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1、湖南化工职业技术学院化工计算教案第一章 绪论一、教学内容化工计算的目的、内容；化工过程特征；本课的学习方法要求。二、教学方法设计1、自我情况介绍，个人的工作背景及可以和同学们分享的企业生产经营知识、经验，拉近师生距离。2、化工过程案例：某厂间苯二甲腈氯化生产四氯间苯二甲腈已知工艺条件：温度、压力、日产量、原料纯度、产品纯度求解内容：原料消耗量，反应热和能源消耗量，有兴趣的同学可以作产品技术经济效益评估和分析，提出合理化建议。思考：（1）计算内容的现实意义、方法（2）化工企业对高素质专门人才的现实需求：技能素质、人文素质与综合素质（人力资源冰山模型与素质元素结构论）3、结合上述案例阐明观点，指出
2、化工计算的目的、内容，概括化工过程特征，提出本课程的学习要求及对同学们的期望。化工计算的作用归纳（更具现实性的有别于教科书的表述方式）：管理控制的需求；设计开发的需求；过程控制与改进的需求。化工计算中的现代化手段运用的案例（某化工企业基于成本管理控制的产品生产原材料、能源预算计算软件开发的实践与启迪）三、教学过程准备知识：过程概念：将一组输入转化为输出的活动过程特征：黑箱状态重点内容：化工过程特征：1、具有过程特征2、具有自身特点：三个基本环节构成第二章 化工常用基础数据一、教学内容常用基本物性数据：临界常数、密度、蒸气压、粘度及热导率二、教学方法设计1、抛砖引玉思考题：某产品生产原料气化器的
3、设计计算各基本物性数据的物理意义物理单位及计算估算方法2、指点迷津物性数据和热力学数据是化工计算的基础数据。获得准确、可靠的数据是进行物料衡算、能量衡算以及化工过程计算必须的准备工作。三、教学过程准备知识：气体的压力-体积-温度关系：理想气体、真实气体、真实气体混合物、获得基础物性数据的能力。重点内容：第1节 化工常用基本物性数据一、理想气体状态方程：方程：PV=nRT分析各参数单位：提问适用的条件：提问二、临界常数：1、概念：临界温度（Tc）：气体可以液化的最高温度临界压力 (Pc)：临界温度下气体液化所需的最低压力临界体积（Vc）:临界温度及临界压力下1mol气体所占的体积2、用途：在缺少
4、物性数据时，通常使用临界常数估算常用物性数据（如密度、蒸气压、粘度、热导率等）和一些经验公式的参数。例：利用临界常数计算范德华常数（P+）(Vm-b)=RTa= b= R=（P30习题1）a下,CO210-4m3.mol-1比较.分析过程:Vm=10-4m3.mol-1范德华方程:PV-(bp+RT)V + aVm ab = 0将各已知参数代入公式，用牛顿迭代法计算出结果。说明:用代数计算程序(互联网下载)可以解方程。比较计算的误差。三、密度1、定义:单位物质所具有的质量。2、方法：理想气体状态方程：r= 10-3 适合理想气体的密度的计算。非理想气体：可用范德华方程。液体密度的计算：用定义式
5、和经验式注意：混合气体和混合液体的密度计算用以下公式。混合液体： 混合气体：四、蒸气压 饱和蒸气压的概念 两个计算蒸气压的经验式：安托尼蒸气压方程克拉贝龙蒸气压方程 例：见P/16-17页第2节 常用热力学数据一、教学内容常用热力学数据：热容、相变热、焓二、教学方法设计1、 复习热容的概念；2、 掌握标准反应热的两种计算方法，区分不同点，比较计算结果；3、 相变热的正负代表了什么？4、 焓的内涵。三、教学过程热容：定义：指一定量的物质升高1K所吸收的热量分类：质量热容 J 摩尔热容 J恒压热容: Cp,m恒容热容：Cv,m理想气体：Cp,m=a+bT+cT2+dT3 Cv,m= Cp,m-RA
6、 b c d查手册要求:用两种方法计算,分析两种方法之间的偏差.相变热：相变过程：蒸发、冷凝、结晶、升华蒸发热（或冷凝热）：液体 气体 Hv熔融热（或凝固热）：液体 固体 Hm升华热（或凝华热）：气体 固体 Hs数据来源：热力学图表或经验公式，例如：特鲁顿法则里德尔法则克-克方程沃森公式欣达法则各种经验公式见课本。例：丙酮的正常沸点为329.5K,估算丙酮在正常沸点下的蒸发热.实验值为30167J.mol-1,计算所得值的误差.焓：定义：一个状态函数，H=U+PV注意：各符号的意义，单位焓的容量性；对理想气体：焓与压力、体积变化无关，仅是温度的函数。第3节 化学反应和热化学数据一、教学内容标准
7、摩尔生成热、标准摩尔燃烧热、反应热二、教学方法设计1、通过案例引出标准摩尔生成热、标准摩尔燃烧热、反应热的概念；2、掌握标准反应热的两种计算方法，区分不同点，比较计算结果；3、相变热的正负代表了什么？三、教学过程反应热：定义：随着化学反应的进行而产生或吸收的热量称为反应热，它反映了化学反应体系中焓值的变化，以Hr表示注意：反应热的计算一定要注意反应条件，物质的量和反应温度和压力等。标准反应热：在250C，101.3kPa时的反应热，用H表示。计算：由标准生成热（H）计算H：H=i（H）i-i（H）i例：计算正戊烷燃烧的标准反应热。方法：查各物质的标准生成热进行计算。由标准燃烧热H计算H燃烧物的
8、组成与状态规定为：C的燃烧产物为CO2（g）,H的燃烧产物为H2O（l），N的燃烧产物为N2（g），S的燃烧产物为SO2（g），Cl的燃烧产物为HCl（稀的水溶液）。注意：并非所有的文献规定的燃烧产物都相同，如有的规定H和Cl的燃烧产物分别是H2O（g）和Cl2(g),所以查表时应注意配套使用。燃烧的基准：以1mol化合物与正好足够的氧气反应，生成指定的燃烧产物。计算公式：H=i（H）i-i（H）i例：计算乙烷脱氢的标准反应热。方法：查得各物质的燃烧热进行计算。化学平衡常数：概念：对于可逆反应，当正反应速率和逆反应速率相等时，反应达到平衡，在一定的温度和压力下，反应物的浓度不变时平衡将保持稳定
9、。化学平衡常数可以用来表示反应达到平衡时的状态。公式：对于反应aA+b B cC+Dd 平衡常数的计算公式如下：Kc=两种情况：理想气体反应：Kp= 各组分分压表示对于理想溶液反应体系：Kn= 以摩尔分率表示的化学平衡常数由标准吉氏函数变化计算化学平衡常数： i（G）i-i（G）I由标准吉氏函数计算平衡常数：-RTlnKp=例：计算反应 CH4+2H2O CO2+4H2计算方法：查得各物质的标准生成吉氏函数，再代入公式即可。温度对化学平衡常数的影响：平衡常数是温度的函数，不同温度下化学平衡常数可用以下方程式积分求得。简化式如下：Tii+例：略。第4节 传递参数一、教学内容黏度和热导率二、教学方
10、法设计通过案例（某产品气化器的设计开发）引出热导率的概念三、教学过程1、粘度 概念：衡量液体粘性大小的物理量 运动粘度：粘度与密度的比值来表示2、热导率概念：也称导热系数，是衡量物质导热能力的物理量，以表示。单位：W.m-1.K-1注意：都是由实验测得，需要时可查手册，另外金属的导热系数最大，非金属的固体次之，液体的较小，气体的最小。有两个估算公式，其所得误差都小于10%。第三章 化工过程参数第1节 评价化工生产效果的常用指标一、教学内容生产能力、转化率、产率和选择性二、教学方法设计1、抛砖引玉思考题：不同反应物的转化率是否相同，什么情况下相同，什么情况下不同？如何判断反应物中哪一种是限制反应
11、物？收率大小和转化率大小各代表什么含义？2、指点迷津单程转化率和总转化率的区别，收率和转化率、选择性的联系。三、教学过程准备知识：化学反应方程式的正确书写重点内容：1、生产能力和生产强度 生产能力的三种表达式：设计能力、查定能力、现有能力。2、转化率对于一个系统，转化率是原料中某一反应物参加化学反应的量占其通入系统总量的百分数，它表示了化学反应进行的程度。 对反应物A而言，其转化率XA的数学表达式为： 式中 通入系统的反应物A的量，mol； 反应后离开系统的反应物A的量，mol。工业生产中有单程转化率和总转化率，它们的区别在于系统划分的不同，单程转化率是以生产过程中的反应器为系统，其表达式为：
12、单程转化率=总转化率是以整个生产过程为系统，其表达式为：对于可逆反应，当反应达到平衡时的转化率为平衡转化率： 平衡转化率与温度、压力和反应物组成等平衡条件有关，它是可逆反应单程转化率的上限值。3、限制性反应物与过量反应物过量%=过量反应物的转化率总是小于限制反应物的转化率，一般没有特别说明的情况下转化率是指限制反应物的转化率，它可以用作衡量反应完全程度标准。例2-1 用磨碎的矾土矿与硫酸反应制得硫酸铝：矾土矿中含55.4%（质量分数），硫酸溶液中含77.7%。用了1080kg矾土矿和2510kg硫酸溶液，生产出1798kg纯的硫酸铝。求（1）过量反应物为哪一种？（2）过量反应物的过量百分数？（
13、3）过量反应物的转化率？（4）反应完全程度为多少？解：的量 的量 的量 假设是限制反应物，需硫酸的量为：，这些硫酸是存在的，因此硫酸是过量反应物。（2）的化学计量数 的化学计量数 ；的过量百分数 （3）生产需用硫酸的量为，则硫酸的转化率为：（4）反应完全程度用限制反应物的转化率表示4、产率和选择性选择性=目的产品实际产量/以输入反应器的原料计的目的产品理论产量*100% =反应为目的产品的某种原料量/输入反应器的该种原料量*100%5、收率收率=实际获得的目的产品量/输入反应器的原料量*100%举例：见P39例3-36、前述五种常用指标在企业生产实际工作中的作用比较。 第2节 工艺技术经济指标
14、一、教学内容工艺技术经济指标:原料消耗定额、公用工程消耗定额、质量指标、排放指标等。二、教学方法设计掌握各概念的现实意义三、教学过程重点内容：原料消耗、排放指标1、原料消耗 化工产品生产中原料成本往往占到50%以上，原料消耗是成本控制的优先考虑方向。原料消耗定额的现实意义，实际消耗与理论消耗的比较案例：邯钢的成本控制经验倒推法简要介绍2、公用工程消耗 水、电、气、冷、煤、油等。3、质量指标 质量是产品竞争力的基础，是品牌效应的基石。质量指标的分类简介：企标、行业标准、国家标准。ISO9000系列质量管理体系国际标准简要介绍。 4、排放指标 三废排放与三废治理的现实意义。节能减排，各级政府经济工作的重要任务，纳入政府政绩考核体系，纳入企业绩效指标考核体系。节能减排是保护生态环境的需要，是新兴循环经济、可持续发展经济
