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1、一、 化工流程圖（一）流程圖簡介 流程圖乃是利用一些簡單符號及圖表，將生產過程中的反應程序繪成一張簡圖，方便了解生產流程，及利於流程的操作。 依使用的目的不同，一般比較常使用的流程圖如下：1. 方塊流程圖以方格表示程序的主要功能，直線箭頭表示物質流動方向，並加註重要程序資料之流程圖。此圖用於開發初期程、序概念的介紹，並方便做質能均衡的計算，作為化工程序設計的基礎。故又稱為方塊式質量或能量均衡圖。 2. 程序流程圖 以簡單的圖形表示程序中重要的裝置、管路，以直線箭頭連接，再標式關鍵性的操作條件，如溫度、壓力等之流程圖，故又稱為裝置簡示流程圖。此種流程圖最常見於化工廠的各種程序中，在化工計算中不常
2、被使用。 化工廠中常見的程序流程圖有三種：（1）定性流程圖 標式物料的流動，程序中各裝置的次序，及操作的條件等。（2）定量流程圖 標式程序操作中，原料、各階段物料以及產品等的量。（3）綜合流程圖 以定性流程圖為基礎，並加入裝置的規格、物料的量及程序上之各操作條件。3. 工程流程圖 此圖以程序流程圖為基礎，再標式化工程序的多種重要資料，如正常生產、緊急停爐，維修保養.等所需相關資料。比程序流程圖更清楚。因用途不同，可區分為機械流程圖及配管儀器流程圖。（二）流程圖符號 為使流程圖簡明，又能表現相當的資料，常使用流程圖符號來繪製流程圖。1. 簡述字號2. 裝置符號二、 質量均衡物質經過不同化工程序單
3、元時，不管是如何複雜，或經過多少反應，都必須遵守物理和化學的守恆定律：1.質量守恆定律（非核子反應） 2.原子守恆定律 3.能量守恆定律 4.動量守定律 5.電荷守恆定律。而前三個定律應用於化工程序之計算中，稱為質能均衡、質能平衡、或化工計算。1.質能均衡又分為質量均衡及能量均衡兩種計算， 一般會先計算質量均衡，再計算能量均衡。2.質量均衡是利用質量守恆定律、原子守恆定律計算化工程序中原料、產物各物料的量。先學簡單的無化學變化系統，再學較複雜的化學變化系統之質量均衡。（一）無化學變化系統的質量均衡系統： 質量守恆方程式：穩態下：質量積存0則，質量守恆方程式可簡化為：解題法：1.畫流程圖2.標出
4、物質之已知質量及濃度，未知量設符號 （純物質不需標式濃度）3.列方程式1.全部物質：質量輸入質量輸出2.部分物質：質量輸入質量輸出（可多條）4.解出未知數（n條方程式可解n個未知數）5.寫出問題的答案 解題技巧 1.部分物質之質量求法 質量分率溶質質量溶液質量 so 溶質質量溶液質量質量分率 例：100 Kg 的Ca(OH)2水溶液，若Ca(OH)2之質量分率（x）為0.2，則水溶液中含水及氫氧化鈣多少克？ 2.設定基準：若題目中沒有任何質量（莫耳數），則需設定已知濃度之物質之質量為100克（1莫耳） 題型：皆為將物質分離或集合的物理程序1.稀釋 2.混合 3.分餾 4.乾燥 5.結晶 6.分
5、餾回流 7.分流 8.蒸發 9.氣體吸收 10.萃取 以上操作可以可區分為三個基本類型： 1. 儲存操作 2.分離操作 3.組合操作例1：今有氫氣化鈣之水溶液，內含氫氣化鈣之質量分率為0.2，若欲將其稀釋為2000仟克含氫氣化鈣5%之水溶液，則需用若干公斤的水，以稀釋20%之水溶液？例2：一混合器中原存有1910公斤的稀硫酸水溶液，內含硫酸12.43wt%，若欲將混合器中的硫酸提升到18.63wt%，則需加入77.7wt%之硫酸溶液多少公斤？又得新溶液若干？例3：今有一連續蒸餾塔，在大氣壓下，此塔每小時須分離13640仟克之苯與甲苯之混合物，進料中苯之質量分率為0.40，塔頂產物中苯之質量分率
6、為0.97，塔底產物中甲苯之質量分率為0.98，試計算每一小時塔底產物為多少仟克？ 塔頂產物為多少千克？例4：某乾燥器每小時需處理含水量71%之濕紙漿1000公斤，乾燥後除去60%的水，則每小時需除去若干公斤水分？ 乾燥後的紙漿的組成為何？例5：結晶器中原有10000公斤之60飽和NaHCO3水溶液，若欲將500公斤之NaHCO3結晶析出，問結晶器中的溫度應降為幾度？ 溫度 溶解度 克NaHCO3/100克H2O 6016.450 14.45 40 12.7 30 11.1 20 9.6 10 8.15 例6：一精餾塔用以分離10000公斤/小時之苯與甲苯混合物（各含50），餾出物中含苯95，
7、餾餘物中含甲苯96。自塔頂入冷凝器蒸氣量為8000公斤，則回流比若干？精餾塔分離苯及甲苯流程如下：F=1000kg/小時XF=0.50V=800kg/小時LB , XB=?D , XD=0.95例7：如下圖之操作，從戊烷異購物之混合物中分離出部分之異戊烷，則分流入分離器的量佔原料若干百分率？P、 XP0.9F=100Kg 00KgXY、XY1.0S、Xs0（純異戊烷）XF=0.8例8：有一製造NaOH程序，使用一雙效蒸發器以濃縮NaOH水溶液，設每小時進入第一器內4000公斤之10%NaOH，蒸發後離開第一效之濃度為18%， 此溶液再進入第二效蒸發器內，最後得到50 %NaOH溶，則1.各蒸發
8、器中水的之蒸發速率為多少Kg/hr？ 2.進入第二效蒸發器的流量為多少Kg/hr？3.最後產品的流量為多少Kg/hr？例9：將10公斤酚與10公斤水混合後形成二層溶液，上層含12%酚，下層含62%酚，則上層的質量為多少Kg ？（二）有化學變化系統的質量均衡 有化學變化系統： 質量守恆方程式：若為穩態下：質量積存0公式簡化為：解題法：1.畫流程圖2.標示各成分之已知質量及濃度，未知量設符號3.列化學方程式4.燃燒問題：利用 惰性成分（繫質）、過量空氣 解題5.化學製程問題：利用 轉化率、產率 解題6.解出每一未知量及回答問題1. 燃燒問題： （一般以莫耳數計算）1.燃燒指物質與氧氣反應，一般指有
9、機燃料與空氣燃燒，完全燃燒生成H2O及CO2，不完全燃燒則生成H2O、CO或C。 例：寫出乙烷、乙烯完全燃燒之化學方程式？2.名辭定義： 1. 關連成分、繫質（tie component）：於化學反應中，某一成分為惰性物質而始終不發生化學反應者，可藉此成分的質量均衡關係，計算進出口物流的組成。一般空氣中的N2（g）即為繫質。2.理論氧氣（O2理）：物質完全燃燒，理論上所需之氧氣量。由燃燒方程式求得3.理論空氣（Air理）：物質完全燃燒，理論上所需之空氣量。由理論氧氣求得4.過量氧氣O2（空氣Air）：物質實際燃燒所需之氧氣（空氣）量。5.過量氧氣百分率（）過量空氣百分率（） 公式：6.過剩氧氣
10、百分率（）過剩空氣百分率（） 公式：例1：5莫耳乙烯完全燃燒需理論氧氣 mole，需供給 mole理論空氣（氧氣之莫耳分率為0.2）。若供給100莫耳空氣，則供給之過量空氣百分率 ，過量氧氣百分率為 ，過剩空氣百分率 ，過剩氧氣百分率 。 例2：燃燒88克丙烷，需標準狀態下氧氣約若干公升？若使用20%過量空氣，則需標準狀態下空氣若干公升？例3：輸入20過剩空氣，完全燃燒10莫耳乙烷燃料，則需輸入空氣量為？例4：輸入20過剩空氣，完全燃燒某天然氣（成分為95甲烷、5乙烷），試計算輸入空氣量與天然氣量之比？例5：一燃爐所使用之天然氣中含95甲烷與5氮，當天然氣燃燒時，自燃爐排出的氣體，入冷凝器將水
11、份冷凝除去後，其組成為9.1之二氧化碳、0.2之一氧化碳、4.6之氧，及86.1之氮，試計算入口空氣之過剩百分率？例6：一合成氣含7.2CO2、0.2O2、38.6CO、48.6H2（其餘為氮氣），使用30過量乾空氣燃燒，則其燃氣之組成為何？2. 化學製程問題 （以質量、莫耳數計算皆可）1.轉化率：指反應中，反應物參與反應之分率，實際上反應物不可能完全反應完，故轉化率小於100。定義：反應物反應量可由下列二者求得： 1.產物生成量 2.反應物反應後之剩餘量 例：乙烯氫化成乙烷之反應為： 1C2H4 + 1H2 1C2H6 若乙烯進料20莫耳，在下列兩種情形下之乙烯轉化率為多少% 1.生成乙烷10莫耳，乙烯轉化率為 。 2.反應後，出料中含乙烯5莫耳，乙烯轉化率為 。2.產率：可以用以測量一反應器或一工廠之性能（效率），及生成某一種產物之效能。定義： 一反應為 A + B C（產物）
