化工计算.课件.ppt

1、绪论绪论 0.1 化工计算的内容化工计算的内容 （1）化工计算基础内容）化工计算基础内容（2）化工过程物料衡算）化工过程物料衡算（3）单一化工过程能量衡算）单一化工过程能量衡算（4）典型化工过程工艺计算）典型化工过程工艺计算绪论绪论 0.2 化工计算的作用化工计算的作用（1）在化工过程开发中的作用）在化工过程开发中的作用（2）在化工设计中的作用）在化工设计中的作用 （3）在技术革新和技术改造中的作用）在技术革新和技术改造中的作用 （4）在化工操作方面的作用）在化工操作方面的作用 （5）在化工生产的组织和管理中的作用）在化工生产的组织和管理中的作用绪论绪论 0.3 化工计算课程的学习方法化工计算

2、课程的学习方法（1）基础知识的复习巩固）基础知识的复习巩固（2）计算机、计算软件的应用能力）计算机、计算软件的应用能力（3）理论联系实际）理论联系实际（4）严谨、细致的工作作风）严谨、细致的工作作风 化工计算的核心内容是：如何查找物化工计算的核心内容是：如何查找物性数据，并应用于化工过程开发。性数据，并应用于化工过程开发。 就化工就化工计算研究对象和核心内容而言，本计算研究对象和核心内容而言，本课程完全可以撇开基础理论，围绕课程完全可以撇开基础理论，围绕“如何如何查找物性数据，并应用于化工过程开发查找物性数据，并应用于化工过程开发”来展开，要完成这样的教学，还必须利用来展开，要完成这样的教学，

3、还必须利用化工流程模拟软件在教学中的辅助作用。化工流程模拟软件在教学中的辅助作用。任务一、任务一、CHEMCAD的启动，工作文件的的启动，工作文件的命名及保存，命名及保存，单位制的选择及换算单位制的选择及换算，内部，内部文件浏览。文件浏览。任务二、纯组分的任务二、纯组分的物性查询物性查询，绘制物性数，绘制物性数据图据图。任务三、自定义组分的创建，根据实验数任务三、自定义组分的创建，根据实验数据据回归回归饱和蒸汽压公式参数，饱和蒸汽压公式参数，回归回归理想气理想气体热容公式中参数以及其它物性数据公式体热容公式中参数以及其它物性数据公式的参数。作实验数据、公式计算值的数据的参数。作实验数据、公式计

4、算值的数据对比图对比图。化工化工计算的九个任务计算的九个任务任务四、应用气体状态方程任务四、应用气体状态方程SRK方程或方程或PR方程计算气体的方程计算气体的P-V-T性质，并出具物料性质，并出具物料的所有物性计算结果。的所有物性计算结果。任务五、绘制二元组分汽液相平衡图任务五、绘制二元组分汽液相平衡图 ，溶，溶液模型的选择，根据二元组分相平衡实验液模型的选择，根据二元组分相平衡实验数据回归回归溶液模型的二元交互作用参数据回归回归溶液模型的二元交互作用参数。数。图图图图图XXYXYXTYXPUNIQUCNRTLWilson任务六、闪蒸的模拟。任务六、闪蒸的模拟。任务七、精馏塔的模拟。任务七、精

5、馏塔的模拟。任务八、物性数据的估算。任务八、物性数据的估算。任务九、任务九、Gibbs反应器模拟反应的极限并计反应器模拟反应的极限并计算反应的平衡常数，用平衡反应器模拟反算反应的平衡常数，用平衡反应器模拟反应的结果。应的结果。任务一、任务一、CHEMCAD的启动，工作文件的命名及的启动，工作文件的命名及保存，单位制的选择及换算，内部文件浏览。保存，单位制的选择及换算，内部文件浏览。 1什么是什么是ChemCAD ChemCAD系列软件是美国系列软件是美国Chemstations公司开公司开发的化工流程模拟软件。发的化工流程模拟软件。 ChemCAD根据根据Microsoft Windows设计

6、标准采用了设计标准采用了Microsoft工工具包及具包及Windows Help系统，使得系统，使得ChemCAD具具有容易使用、高度集成、界面友好等特点，对有容易使用、高度集成、界面友好等特点，对用户来说，外观及感觉和用户熟悉的其它用户来说，外观及感觉和用户熟悉的其它Windows程序十分相似。程序十分相似。 （1）画出用户自己的流程图；）画出用户自己的流程图；（2）选择组分；）选择组分；（3）选择热力学模型；）选择热力学模型；（4）详细说明进料物流信息；）详细说明进料物流信息；（5）详细说明各单元操作的信息；）详细说明各单元操作的信息；（6）运行；）运行；（7）计算设备规格；）计算设备规

7、格；（8）研究费用评估方案；）研究费用评估方案；（9）评定环境影响；）评定环境影响；（10）分析结果）分析结果/按需优化；按需优化；（11）生成物料流程图）生成物料流程图/报告。报告。2ChemCAD6.0 的运行界面的运行界面3ChemCAD6.0 的单位制的选择的单位制的选择米制单位制米制单位制Metric国际单位制国际单位制SI4ChemCAD6.0 的单位换算功能键的单位换算功能键“F6”的使用的使用 5ChemCAD6.0 的内部工作文件浏览的内部工作文件浏览 1-1 在某次试验中需要气体压力为在某次试验中需要气体压力为2atm，试求此压力相当于多少：（，试求此压力相当于多少：（1）

8、Pa；（2）kgf/cm2；（；（3）psia；（；（4）bar。1-2 水以水以50m3/h的流速移动，试求此流的流速移动，试求此流量相当于：（量相当于：（1）m3/min；（2）litre/hr；（；（3）cc/sec；（；（4）gph；（5）ft3/hr；（；（6）lmp gpm。 1-3 20时煤油的密度以时煤油的密度以CGS制表示为制表示为0.845g/cm3，试换算成，试换算成SI制、米制工程制、米制工程单位、英制单位。单位、英制单位。1-4 一表面张力为一表面张力为0.005lbf/ft，换算成，换算成dyn/cm、J/m2、N/m。1-5 500kcal热能，热效率为热能，热效

9、率为75%，在，在10分钟内传给物体，求传热速率，用下列分钟内传给物体，求传热速率，用下列单位表示：（单位表示：（1）kcal/s；（；（2）kW；（3）hp（马力）；（马力）；（4）kgf m/s；（5）Btu/s。 1-6 20%蔗糖溶液，蔗糖溶液，20时的粘度为时的粘度为1.967厘泊（厘泊（cP），换算成：（），换算成：（1）kg/(m h)；（；（2）kgf s/m2；（；（3）N s/m2；（；（4）mPa s；（；（5）lb/(ft s)；（；（6）lbf s/ft2。1-7 一桶原油换算为多少升？一桶原油换算为多少升？1-8 汞汞20的导热系数为的导热系数为6.8kcal/(m

10、 h )，换算成，换算成SI单位，英制单位。单位，英制单位。1-9 由手册查得下列液体在由手册查得下列液体在68 时导热系时导热系数为：醋酸数为：醋酸=0.099Btu/(ft h )、煤油、煤油=0.086Btu/(ft h )。换算成：（。换算成：（1）液体）液体温度用温度用表示；（表示；（2）导热系数用）导热系数用SI单位单位表示。表示。1-10 由一温度已知值，计算下列所有温度由一温度已知值，计算下列所有温度KFR（1） 500（2）-10（3）104（4）6001-11 丁烯（气体）于丁烯（气体）于158 时之热容为时之热容为0.366Btu/(lb )，换算成，换算成kcal/(k

11、g )及及kJ/(kg )。1-12 铜的热容为铜的热容为cp=5.44+0.1462 10 2T cal/(mol )，式中，式中T的单位为的单位为。试求：。试求：（1）将上式换算成）将上式换算成cp用用Btu/(lb-mol R)表表示，式中示，式中T用用 R表示。表示。（2）求）求60时铜之时铜之cp值，单位用值，单位用Btu/(lb-mol R)表示。表示。 1-13 一反应器的水银压力表读数为一反应器的水银压力表读数为26.5英寸英寸汞柱真空度。当日气压读数为汞柱真空度。当日气压读数为763mmHg柱柱。求容器内绝压为多少？用磅力。求容器内绝压为多少？用磅力/英寸英寸2、磅、磅力力/

12、英尺英尺2、巴、巴、mmHg柱、英寸汞柱及毫米柱、英寸汞柱及毫米水柱表示。水柱表示。1-14 一种三组分的液体混合物，其中含一种三组分的液体混合物，其中含A10kg、B为为25%（质量（质量%）以及每）以及每1molB含含1.5molC。A、B、C三组分的分子量分三组分的分子量分别为别为56、58、72；比重分别为；比重分别为0.58、0.60、0.67。计算（。计算（1）混合物的摩尔百分数（）混合物的摩尔百分数（mol%）及体积百分数。（）及体积百分数。（2）混合物的平）混合物的平均分子量。均分子量。 任务二、纯组分的物性查询，绘制物性数据图任务二、纯组分的物性查询，绘制物性数据图 化工过程

13、的开发，化工生产过程规律化工过程的开发，化工生产过程规律的探索离不开对物性数据的依赖。纯的探索离不开对物性数据的依赖。纯组分的物性都是通过各个时期的科学组分的物性都是通过各个时期的科学工作者长期、认真、耐心、反复的测工作者长期、认真、耐心、反复的测量积累而成的。他们在探索各种自然量积累而成的。他们在探索各种自然常数以及传播这种知识中的现身精神常数以及传播这种知识中的现身精神，是应用科学赖以取得成就的基础。，是应用科学赖以取得成就的基础。CHEMCAD集成了集成了DIPPR（美国物（美国物性数据研究院）物性数据库，每一性数据研究院）物性数据库，每一种纯组分的物性主要有：分子量，种纯组分的物性主要

14、有：分子量，临界常数，饱和蒸汽压，密度，表临界常数，饱和蒸汽压，密度，表面张力，粘度，热容等等。下面就面张力，粘度，热容等等。下面就以水为例，介绍如何查询这些物性以水为例，介绍如何查询这些物性数据。数据。习习 题题2-1 查询乙醇的物性数据，写出其中的查询乙醇的物性数据，写出其中的“所需的最少数据所需的最少数据”，并把所查得的有关热，并把所查得的有关热容、密度、饱和蒸汽压的方程系数代入到容、密度、饱和蒸汽压的方程系数代入到具体方程中。具体方程中。2-2 查询甲醇的物性数据，写出其中的查询甲醇的物性数据，写出其中的“基本数据基本数据”，并把所查得的有关热容、密，并把所查得的有关热容、密度、饱和蒸

15、汽压的方程系数代入到具体方度、饱和蒸汽压的方程系数代入到具体方程中。程中。2-3 查询丙烯的物性数据，写出其中的查询丙烯的物性数据，写出其中的“所需的最少数据所需的最少数据”，并把所查得的有关热，并把所查得的有关热容、密度、饱和蒸汽压的方程系数代入到容、密度、饱和蒸汽压的方程系数代入到具体方程中。使用具体方程中。使用Antoine方程和方程和DIPPR库方程计算库方程计算200K下的饱和蒸汽压。使用理下的饱和蒸汽压。使用理想气体热容的多项式方程和想气体热容的多项式方程和DIPPR库方程库方程计算计算200K下的热容下的热容CP。2-4 绘制异丁烷的理想气体热容图，饱绘制异丁烷的理想气体热容图，

16、饱和蒸汽压图。把数据导出，手工绘制。和蒸汽压图。把数据导出，手工绘制。任务三、自定义组分的创建，根据实验任务三、自定义组分的创建，根据实验数据回归饱和蒸汽压公式参数，回归理数据回归饱和蒸汽压公式参数，回归理想气体热容公式中参数以及其它物性数想气体热容公式中参数以及其它物性数据公式的参数。作实验数据、公式计算据公式的参数。作实验数据、公式计算值的数据对比图。值的数据对比图。 CHEMCAD提供的提供的DIPPR物性数据库中，物性数据库中，数据都是灰色的，不让用户修改数据都是灰色的，不让用户修改 CHEMCAD提供了三种创建自定义组提供了三种创建自定义组分的命令：分的命令： “创建新的组分创建新的

17、组分”菜单命令：菜单命令： “复制组分复制组分”菜单命令：菜单命令： “导入自定义组分物性数据导入自定义组分物性数据文件文件”菜单命令：菜单命令： 例例3-1 通过复制丙烯组分来创建自定义通过复制丙烯组分来创建自定义组分，并用中文名称命名。已知丙烯组分，并用中文名称命名。已知丙烯的饱和蒸汽压测量数据如表的饱和蒸汽压测量数据如表c-1：温度温度 K72.9598.49 124.02149.55 175.08 200.62压力压力 mmHg4.24E-101.34E-040.07042.9635.5209226.15251.68277.22302.75786220050109820理想气体热容测量

18、数据如表理想气体热容测量数据如表c-2：温度温度 K72.9598.49124.02149.55175.08200.62226.15热容热容cal/(mol-K)8.73 9.23 9.8110.511.21212.8251.68 277.22 302.75 5507501050 125013.714.615.524.529.935.138用表用表c-1和表和表c-2中的实验数据回归蒸汽压中的实验数据回归蒸汽压方程和热容方程中的参数，并替换方程和热容方程中的参数，并替换CHEMCAD中该组分原有参数。中该组分原有参数。习习 题题3-1 通过复制异丁烷组分来创建自定通过复制异丁烷组分来创建自定义

19、组分，并用中文名称命名。已知异义组分，并用中文名称命名。已知异丁烷的饱和蒸汽压测量数据如表丁烷的饱和蒸汽压测量数据如表c-3：温度温度 K114.2144.8184.7225.5276.9压力压力 Pa0.01428.490581095.919177.3176501307.1347.2408.9448466 1.19E+06 3.63E+06用表用表c-3中的实验数据回归蒸汽压方程中的中的实验数据回归蒸汽压方程中的参数，并替换参数，并替换CHEMCAD中该组分原有参中该组分原有参数。数。3-2 通过复制水组分来创建自定义组分，并用中文名称命名。已知水的密度测量数据如表c-4： 温度温度 041

20、015202531密度密度 kg/m3999.839999.972999.699999.099998.204997.045995.341温度温度 445565758595100密度密度 kg/m3990.628985.695980.557974.850968.621961.902958.365用表c-4中的实验数据回归密度方程中的参数，并替换CHEMCAD中该组分原有参数。 3-3 通过复制呋喃组分来创建自定义组分，并用中文名称命名。已知呋喃的液体热容测量数据如表c-5：温度温度 K187.75211.24232.31247.74260.74热容热容 J/kmol-K99486.4 10129

21、1 103444 105593 107452272.01276.57304.1109525 110263116092用表用表c-5中的实验数据回归液体热容方程中中的实验数据回归液体热容方程中的参数，并替换的参数，并替换CHEMCAD中该组分原有中该组分原有参数。参数。 任务四、应用气体状态方程任务四、应用气体状态方程SRK方程或方程或PR方程计算气体的方程计算气体的P-V-T性质，并出具物料的所有物性计性质，并出具物料的所有物性计算结果。算结果。 宏观物质的聚集状态（相态）有三种：宏观物质的聚集状态（相态）有三种： 气、液、固，其中气相（汽相）又分为：气、液、固，其中气相（汽相）又分为：1.气

22、体气体大于大于Tc且小于且小于pc的气相中的物质。的气相中的物质。2.蒸汽蒸汽能经加压或降温液化或凝固的气相称能经加压或降温液化或凝固的气相称为蒸汽。为蒸汽。计算气体的计算气体的p、V、T数据数据 1.气体的气体的p、V、T数据变化规律采用气体状态数据变化规律采用气体状态方程来描述。方程来描述。2.这个规律的探索历程：这个规律的探索历程：波义尔（波义尔（Boyle，1662）PV=常数常数盖盖吕萨克（吕萨克（Gay-Lussac,1802）V=V0(1+kT)克拉伯龙（克拉伯龙（Clapeyron,1834）PV=R(T+267)200年前，年前，Van Helmont发现了气体冷凝发现了气体

23、冷凝1822年，年，Cagniard de La Tour 发现临界发现临界状态，即在这个温度和压力下，气体和状态，即在这个温度和压力下，气体和液体不可区分液体不可区分1862年，年，Andrews 对临界现象作了全面深对临界现象作了全面深入的研究入的研究1873年，范德华定量的考虑了真实气体与年，范德华定量的考虑了真实气体与理想气体的偏差，是目前通用的理想气体的偏差，是目前通用的PVT关关系的基础系的基础1927年，年，Ursell通过对分子间力的研究，通过对分子间力的研究，用统计力学导出了维里方程用统计力学导出了维里方程1949年，年，Redlich-Kwong 提出了一个改进提出了一个改

24、进的两参数状态方程的两参数状态方程 所有真实气体在较高温度和较低压力下都所有真实气体在较高温度和较低压力下都近似于理想气体，近似于理想气体，PVT关系可以用理想气关系可以用理想气体状态方程表示：体状态方程表示：PV=nRT 所有真实气体的所有真实气体的PVT关系在关系在P 0 时，都时，都必须还原为理想气体状态方程：必须还原为理想气体状态方程：PV=nRT理想气体微观模型描述为：理想气体微观模型描述为：a）气体分子是不占体积的质点；）气体分子是不占体积的质点；b）气体分子之间无相互作用力；）气体分子之间无相互作用力；c）气体分子是弹性体。）气体分子是弹性体。 对真实气体的非理想性修正自对真实气

25、体的非理想性修正自1840年范德年范德华就开始了，目前的绝大多数方程都是华就开始了，目前的绝大多数方程都是在此基础上发展的在此基础上发展的几个十分成功的方程：几个十分成功的方程：1949年的年的Redlich和和Kwong 提出的提出的RK方程，近期则为方程，近期则为1972年年Soave提出的提出的SRK方程和方程和1976年年Peng和和Robinson提出的提出的PR方程，这些方程，这些方程都是立方型的方程都是立方型的应用气体状态方程时注意事项：应用气体状态方程时注意事项：任何一个气体状态方程都不是万能的，会任何一个气体状态方程都不是万能的，会受到物质种类、物质的极性、温度、压受到物质种

26、类、物质的极性、温度、压力范围的影响。能较好预测饱和液体的力范围的影响。能较好预测饱和液体的性质，但对液体的其它状态还不能很好性质，但对液体的其它状态还不能很好的适用。的适用。 标准SRK方程 SRK方程引入的参数a、b是对真实气体非理想性的修正。 a修正分子间的相互作用力 b修正分子体积()mmmRTaPVbV Vb 其中： 0.08664CCRTbp220.42748CCR Tap0.521(1)rmTrCTTT20.48 1.570.176m对比温度物质的临界参数 求取SRK方程中的参数a、b时，需查阅该气体的临界参数 临界参数是物质的特性参数，是一种固有的性质，气体加压液化所允许的最高

27、温度成为临界温度；气体在临界温度时发生液化所需要的最小压力称为临界压力。 各物质的临界参数详见第294297页CCpT、采用采用CHEMCAD计算物料的计算物料的PVT等性质等性质例题例题4-1：采用：采用ChemCAD软件计算异丁烷在软件计算异丁烷在300K、0.3704MPa时饱和蒸汽的摩尔体积，时饱和蒸汽的摩尔体积，并查看其它物性如焓、熵、压缩因子、密度并查看其它物性如焓、熵、压缩因子、密度等。等。例题例题4-2：用：用CHEMCAD分别求分别求473.15K下饱和下饱和水蒸汽的焓（相对焓）和水蒸汽的焓（相对焓）和473.15K下水蒸汽处下水蒸汽处于理想状态时的焓。于理想状态时的焓。求不

28、同压力下的理想气体熵（如分别在p1为1961 Pa下和p2为196 Pa下的熵）。 1. 物料或流股的温度、压力、体积、焓、熵、密度等宏观性质是相互联系的。而K值模型起到了纽带作用。 2. 除了临界参数如pc、Tc、偏心因子、沸点等这些特性常数外，物料其它的宏观性质称之为状态函数。 3. 物料的所有性质确定后，物料的状态就完全确定；反之，物料的状态确定后，所有的性质也随之确定。 在本门课程中，一股物料代表一种状态，这股物料中的所有状态函数具有唯一值。 状态函数只有少数部分可以直接测量：如温度、压力、浓度等，而焓、熵、逸度、活度等不易测量，气体状态方程或K值模型就是这两类状态函数沟通的桥梁。 一

29、股物料的确定或一种状态的确定自由度的作用。 能够维持物料原有相数而可以独立改变的变量叫做自由度。 吉布斯相律，FCP2 只受温度和压力影响的平衡系统的自由度数，等于系统的组分数减去相数再加上2 。 本课程中物料的自由度确定完全可以依据经验：在确定物料各组分浓度和总摩尔数（质量数）后，剩下的自由度一般不超过2个。（汽相分率不是状态函数）焓的定义焓的定义 焓的数学形式焓的数学形式 H=U+PV 焓的特性焓的特性 (1) 是状态函数，H=f ( p, T ) 等 (2) 无法确定其绝对值，也从不使用各状态下的焓绝对值 (3) 只计算 H焓在工程应用上极为广泛，焓没有绝对值，每次应用时都要计算两个状态

30、下的焓变，公式复杂，计算繁琐，给工程人员带来不便； 如果确定一个状态为体系共同的参照标准，那么就可以确定体系任意一个状态下的相对焓值： 焓的参考态：焓的参考态：焓值的参照状态是一个组分在25和1atm的标准状态下的生成热（或生成焓）。单质的理想气体的生成热是0。 理想气体在298.15K和1atm下的标准生成焓； 热力学第二定律的内容：热不能自动从低温热力学第二定律的内容：热不能自动从低温流向高温。流向高温。 数学表达形式：数学表达形式： 理想气体的熵变计算公式如下：理想气体的熵变计算公式如下： 等温下理想气体的熵变计算公式如下：等温下理想气体的熵变计算公式如下： 例41 已知异丁烷温度300

31、K, 压力3.704 105Pa, 求体积。 解题步骤： 已求得a=1.653710-2(Pa m3)mol b=8.0582 10-5m3mol 将数据代入式（26），得 f(Vm)=V30. 006734V20.3915510-5V 0.3597710-9导函数f (Vm)=3V20.013368V 0.3915510-5手工计算手工计算SRK方程方程 Vm0RT/p 0.0067338m3mol Vm1 Vm0 f (Vm0)/f (Vm0) 6.733810-3+5.279510-4 6.205810-3 Vm2Vm1 f (Vm1)/f (Vm1) 6.205810-3 1.0051

32、0-4 6.105310-3 Vm3 Vm2 f (Vm2)/ f (Vm2) 6.105310-3 0.355310-5 6.101810-3真实气体p、Vm、T的求解 Vm4 Vm3 f (Vm3)/ f (Vm3) 6.101810-3 0.437510-8 6.101810-3 Vm3真实气体p、Vm、T的求解刚才求的是异丁烷饱和蒸汽体积，该方程还有一解是饱和液体体积Vm0RT/p / 1000 6.733810-6 m3/molVm10.939 10-4 Vm21.12810-4 Vm31.1376 10-4 Vm4 1.1376 10-4 三个根的意义 V的三根之和等与理想状态下的

33、体积。 同理也可以用式（219）求Z的三个根，三个根之和等于理想状态下的压缩因子，即等于1。 通过上述关系求出中间的一个根。 对f (Vm)和f (Z)作图，可以看到三个根的分布，呈“N ”形状。 在迭代过程中，V、Z 0 （大于零）例例22 SRK方程的方程的f(Vm)图图习习 题题4-1氯甲烷在氯甲烷在60时，求其饱和蒸汽的摩时，求其饱和蒸汽的摩尔体积和饱和蒸气压？尔体积和饱和蒸气压？Global K Value Option（K值模型）分别选择值模型）分别选择SRK、PR和和BWRS方程，并与实验值的摩尔体积方程，并与实验值的摩尔体积1.636m3/kmol进行比较，其饱和蒸汽压为进行比

34、较，其饱和蒸汽压为1.376MPa。4-2计算计算200、1 MPa时异丙醇蒸汽的摩时异丙醇蒸汽的摩尔体积尔体积V和压缩因子和压缩因子Z。Global K Value Option（K值模型）分别选择值模型）分别选择SRK、PR和和BWRS方程。方程。4-3计算计算136atm、921K时水蒸汽的比容，时水蒸汽的比容，并与实验值并与实验值V=0.0292m3/kg进行比较。进行比较。4-4计算水蒸气在计算水蒸气在10.3MPa和和643K下的摩尔体下的摩尔体积，并与水蒸气表查出的数据积，并与水蒸气表查出的数据 (V0.0232 m3/kg)进行比较。进行比较。Global K Value Op

35、tion（K值模型）分别选择值模型）分别选择SRK、PR和和BWRS方程方程4-5一压缩机每小时处理一压缩机每小时处理600kg甲烷及乙烷的等甲烷及乙烷的等摩尔混合物。气体在摩尔混合物。气体在5MPa，l49下离开压缩下离开压缩机。试问离开压缩机的气体体积流率为多少？机。试问离开压缩机的气体体积流率为多少？4-6使用使用SRK方程计算在方程计算在333K时氯甲烷的饱和时氯甲烷的饱和蒸汽和饱和液体的摩尔体积。巳知：蒸汽和饱和液体的摩尔体积。巳知：333K时时氯甲烷的饱和蒸气压为氯甲烷的饱和蒸气压为1.376MPa，饱和蒸汽，饱和蒸汽和饱和液体实验值分别为和饱和液体实验值分别为1636L/kmol

36、及及60.37L/kmol。4-7已知已知633K、9.8104Pa下水的焓为下水的焓为57497J mol-1,运用运用SRK方程求算方程求算633K、9.8MPa下水的焓值。文献值为下水的焓值。文献值为53359J mol-1。4-8. 试计算甲烷与氮气的气体混合物（甲烷的摩尔试计算甲烷与氮气的气体混合物（甲烷的摩尔分数为分数为60），在），在200K下，压力从零增至下，压力从零增至4.86MPa中焓的变量。（中焓的变量。（K、H=SRK或或BWRS）4-9. 试计算丙烷气体从试计算丙烷气体从378K、0.507MPa的初态变的初态变到到463K、2.535MPa的终态时过程的的终态时过程

37、的H和和S值值。 4-10. 有人用有人用A和和B两股水蒸气通过绝热混合获得两股水蒸气通过绝热混合获得0.5MPa的饱和蒸汽，其中的饱和蒸汽，其中A股是干度为股是干度为98的湿的湿蒸汽，压力为蒸汽，压力为0.5MPa，流量为，流量为1；而；而B股是股是473.15K，0.5MPa的过热蒸汽，试求的过热蒸汽，试求B股过热蒸股过热蒸汽的流量该为多少？汽的流量该为多少？ 期中复习期中复习量的名称量的名称单位名称单位名称单位符号单位符号长长 度度米米m质质 量量千克千克kg时时 间间秒秒s物质的量物质的量摩尔摩尔mol热力学温度热力学温度开（尔文）开（尔文）K1、SI单位制中的基本单位（化工中常用的几

38、个单位制中的基本单位（化工中常用的几个）期中复习期中复习2、直接用基本单位表示的、直接用基本单位表示的SI导出单位导出单位量的名称量的名称单位名称单位名称单位符号单位符号(关系式关系式)体积体积(容积容积)立方米立方米m3摩尔体积摩尔体积立方米每摩尔立方米每摩尔m3/mol比体积比体积(比容比容)立方米每千克立方米每千克m3/kg密度密度千克每立方米千克每立方米kg/m3物质量浓度物质量浓度摩尔每立方米摩尔每立方米mol/m3期中复习期中复习3、其他的、其他的SI导出单位导出单位量的名称量的名称单位名称单位名称单位单位符号符号用其他用其他SI单位表单位表示的关系式示的关系式压力压力,压强压强帕

39、帕斯卡斯卡PaN/m2能量能量,功功,热量热量焦焦耳耳JN m功率功率瓦瓦特特WJ/s粘度粘度帕秒帕秒Pa s 表面张力表面张力牛顿每米牛顿每米N/m 摩尔热容摩尔热容焦焦/(开开 摩尔摩尔)J/(mol K)国际单位制国际单位制SI4ChemCAD6.0 的单位换算功能键的单位换算功能键“F6”的使用的使用 期中复习期中复习5、选择组分、选择组分选择组分选择组分选择组分选择组分期中复习期中复习ID:数据库中的顺序号，身份证数据库中的顺序号，身份证用用ID，英文名，英文名，CAS，分子式查找，分子式查找CAS：美国化学文摘给所有物质的统一编：美国化学文摘给所有物质的统一编号号期中复习期中复习组

40、分列表组分列表用鼠标选中组分，用鼠标选中组分，单击单击“查看查看”按按钮钮查查看看组组分分信信息息期中复习期中复习6、创建自定义组分、创建自定义组分点击菜单按钮点击菜单按钮“热力学及物化性质热力学及物化性质”点击菜单命令点击菜单命令“组分数据库组分数据库”物化数据回归的物化数据回归的菜单命令菜单命令期中复习期中复习7、物料的定义或信息编辑、物料的定义或信息编辑物料与组分的区别：物料与组分的区别：物料有状态，如温度、压力、各组分的浓物料有状态，如温度、压力、各组分的浓度等等状态性质。度等等状态性质。组分没有状态之分，它有分子结构决定。组分没有状态之分，它有分子结构决定。例如，液态的水和固态的冰，

41、组分均为水例如，液态的水和固态的冰，组分均为水。先选择组分的单位先选择组分的单位是分率还是流量是分率还是流量确定物料中各组分确定物料中各组分的分率或流量的分率或流量如果组分的单位是分如果组分的单位是分率，再确定总流量率，再确定总流量最后在这三个变量最后在这三个变量中确定其中两个中确定其中两个如何采用如何采用ChemCAD进行单位换算？进行单位换算？在在ChemCAD中如何正确处理单位制选中如何正确处理单位制选择与单位换算的关系？择与单位换算的关系？在在ChemCAD中如何创建自定义组分？中如何创建自定义组分？ 在在ChemCAD中，可以进行哪些物性数中，可以进行哪些物性数据的回归？自变量都是什

42、么物理量？据的回归？自变量都是什么物理量？在在“物料信息编辑物料信息编辑”窗口中如何进行物窗口中如何进行物料信息编辑？料信息编辑？ 思考题思考题思考题思考题在在ChemCAD中如何查看焓和熵的结果中如何查看焓和熵的结果信息？信息？两股物料之间或两种状态之间的焓变和两股物料之间或两种状态之间的焓变和熵变如何计算？熵变如何计算？任务五、绘制二元组分汽液任务五、绘制二元组分汽液 相平衡图相平衡图 ，溶液模型的选择，溶液模型的选择，根据二元组分相平衡实验数据回归溶液模根据二元组分相平衡实验数据回归溶液模型的二元交互作用参数。型的二元交互作用参数。 图图图图图XXYXYXTYXPUNIQUCNRTLWi

43、lson例例5-1 采用采用RKS方程计算：在方程计算：在2.0MPa压力下，压力下，二元体系丙烯（二元体系丙烯（C3H6,Propylene）异丁烷）异丁烷（C4H10，Isobutane）的汽相平衡组成和温）的汽相平衡组成和温度，以及汽液两相中各组分的逸度系数。（度，以及汽液两相中各组分的逸度系数。（斯坦利斯坦利M瓦拉斯，化工相平衡，瓦拉斯，化工相平衡，370页）页）例例5-2 画出二元体系水和乙醇在等温下（画出二元体系水和乙醇在等温下（100）的汽液相平衡图。的汽液相平衡图。 1964年，年，Wilson等人根据溶液的局部组成理等人根据溶液的局部组成理论，创建了半经验半理论的活度系数方程

44、论，创建了半经验半理论的活度系数方程；后来得到不断改进，并出现了以局部组；后来得到不断改进，并出现了以局部组成理论开发的其它方程，如成理论开发的其它方程，如NRTL方程、方程、UNIQUAC方程，使活度系数的计算方法方程，使活度系数的计算方法的研究进入了一个全新的阶段。的研究进入了一个全新的阶段。5.1.1 Wilson 方程的通式：NkNjjkjkkiNjjijixxx111)ln(1ln上式直接表达了活度系数与溶液中的各组分的上式直接表达了活度系数与溶液中的各组分的关系，式中称为关系，式中称为Wilson参数，可以表示为：参数，可以表示为：/)(expRTggVViiijijij上式中、是

45、纯组分上式中、是纯组分i、j的摩尔体积，是物质固有的摩尔体积，是物质固有的性质（查看组分物性数据的其它物性数据中的性质（查看组分物性数据的其它物性数据中的的“液体体积常数液体体积常数”）；）；R是气体常数；是气体常数；T是是体系的温度。则需要通过体系的温度。则需要通过i和和j组成的二元体系组成的二元体系的汽液平衡数据采用数学的方法回归出来。的汽液平衡数据采用数学的方法回归出来。 5.2 WILSON参数回归参数回归例题例题5-3：已知二元体系甲醇（：已知二元体系甲醇（methanol）水（水（water）在）在0.1013MPa下的汽液平衡数下的汽液平衡数据如下，求据如下，求wilson方程的

46、能量参数。（方程的能量参数。（化化工热力学工热力学例例7-1，wilson方程的能量参数方程的能量参数， ）molJgg/13.10851112molJgg/04.16312221， molJgg/04.16312221表e-1 甲醇-水二元体系的汽液平衡数据x10.050.20.40.60.80.9t/92.75 82.69 76.17 71.57 67.8166.1y10.267 0.562 0.724 0.832 0.921 0.9615.3 UNIFAC估算估算例5-4：用UNIFAC法估算二元体系甲醇（methanol）水（water）在0.1013MPa下的Wilson方程的能量参

47、数，并计算和比较汽液平衡数据。习习 题题5-1绘制呋喃-四氢化碳分别在等温、等压下的汽液平衡相图。5-2绘制氯仿-苯分别在等温、等压下的汽液平衡相图。5-3绘制乙醇-苯分别在等温、等压下的汽液平衡相图。5-4绘制氯仿-丙酮分别在等温、等压下的汽液平衡相图。5-5绘制正丁醇-水分别在等温、等压下的汽液 平衡相图。（K=NRTL或UNQUAC，全流程相的选择Vapor/ LIQUID/Liquid/Solid）。5-6绘制己烷-乙醇-乙腈三元体系的双节点图。5-7绘制正丁醇-水的二元体系液液平衡图。5-8氯仿-乙醇二元体系，试求该体系在55的p-x1-y1数据；如有恒沸点，确定恒沸点组成和压力。5

48、-9甲醇-甲基乙基酮二元体系在温度64.3，压力1.013105Pa时形成含84.2%（摩尔分数）甲醇的恒沸物，使用甲醇和甲基乙基酮沸点数据或饱和蒸汽温度数据及恒沸点数据回归Wilson方程参数，并用该Wilson方程求出这一体系在1.013105Pa压力下的t-x1-y1数据。5-10用P-R状态方程计算甲醇-水二元体系在150汽液平衡。5-11醋酸-水-异丙醚三元体系的液液平衡数据如下：（质量百分含量）使用上述数据回归NRTL参数，并作双节点图。 表e-2 醋酸-水-异丙醚三元体系的液液平衡数据 水层异丙醚层醋酸水异丙醚醋酸水异丙醚0.6998.11.20.180.599.31.4197.

49、11.50.370.798.92.8995.51.60.790.898.46.4291.51.91.93197.113.384.42.34.821.993.325.571.13.411.43.984.736.758.94.421.66.971.544.345.11.631.110.858.146.437.116.536.215.148.7任务任务9 反应过程模拟，变温过程反应过程模拟，变温过程模拟，变压过程模拟模拟，变压过程模拟 反应过程是化工生产的核心，决定着整反应过程是化工生产的核心，决定着整个工艺流程方案。个工艺流程方案。 有关反应过程模拟的几个概念：有关反应过程模拟的几个概念：反应物配

50、比反应物配比 转化率转化率 选择性选择性 反应反应平衡常数等温反应绝热反应平衡常数等温反应绝热反应一、反应物配比一、反应物配比参与反应的各物料价格存在差异参与反应的各物料价格存在差异各反应物混合后可能形成爆炸性气体各反应物混合后可能形成爆炸性气体如何充分利用高价反应物？如何充分利用高价反应物？如何避免反应物混合后形成爆炸性气体？如何避免反应物混合后形成爆炸性气体？通常各反应物之间的比例关系并非按照化学通常各反应物之间的比例关系并非按照化学反应方程式中的计量比进行配制。反应方程式中的计量比进行配制。 配比反映的是生产规律配比反映的是生产规律反应式的计量系数反映的是反应变化规律反应式的计量系数反映