,n
j
i
Gi
[
(nG ni
)
]T
,
P
,n
j
i
=μi
31
注意化学位与偏摩尔性质的区别！
化学位的定义 偏摩尔性质的定义 它们的区别就在于下标！
化工分离过程(第7讲)(3.2多组分精馏过程分析)
x1
y2 y 1
* TB
1.0 B7
3.2.1 多组分精馏过程分析
精馏是多次简单蒸馏的组合。
精馏塔底部是加热区，
温度最高；塔顶温度最低。
精馏结果，塔顶冷凝收 集的是低沸点组分，高沸 点组分则留在塔底。
8
3.2.1 多组分精馏过程分析
1 从塔的中间O点进料； 2 组分B的液、汽相组 成分别为 x3 和 y3； 3 每层塔板都经历部分 汽化和部分冷凝过程；T
4
3.2.1 多组分精馏过程分析
简单蒸馏以及二组分精馏的原理图 关键组分(Key Components) 清晰分割 多组分精馏过程的复杂性
二组分精馏实例：苯－甲苯 三组分精馏实例：苯(LK)－甲苯(HK)－异丙苯 四组分精馏实例：苯－甲苯(LK)－二甲苯(HK)-异丙苯
多组分精馏与二组分精馏在浓度分布上的区别
22
3.2.1 多组分精馏过程分析
2、关键组分
①若无LNK：HK分别在二段出现两个最高点，LK 表现像LNK。 （图3-7） ②若无HNK：LK分别在二段出现两个最高点，HK 表现像HNK。 （图3-8） ③有LNK、HNK，且都不同时出现在顶、釜时： LK在精馏段出现一个最大值，然后降到所规定的浓度； HK在提馏段出现一个最大值，然后降到所规定的浓度。 （图3-9）
甲苯为LK，二甲苯为HK，两 者的浓度分布曲线变化规律相 同，方向相反。 在 塔 底 处 ， 主 要 分 离 HK 和 HNK，所以此处HK浓度向上 增大；同理，在塔顶处，主要 分离LK和LNK，所以此处LK 浓度向上减小。
图3-9 苯－甲苯(LK)－二甲苯(HK)-异丙 苯液相浓度分布
苯为LNK，在进料板以下浓度 快速减小，最终全部进入塔顶； 异丙苯为HNK，在进料板以上 浓度快速减小，最终全部进入 21 塔釜。
化工过程分析与合成-3
化工过程分析与合成-31. 引言化工过程分析与合成是化学工程领域的重要分支，涉及到化学反应、原料处理、能量转换等方面的内容。
本文将介绍化工过程分析与合成的基本概念，以及常见的分析方法和合成技术。
2. 化工过程分析2.1 分析方法化工过程分析旨在确定化工过程中物质的组成、浓度、质量流动、能量转化等参数。
常用的分析方法包括：•质谱法：通过物质的质谱图谱扫描，确定物质的组成和相对分子质量。
•红外光谱法：通过物质对红外辐射的吸收特性，确定物质的官能团和化学键。
•核磁共振法：通过物质在磁场中的特殊核磁共振现象，确定物质的结构和组成。
•气相色谱法：通过物质在气相色谱柱中的分离和检测，确定物质的组分和浓度。
•液相色谱法：通过物质在液相色谱柱中的分离和检测，确定物质的组分和浓度。
2.2 过程分析的重要性化工过程分析是化工工艺改进和优化的基础，通过对化工过程的分析，可以确定问题所在，找到改进和优化的方向。
同时，过程分析还可以帮助实现化工过程的控制和监测，确保产品的质量和安全。
3. 化工合成技术化工合成技术是化学工程的核心内容之一，涉及到化学反应、反应器设计、反应条件控制等方面的内容。
常见的化工合成技术包括：3.1 催化剂催化剂在化工合成过程中起到重要的作用，可以加快反应速率、提高产率和选择性。
常见的催化剂有金属催化剂、酶催化剂和固体催化剂等。
3.2 反应器设计反应器是化工合成过程中的关键设备，其设计要考虑反应物料的性质、反应条件和反应速率等因素。
常见的反应器设计包括批量反应器、连续流式反应器和固定床反应器等。
3.3 反应条件控制反应条件控制是化工合成过程中的关键环节，可以通过控制温度、压力、反应物料配比等参数，实现反应的高效进行和产物的优化。
4. 实例分析4.1 乙烯制备过程分析乙烯是化工工业中重要的原料之一，其制备过程复杂，涉及到多个反应和分离步骤。
通过化工过程分析，可以确定乙烯制备过程中的关键问题，找到优化的方向，提高乙烯的产率和质量。
化工过程设计 第三章 物料衡算与热量衡算(1)
各流股组份数一览表
HAC 24%
11 循环流 进料 HAC 30％ H2O 69.8% H2SO4 0.2% 萃 取 塔 4
流股号 1 2 3
组份数 3 3 3 4 2 2 2 2
1
2
12
3
混合器1
4
5 6 7 8 9 10 11 12
E 7% HAC H2O H2SO4 混合器2
溶 剂 回 收 塔
7（2） E 99% H2O 1％
附加关系式数
自由度
9（4）
（2）溶剂提馏塔及整体的自由度分析
11（2） 循环流
HAC 24%
进料 HAC 30％ 1（3） H2O 69.8% H2SO4 0.2% 混合器1 2（3）
萃 取 塔
3（3） 12（2） 溶 剂 回 收 塔 产品流 HAC 99% H2O 1% 产 品 精 馏 塔
独立MB方程数
已知流股变量数 已知其它关系式数 自由度 2、具体MB计算（略）
在开始下一节讲授之前，大家先考虑一个精馏塔的MB问题。 例题：有人提出了一个无反应的单精馏塔流程的方案，试做其MB计算:
100 C3 i-C4 i-C5 C5 kmol/h 0.20 0.30 0.20 0.30
2 1 精 馏 塔 3
MB与HB计算是化工工艺设计中最基本，也是最主要的计算内容。
一、化工流程（过程）中MB、HB、EB三者之间的关系 1、MB与HB之间的关系 MB有可能能单独（不依赖HB而独立）求解； HB一般不能单独求解； （间壁式换热器除外） 当MB不能独立求解时，它就必须与HB联合起来，求解CB。 2、EB与HB之间的关系 流程压力水平不高，而且压力变化也不大，系统能量只考虑其热 焓，而忽略其动能、势能等机械能，在这种情况下：
化工设计概论(3-1)
例题：有如下一个分流器：
2
1000 Kg/h
NaCl 0.20
1
分流器
3 4
Na2SO4 0.40 H2O 0.40
要求：F2＝2F3，F3＝0.25F4， 试做其自由度分析并求解其MB。 （组成为质量百分比浓度） 解：1、该分流器的自由度分析表如下： 方法一 独立流股变量数 12 1（而不是3） 9 2 0 方法二（直观） 6（4＋2） 1（而不是3） 3（1＋2） 2 0
衡算计算范围示意图：
边界线（Boundary Line）围起来的区域构成衡算范围。
三、MB、HB的定义与任务
1、MB、HB的定义与任务
从化工流程内的MB方程、HB方程出发，结合其它有关方程，求 解确定流程中所有流股的状态，以及有关设备的单元变量。
流股状态可用一组流股变量来描述： F，T，P，x1， x2 ，……，xn－1 设备的单元变量：
混合 器1 萃取塔 溶剂 回收塔 产品 精馏塔 混合 器2 溶剂 提留塔 过程 OB （整体）
变量总数 MB衡算方程数 已知变量数 附加关系式数
自由度
（1）混合器1及萃取塔的自由度分析
11（2） HAC 24% 进料 HAC 30％ 1（3） H2O 69.8% H2SO4 0.2% 混合器1 2（3） 萃 取 塔 3（3） 12（2） 溶 剂 回 收 塔 产品流 HAC 99% H2O 1% 产 品 精 馏 塔 循环流
注意：对多相流股，其流股变量的描述比较特别。
2、设备单元变量
在忽略流程做功（dW/dt或W）的情况下，设备单元变量分为两种：
ri （i＝1,2,…,m；某单元内含m个独立反应）
设备单元变量 （描述反应程度）
dQ/dt （Q）（描述某设备单元的传热）
化工分离过程__第3章第一讲设计变量的确定
能量交换数： 1
+)
3C+7
Q V L
NDe = Nve－Nce
= C+4
NCe
物料衡算式： C
能量衡算式： 1
相平衡关系式： C+2
化学反应平衡式： 0 内在关系式： 0 2C+3
Nx = 进料＋压力 =(C+2)+1＝C+3
Na = ND-Nx =(C+4)-(C+3)=1
+)
33
精馏塔（塔内无压降）
相平衡关系式： C(P-1)+2=C+2
化学反应平衡式： 0 内在关系式： 0
Nc = 2C+3
V
L1
Q
L2
NDe = Nve－Nce
= C+4
Байду номын сангаас
14
V Q
L1
产物为两相的全凝器
L2
固定设计变量Nx = 进料＋压力＝（C+2）+1 可调设计变量Na = ND-Nx=(C+4)-(C+3)=1
如单元温度或引入的冷量
21
例1. 简单精馏塔（塔内无压降）
Nxu
进料变量数： C+2
F Q
压力等级数： 1
+)
C+3
Nau
分配器数： 0
侧线采出： 0
传热单元： 1
串级数： 2
+)
3
22
例2. 有侧采的精馏塔 Nxu
进料变量数： C+2 压力等级数： 1
C+3
Nau
分配器数： 1 侧线采出： 1 传热单元： 2
第三章化工过程系统动态模拟与分析ppt课件
N j
Rj (H j ),
j 1,2,...,N。
(3- 21)
其中，T、Tf分别代表反应区内和加料混合物的温度； U表示反应液体与冷却剂之间热交换的总传热系数；
A表示反应液体与冷却剂之间的总传热面；
Tc表示冷却剂平均温度； 、Cp分别代表反应混合物的平均密度与比热容； （－Hj）表示第j个反应的热效应； Rj表示第j个反应的速率； Ri表示因化学反应引起的第i个组分浓度的变化速率
排液量与时间的变化关系为：
kt
Fo ((kH 0 - Fi )e A Fi )
-0.7
H
-0.5
0 1
0
5
10
15
20
25
Time
图3-2. 搅拌罐中液位高度随时间的变化关系图
例3－2：搅拌槽内含盐量的动态模型
初始情况是槽内盛有V0的水，把浓度为Ci的盐水以恒 定流量Fi加入槽内，与此同时完全混合后的盐水以恒定 流量Fo排放，试求槽内盐水浓度C的变化规律。
其中u、u0 分别代表任一时刻和起始时刻的状态向量， μ代表未知而且待估计的参数向量。
• 模型参数估计就是为了确定参数向量µ的最优值，使限制 下的解最大限度地逼近已采集到的状态变量在不同时刻的
离散数据。
NM
Min F
i
(uid, j uic, j )2 f ( )
j
其中 F称为最优化的目标函数，或评价函数。 udi,j代表第i个状态变量在j时刻的采集数据。 uci,j代表第i个状态变量在j时刻的模型计算值，即在j
• i组分质量守恒
V
dci dt
F (ci, f
ci ) VRi ,
i 1,2,...,M。(3- 20)
化工系统工程讲义___概述说明以及解释
化工系统工程讲义概述说明以及解释1. 引言1.1 概述在化工工程中，化工系统工程是一个重要而综合性的学科领域。
它集成了化学工艺、传质传热、流体力学等多个学科的知识，旨在研究和优化各种化工过程的设计和操作。
本讲义旨在介绍化工系统工程的基础知识和方法，帮助读者全面理解和应用这一领域的核心概念。
1.2 文章结构本文共分为五个部分：引言、正文、章节一、章节二以及结论。
引言部分将对文章进行总览性介绍，正文将深入探讨化工系统工程的相关内容，而章节一和章节二则是对具体主题进行详细阐述。
最后的结论将对整篇文章进行总结，并提供一些相关推荐资料以供进一步学习。
1.3 目的本讲义的目标旨在让读者全面了解化工系统工程这一领域，并具备初步应用其原理和方法解决实际问题的能力。
通过深入理解和掌握相关内容，读者能够更好地进行化工过程设计与优化，在实践中提高生产效率并降低成本。
同时，通过本讲义的学习，读者也能够为深入从事化工系统工程研究奠定坚实的理论基础。
对于化工领域的学生和从业人员来说，本文将是一份宝贵的参考资料。
2. 正文正文部分将对于化工系统工程的基本概念、原理和应用进行详细的介绍。
在化工系统工程中，系统指的是由多个组成部分相互作用而形成的整体。
这些组成部分可以是设备、仪表、管道等，它们通过物质、能量或信息的传递与转化实现协同工作。
化工系统工程旨在设计、优化和管理这些复杂的系统，以提高生产效率、资源利用率和产品品质。
主要内容如下：2.1 化工系统工程的基本原理2.1.1 质量守恒原理：介绍了质量守恒方程的推导及其在化工过程中的应用；2.1.2 能量守恒原理：讲解了能量守恒方程的建立方法，并探讨了能量平衡计算；2.1.3 动量守恒原理：详细介绍了动量平衡方程以及相关参数计算；2.1.4 物料平衡原理：阐述了物料平衡方程推导和应用方法，并举例说明。
2.2 化工系统模型2.2.1 建模方法：介绍各种不同建模方法，如质量守恒模型、动力学模型等；2.2.2 模型求解：讲解系统模型求解的基本原理和常用方法，如数值方法、优化算法等；2.2.3 模型验证与优化：探讨系统模型验证和优化的方法，包括参数调整、灵敏度分析等。
化工热力学3-1Chapter3纯流体的热力学性质计算
T T 1
p 1
T T 1
注意:可观察附录的水蒸汽表中水在恒温下H,S随p的变化
*
20
§3.2 热力学性质的计算
3.2.2 直接应用Maxwell关系式和微分能量方程求解H,S 3.2.2.3工质为理想气体时 1)H*、 S*普遍式
∵pV=RT，当p为常数时两边对T求导 p(dV/dT)=R(V/T)p=R/p V－T(V/T)p=V－TR/p=0
H T T 1 2c p d T p p 1 2 V T V T p d p(3 1 8 ) 的 积 分 式 ,P 3 2
ST T 1 2c T pd T p p 1 2 V T pd p(3 1 5 )的 积 分 式 ,P 3 1
H*
T2 T1
Esys=U+Ek+Ep=UU=Q+W、dU=dQ+dW 对于可逆过程: dQR=TdS、dWR=－pdVdU=TdS－pdV （3-1）
*
9
§3.1 热力学性质间的关系
Chapter3．纯流体的热力学性质计算
3.1.1 单相流体系统基本方程——微分能量表达式 (2)复习H、A、G定义，推导dH、dA、dG
dU = dH = dA = dG = 0
Chapter3．纯流体的热力学性质计算 概述
二、本章要解决的主要问题 1.通过学习热力学性质的基本微分方程解决可直 接测量的状态函数与不可直接测量的状态函数之 间的关系； 2.纯物质的热力学性质的计算，重点为H、S的 计算； 3.常用热力学性质数据图表的应用。
(3-8) (3-9) (3-10) (3-11)
“TV”在同一边,等式带
*
“”
14
§3.1 热力学性质间的关系
化工过程分析与合成
化工过程分析与合成第一章绪论（2学时）●化工过程●系统工程→化工过程系统工程●化工过程的分析与合成●化工过程系统模拟（稳态模拟、动态模拟）●过程系统模拟的三种基本方法（序贯模块法、面向方程法、联立模块法）第一节化工过程化工过程是以天然物料为原料，经过物理或化学加工制成产品的过程。
其往往由多种多样的单元过程组成，如最重要也是最多用的单元过程是：化学反应过程、换热过程和分离过程。
第二节系统工程系统工程是20世纪50年代形成的新兴学科，目前正处于兴旺的发展时期。
1984年郑春瑞在《系统工程学概论》中，对系统工程做出下列综合性的阐述：系统工程是以系统（尤以大系统）为研究对象的一门跨学科的边缘学科。
它是根据总体协调的需要，把自然科学和社会科学中的某些思想、理论、方法、策略和手段等从横的方面有效地组织起来应用于人类实践中，是应用现代数学和电子计算机等工具对系统的构成要素、组织结构、信息交换和自动控制等功能进行分析研究，从而达到最优设计、最优控制和最优管理的目标，是为更加合理地研制和运用系统而采取的各种组织管理技术的总称，归根结底是一种工程学的方法论。
20世纪30年代美国雷德无线电公司在对电视广播系统的电波覆盖问题进行研究时，首先提出“系统”和“系统模拟研究”的思想。
40年代，美国贝尔电话公司在研究微波通讯网络的覆盖传输效率时，提出了“系统工程”的概念。
50年代各工业国对系统工程尤为重视，如1954年美国MIT首先在大学讲授系统工程课程。
1957年美国正式出版了第一本专著《系统工程》。
60年代起系统工程逐步推广应用于工业、宇航、交通、经济规划等部门。
如60年代初，在系统工程、运筹学、化学工程、过程控制及计算机技术等学科的基础上，产生和发展起来一门新兴的技术学科——化工过程系统工程（简称化工系统工程）。
70年代是化工系统工程走上实用的时期。
随着计算机应用的普及，采用化工系统工程方法，陆续研制出有效的工业用化工流程通用模拟系统，并对过程生产实现计算机控制，取得显著经济效益。
化工工程中的反应工程和化工过程
化工工程中的反应工程和化工过程化工工程是指将自然资源转化为可利用的化学品或化工产品的工程科学。
而在化工工程中，反应工程和化工过程是至关重要的两个方面。
本文将对反应工程和化工过程进行深入探讨，以便更好地了解化工工程的核心内容。
一、反应工程的定义和作用反应工程是化工工程中一门研究反应系统的科学，旨在寻求最佳化的生产过程和条件。
它包括对反应热力学、动力学以及反应器设计和操作的研究。
反应工程在化工生产中起到了至关重要的作用。
1.1 反应热力学反应热力学研究反应物之间的热力学性质，如反应焓变、熵变和自由能变化等。
通过反应热力学的研究，可以确定反应是否进行、反应的热效应以及最佳反应条件等。
1.2 反应动力学反应动力学研究反应速率和反应机理等动力学性质。
它通过实验和理论模型的建立，可以预测反应速率随时间、温度和物质浓度的变化规律，并为反应器设计提供理论依据。
1.3 反应器设计和操作反应器是进行化学反应的设备，常见的有批量反应器、连续流动反应器等。
反应器设计和操作考虑了反应热力学和动力学等因素，以确保反应达到预期的目标。
通过合理设计反应器和优化操作条件，可以实现高效、安全和可持续的生产过程。
二、化工过程的分类和要素化工过程是化工工程中将反应工程与其他工程学科相结合，实现化学品或化工产品的制造过程。
化工过程可以按照反应方式、物料流动方式等进行分类，以下是一些常见的化工过程分类和要素。
2.1 按反应方式分类化工过程根据反应方式的不同，可以分为气相反应过程、液相反应过程和固相反应过程。
每种反应方式都有其独特的特点和适用范围。
2.2 按物料流动方式分类化工过程根据物料流动方式的不同，可以分为批量生产过程、连续生产过程和半连续生产过程。
不同的物料流动方式对于生产效率、产品质量和能源消耗等方面都有不同的影响。
2.3 原料和产品要素化工过程不仅涉及到反应物料的选择和处理，还包括原料的输送和储存，以及产品的分离、纯化和包装等环节。
化工生产的工艺参数与操作控制
产过程 的最基本 的
自动化设备
由有关 的生 产过程 工艺设
企业生产过程管理与控制的递阶结构备道
如容器 等组成
、泵
、机器
、管
常规控制：所谓常规控制是指采用经典的 PID (由比 例单元（P）、积分单元（I）和微分单元（D）组成 )控 制算法或其他简单的控制算法，使工业生产过程的被控 变量，在遭受到外来扰动情况下，稳定地维持在预先的 给定值上。三个部分：测量、比较和执行。测量关心的 变量，与期望值相比较，用这个误差纠正调节控制系统 的响应。
及安全操作与控制措施的总结
一个工厂、一个生产流程、一个生产装置，均需 按产品品质和数量的要求、原材料供应及公共设 施情况，由工艺设备组建一定的工艺流程而后组 织生产。
工艺流程：主要是针对生产，为合理使用各种机 械，提高机械使用率，提高总体生产力的一个工 艺技术安排。
生产过程中各种扰动、设备特性的改变、操作的 稳定均对安全生产产生影响。
二、化工生产的操作控制
2. 巡视与观测
✓ 是对工艺过程控制系统是否正确运行的校验。 ✓ 操作规程中明确规定：巡回检查的间隔时间和巡回检
查的路线和观测点。 ✓ 巡检要详细做好原始记录：时间、工艺参数、加料、
出料、取样、不正常情况及排除、要求下一班人员引 起注意的问题等。
3.安全生产与运行操作
3.1.1 工业生产过程操作
Ea
k0e RT
催化剂的存在一般使主反应的活化能最低
但是，从相对速率看，升温有利于副反应。
一、化工生产的工艺参数
(3) 催化剂活性温度范围——确定来自宜温度的首选条件 (4) 材质使用温度范围
一、化工生产的工艺参数
2. 压力
(1)化学平衡 体积增加的反应：P ↑，K↓，应尽量降低压力； 体积减少的反应：P ↑，K↑，应尽量提高压力。 (2) 反应速率 一般来讲，不管是气相还是液相反应， P ↑，r↑。
化工原理书
化工原理基本原理化工原理是研究化学工程中的基本原理和规律的学科。
它涉及到物质的结构、性质和变化，以及如何利用这些知识来设计和操作化学过程。
本文将详细介绍与化工原理书相关的基本原理，包括热力学、质量传递、动力学等方面。
1. 热力学热力学是研究能量转换和能量传递规律的科学。
在化工过程中，热力学可以帮助我们分析和优化能量转换过程，例如反应热、焓变、反应平衡等。
1.1 系统与环境在热力学中，将要研究或分析的物质称为系统，而系统外部与系统发生相互作用的部分称为环境。
系统与环境之间通过物质和能量交换来实现相互作用。
1.2 状态函数状态函数是描述系统状态特性的函数，不依赖于系统达到该状态所经历的路径。
常见的状态函数有压力（P）、体积（V）、温度（T）等。
1.3 焓变焓变是指在恒压下单位物质发生变化时系统吸收或放出的热量。
焓变可以通过下式计算：ΔH = H2 - H1其中，ΔH表示焓变，H2和H1分别表示系统在两个状态下的焓值。
1.4 反应平衡化学反应在一定条件下会达到平衡态，即反应物和生成物的浓度不再发生变化。
反应平衡与热力学有关，可以通过平衡常数来描述。
2. 质量传递质量传递是指物质从一个位置向另一个位置传递的过程。
在化工过程中，质量传递是非常重要的，例如物质的混合、分离、吸附等都涉及到质量传递。
2.1 扩散扩散是指溶质由高浓度区域向低浓度区域自发移动的过程。
扩散速率可以通过菲克定律来描述：J = -D(dC/dx)其中，J表示扩散通量，D表示扩散系数，dC/dx表示浓度梯度。
2.2 对流对流是指溶质在流体中随着流体运动而进行的传输过程。
对流通量可以通过以下公式计算：J = ρuC其中，J表示对流通量，ρ表示流体密度，u表示流体速度，C表示溶质浓度。
2.3 质量传递系数质量传递系数是描述质量传递速率的参数。
它可以通过实验测定或理论计算得到。
质量传递系数与扩散系数和对流通量有关。
3. 动力学动力学是研究化学反应速率和反应机理的科学。
化工自动化的主要内容(两篇)2024
引言：化工自动化是指利用先进的计算机控制系统和自动化设备，实现对化工过程和生产线的自动化控制和监测的技术和方法。
本文将详细介绍化工自动化的主要内容，包括过程控制、仪表设备、自动化软件、安全监测和数据处理。
概述：化工自动化的主要内容涵盖了多个方面，从过程控制到仪表设备，再到自动化软件和数据处理。
这些内容都是为了实现化工过程的优化控制和自动化监测，提高工业生产效率和质量。
正文内容：一、过程控制1.1 过程监测：化工生产过程中涉及到多种物理和化学参数的监测，如温度、压力、流量、浓度等。
这些参数的准确监测对于调整和控制化工过程非常重要。
1.2 控制策略：化工过程中的控制策略包括反馈控制、前馈控制、模型预测控制等。
通过选择合适的控制策略，可以实现对化工过程的精确控制和优化。
1.3 控制方法：化工过程的控制方法包括PID控制、模糊控制、神经网络控制等。
不同的控制方法适用于不同的化工过程，选择合适的控制方法可以提高控制效果。
二、仪表设备2.1 传感器：化工过程中需要对各种参数进行测量，传感器起到了关键作用。
常用的传感器包括温度传感器、压力传感器、流量传感器等。
2.2 控制阀：控制阀是控制流量和压力的重要装置，在化工过程中广泛应用。
不同的控制阀有不同的控制特性和工作原理，选择合适的控制阀对过程控制至关重要。
2.3 仪表设备的选型与安装：根据化工过程的特点和要求，选择适合的仪表设备，并进行正确的安装和调试，确保仪表设备的准确性和稳定性。
三、自动化软件3.1 DCS系统：分布式控制系统（DCS）是化工过程中最常见的自动化控制系统，它将整个生产过程分为多个区域，每个区域都有自己的控制器和传感器，实现对整个过程的集中控制。
3.2 PLC系统：可编程逻辑控制器（PLC）是用于监测和控制离散过程的设备。
它的工作原理是根据预设的逻辑程序，控制输入和输出信号的状态，实现对化工过程的自动化控制。
3.3 SCADA系统：监视、控制和数据采集系统（SCADA）用于对化工过程进行实时监测和数据采集。
化工生产操作作业指导书
化工生产操作作业指导书1. 前言在化工生产过程中，正确、安全地进行操作是至关重要的。
本指导书旨在为化工操作人员提供详细的操作指导，确保生产过程的安全、高效进行。
2. 操作前准备在进行化工生产操作前，操作人员应仔细进行以下准备工作：2.1 工作环境准备确保作业区域整洁有序，清除杂物和容器。
检查工作区域是否配备了必要的紧急处理设备，如洗眼器、应急喷淋装置等。
2.2 穿戴个人防护装备根据具体操作要求，正确穿戴个人防护装备，包括防护服、手套、安全眼镜、面罩等。
确保个人防护装备的完好。
2.3 检查设备与工具检查操作所需设备与工具的状态，确保其正常运行，并进行必要的维护保养。
3. 操作步骤根据具体化工生产流程，以下为一般的操作步骤指导：3.1 正确获取原料按照工艺要求，准确获取所需原料，并进行称量。
确认原料的质量及数量符合要求。
3.2 原料混合与加工将所需原料按照工艺要求进行混合，并根据工艺流程进行必要的加工操作。
注意控制温度、压力等操作参数。
3.3 反应与合成按照工艺要求，进行化学反应或合成。
注意反应温度、时间、添加顺序等因素。
严格控制反应条件以避免产生危险物质。
3.4 过滤与分离将反应产物进行过滤与分离，去除不需要的杂质或溶剂。
注意过滤器与分离设备的选择与操作。
3.5 干燥与除湿对过滤后的产物进行干燥或除湿处理，确保产物达到工艺要求的水分含量。
3.6 检测与质量控制对产物进行必要的检测与质量控制，确保产品符合标准。
注意使用正确的检测方法与仪器，并记录检测结果。
3.7 包装与存储将合格的产品进行包装，并按照要求进行储存。
注意包装材料的选择与储存条件。
4. 安全注意事项在进行化工生产操作过程中，操作人员应严格遵守以下安全注意事项：4.1 严禁单人操作不得单人操作需要多人配合的工艺，必须确保至少有两人共同参与操作。
4.2 禁止使用损坏的设备禁止使用损坏的设备或工具进行操作，如发现设备故障应及时报修。
4.3 防止物料混淆避免将不同物料混淆，确保正确使用各种原料、试剂等。
化工原理第三章_传热-学习要点
传热(Heat transfer)是指由于温度差而引起的能量传递过程。 热传导 (Heat conduction)：由于物体内部微观粒子热运动而 引起的热量传递现象。（固体或静止流体中） 热对流 (Heat convection)：由于温度不同的流体之间发生相 对位移而引起的热量传递现象。（流体流动中） 自然对流：温差导致密度差导致流体流动 强制对流：外力强制流体流动 热辐射 (Heat radiation) ：温度不同的物体之间发射与吸收 电磁波的能量不同，从而引起热量传递现象。（任 何物体中，高温条件下显著） 实际传热过程中，往往是多种传热形式的组合。
3.4.2 总传热系数 (Overall heat transfer coefficient )
基于管外表面积： 1 1 b d o 1 d o
Ko
o
dm
i di
1 1 b di 1 di 基于管内表面积： Ki i d m o do
dm 1 b dm 基于管平均面积： K m i di o do
多液滴，并沿壁面落下 。
* 蒸气与低温壁面直接接触，因此滴状冷凝传热效果好于膜 状冷凝。
3.3 对流传热 Convection Heat Transfer
3.3.3 对流传热系数 (Convective heat transfer coefficient )
3.3.3.4 蒸汽冷凝
影响冷凝传热的因素(P131) ① 液体的性质： λ↗ ,ρ↗, μ↘ → α↗ α水> α有机 ② 冷凝液膜两侧的温度差：α= f (Δt-1/4) Q =α· Δt A· ③ 蒸气中不凝气体（设置放气口，定期排不凝气体）
化工分离过程(3.1设计变量)(第5讲)
4 c 2 4c 8
Nie 4c 8 2c 3 2c 5
其中：
e Nx 2 c 2 1 2c 5
合计
2c+3
N 2c 5 2c 5 =0
e a
16
3.1.1 单元的设计变量
各种单元的设计变量归纳在P56的表3-1中， 请大家自己推算。 表中共15种单元。
（4） N x （固定设计变量指定） 进料（T、P、F、组成c-1） 塔的操作压力
u （5） N a （可调设计变量指定）
u
c+2 1
设计型
1 1 2 3
28
塔顶馏出液中轻关键组分浓度 塔釜出料中重关键组分浓度 侧线采出位置及采出量 回流温度、回流比、进料位置
本次课内容总结
1.基本概念：
（1）设计变量数与独立变量数、独立方程数之间的关系：
例2. 产物为两相的全凝器
e NV 物流数 c 2 热进 出 数
N
e c
3 c 2 1 3c 7
方程
物料衡算
热量衡算 相平衡 两相T、P相等 合计
个数 c 1 c 2 2c+3
Nie 3c 7 2c 3 c 4
其中：
独立变量数 Nv=出入系统的各股物流的独立变量数+ 系统与环境的能量（热、功）交换数
相律：
f c 2
NV f x
只限于轴功 （泵）
任意单股物流（一股、单相）： NV c 2 1 c 2 则：
x——热交换数，功交换数等
若有N股物流，且有功、能交换： NV=N(c+2)+功进(出)数+能进(出)数
化工工程中的化工过程模拟与优化
化工工程中的化工过程模拟与优化引言：化工工程是一门综合性学科，涉及到化学、物理、数学等多个学科的知识。
在化工生产中，化工过程模拟与优化是非常重要的环节。
通过模拟和优化，可以提高化工过程的效率、降低成本、减少环境污染，从而实现可持续发展。
本教案将从化工过程模拟和优化的基本概念、方法与技术、实践案例等方面进行探讨。
一、化工过程模拟的基本概念化工过程模拟是指利用数学模型和计算机仿真技术对化工过程进行描述和预测的过程。
它可以帮助工程师了解和分析化工过程的运行规律，为优化设计和操作提供依据。
化工过程模拟的基本概念包括：数学模型的建立、模型参数的确定、模型的求解和模型的验证等。
1.1 数学模型的建立数学模型是化工过程模拟的基础，它是对化工过程中各种物理、化学和传递现象的数学描述。
常见的数学模型包括质量守恒方程、能量守恒方程、动量守恒方程等。
在建立数学模型时，需要考虑化学反应、传热传质、流体流动等多个因素，并结合实际情况进行简化和假设。
1.2 模型参数的确定模型参数是指数学模型中的未知参数，如反应速率常数、传热系数等。
确定模型参数是化工过程模拟的关键步骤，需要通过实验或经验公式来获取。
对于复杂的化工过程，常常需要进行大量的实验来测定参数值，以提高模型的准确性和可靠性。
1.3 模型的求解模型的求解是指利用数值计算方法对数学模型进行求解，得到化工过程的数值解。
常用的求解方法包括有限差分法、有限元法、代数方程求解法等。
在求解过程中，需要选择合适的数值方法和计算工具，并进行计算精度和稳定性的分析。
1.4 模型的验证模型的验证是指将模拟结果与实际数据进行比较，判断模型的准确性和可靠性。
验证过程中，需要考虑模型的可重复性、稳定性和灵敏度等指标。
如果模拟结果与实际数据吻合较好，则说明模型是可信的，可以用于进一步的优化设计和操作。
二、化工过程优化的方法与技术化工过程优化是指通过改变工艺参数、操作条件和设备结构等方式，使化工过程达到最佳状态的过程。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
（４）
500
解：由TF＝1.8TC+32， T＝TC+273.15， TR＝TF+459.67等式求之，结果见下表：
2、一气体混合物组成如下：
组分 H2O CO H2 CO2 CH4 N2 vi％ 6.8 5.6 9.2 11.2 25.4 41.8
若以上组成用干基表示，应为多少？
3.1.5化工过程的质量与能量守恒
1、 温度
温度——表示物体冷热程度的物理量。 温标——为度量物体的温度而对温度的零点和
分度方法作的规定。
1、摄氏温标
水的正常冰点作零点（0℃ ），正常沸点 作100℃ 。单位摄氏度（℃ ） 2、 华氏温标
以一种冰盐混合物的温度定为0℉ ，以健康 人的血液温度定为96℉ 。单位华氏度（℉ ）。
水的冰点32℉ ，水的沸点212℉ 。
作业：答案
（１） （２） （３） （４）
K 398 233.15 298.15 277.78
ºC 124.85 －40 25 4.68
ºF 256.73 -40 77 40.33
ºR 716.4 419.67 536.67 500
解：取100kmol气体为计算基准，则干基量及 组成如下表：
组分
CO H2 CO2 CH4 N2 总计
计算步骤如下：
(1) 搜集计算数据。 (2) 画出物料流程简图。 (3) 确定衡算体系。 (4) 写出化学反应方程式，包括主反应和副反应，标 出有用的分子量。 (5) 选择合适的计算基准，并在流程图上注明所选的 基准值。 (6) 列出物料衡算式，然后用数学方法求解。 (7) 将计算结果列成输入－输出物料表(物料平衡表)。 (8) 校核计算结果
kmol 5.6 9.2 11.2 25.4 41.8 93.2
Yi％ 6.01 9.87 12.02 27.25 44.85 100.00
（2）干基 湿基 例 2—7 （P27）烟道气含N265%，CO212%， CO2.5%，O28.5%，H2O12%，计算该气体的干 基组成。
解：取100mol湿气体为基准， 65molN2，12molCO2，2.5molCO，8.5molO2。 干气体量=65+12+2.5+8.5=88mol 所以 N2=65/88=0.739mol/mol干气=73.9%
（4）百万分数 （ppm） 表示每一百万分溶液中所含杂质的量； 用于液体和固体时指质量分数，用于气体时指摩尔分数。
其他尚有比质量分数（千克（溶质）/千克（溶剂））、 比摩尔分数（摩尔（溶质）/摩尔（溶剂））。
习题： 由一温度已知值，计算下列所有温度值
K
ºC
ºF
ºR
（１） 398
（２）
－40
（３）
77
1823 ρ= 100 22.4 =0.8138 kg/m3
PM 101.318.23 0.8138kg / m3
RT 8.314 273
三、干基与湿基
干基——不包括水蒸气在内求得的组成含量。 湿基——包括水蒸气在内求得的组成含量。 （1）湿基 →干基
取一定量湿气为基准，由湿基求出各个组 分的量，再求干基。
常用压力的表示方法 ：
1、绝对压力——流体的真实压力。 2、大气压力——围绕我们周围的大气 的压力。 3、 表压——工业上所用压力表的指示值。
绝对压力=表压+大气压力 4、真空度——当被测压力〈大气压时，大气压
与绝对压力的差值。 真空度=大气压力 - 绝对压力
3、 流量
流量——单位时间内流过管道某一截面的流体量。 VS体积流量m3/s，ms 质量流量kg/s。 ms=ρVS (2—6)
3.2 化工工艺流程
流程图——把生产过程中物料经过的设备按其形状 画出示意图 ，并画出各设备之间的主要物 料管线及其流向。
流程图分类：
化工工艺流程简图； 表明物料量的物料流程图； 以装置为单元的装置流程图； 以管线为主的管线流程图；
带测量仪表控制点的的流程图
3.1.4 化工过程的参数
过程参数——在化工生产过程中，能影响过程 运行状态的物理量（如T、P、Q、 组成等）。 在指定条件下它的数值恒 定，条件改变，其数值也随之变化。
CO2=12/88=0.136 mol/mol干气=13.6% CO=2.5/88=0.028 mol/mol干气=2.8%
O2=8.5/88=0.097 mol/mol干气=9.7%
四、浓度
常用溶液浓度表示方法除质量百分数和摩尔百分数还有： （1）质量浓度 单位：千克（溶质）/米3（溶液）；
（2）体积摩尔浓度 单位：摩尔（溶质）/升（溶液）； （3）质量摩尔浓度 单位：摩尔（溶质）/千克（溶剂）；
1、热量（Q）
温度不同的两物体相接触或靠近，热量从热（温 度高）的物体向冷（温度低）的物体流动，这种 由于温度差而引起交换的能量，称为热量。 因此对于热量要明确两点： 第一，热量是一种能量的形式，是传递过程中的 能量形式； 第二，一定要有温度差或温度梯度，才会有热量 的传递。
Q入=Q出+Q损失+Q积累+Q交换
例 有一天然气组成如下：
名称
CH4
体积% 83.5
代表符号 1
C2H6
N2
12.5
4.0
2
3
计算：（1）摩尔百分数；（2）质量百分数； （3）平均分子量；（4）标准状况下的密度。
（1）天然气常温常压下可看为理想气体， 则体积百分数 即为摩尔百分数。
（2）由摩尔百分组成求质量百分组成
wi
xi M i xi M i
1C 1.8F
(100 32)F
1C 1.8F
44.4C
2、 压力
压强——垂直作用于单位面积上的力。 单位： Pa atm mmHg at lbf/in2
换算关系：
1 atm=760 mmHg=10336mmH2O柱 =101.3kPa=14.7 lbf/in2
1 at=1kgf/cm2=10mH2O =735.6 mmHg柱=98 kPa
（3）平均分子量
M xiMi 0.83516 0.12530 0.0428 18.23
M=
1
1
wi / Mi = 0.733 16 0.206 30 0.061 28
=18.23
（4）标准状况下的密度ρ
ρ= M /22.4=18.23/22.4 =0.8138 kg/m3
框表示一个体系，虚线表示体系边界。共有三个流股， 进料F及出料P和W。有两个组分。每个流股的流量 及组成如图所示。图中x为质量分数。
可列出物料衡算式：
F
总物料衡算式
x f1
F P W x f2
每种组分衡算式
1
过程
2
3
无化学反应的 连续过程物料衡算
P x p1 x p2 W x w1 x w2
F x f 1 P xp1 W xw1 F x f 2 P xp2 W xw2
二、质量百分数、体积百分数与摩尔百分数 混合物中i组分的各种浓度定义如下：
组分i质量百分数wi 混i合组物分的的总质质量量
mi mi
i组分的体积分数
=
i组分的体积 混合物的总体积
=
v v
i组分的摩尔数
n
i组分的摩尔分数 xi = 混合物的总摩尔数 = n
对混合物或溶液常用质量分数 或摩尔分数； 对气体混 合物一般用体积分数 。
能量衡算的基本概念
一、能量的形式
动能（Ek） 运动着的流体具有动能； 位能（EP） 物体自某一基准面移高到一定距 离，由于这种位移而具有的能量。 静压能（Ez）流体由于一定的静压强而具有的 能量。 内能（U） 内能是指物体除了宏观的动能和 位能外所具有的能量。
几个与能量衡算有关的重要物理量
3.1.5.2 能量的守恒与计算
在化工生产中，能量的消耗是一项重要的技术经济 指标，它是衡量工艺过程、设备设计、操作制度是 否先进合理的主要指标之一。
能量衡算有两种类型的问题，一种是先对使用中的装 置或设备，实际测定一些能量，通过衡算计算出另外 一些难以直接测定的能量，由此作出能量方面的评价， 即由装置或设备进出口物料的量和温度，以及其它各 项能量，求出装置或设备的能量利用情况；另一类是 在设计新装置或设备时，根据已知的或可设定的物料 量求得未知的物料量或温度，和需要加入或移出的热 量。
i
w1=
0.83516
73.3%
0.83516 0.12530 0.04 28
0.125 30
w2= 0.83516 0.125 30 0.04 28 =20.6%
w3=
0.04 28
=6.1%
0.83516 0.125 30 0.04 28
3.1.5.1物料的质量守恒与计算
物 输料 入量 的 ＝ 物 输料 出量 的 ＋ 物 积料 累量 的
如果体系内发生化学反应，则对任一个组分或任一种元 素作衡算时，必须把反应消耗或生成的量亦考虑在内。
输入的 物料量
消 反耗 应的 生物 成料 或量
3、开氏温标
以理想气体定律和热力学第二定律为基础， 规定分子运动停止时的温度为最低理论温度或 绝对零度。指定水的三相点为273.16K，水的正 常冰点为273.15K，沸点373.15K 。单位K。
4、兰金温标
以最低理论温度为零点，单位兰金度 （ °R ） 。 分 度 方 法 同 华 氏 温 标 。 0°R 为 459.6℉ （取-460℉ ）。
解:(1)据式TF=1.8TC+32
TC
TF 32 1.8
T1