急求两个关于有机化学或者高分子化学的论文题目！

ML28-1 杯芳烃化合物合及其氟化反应相转移催化作用

ML28-2 高效液相色谱离硝基甲苯同异构体

ML28-3 甲烷部氧化反应密度泛函研究

ML28-4 硝基吡啶衍物结构及其光化研究

ML28-5 酰胺衍PO配体参与Suzuki偶联反应及其机合应用

ML28-6 磺酰亚胺新型加反应研究

ML28-7 纯水相Reformatsky反应研究

ML28-8 合邻位氨基醇化合物绿色新反应

ML28-9 恶二唑类双偶氮化合物合与光电性能研究

ML28-10 CO气相催化偶联制草酸二乙酯宏观力研究

ML28-11 三芳胺类空穴传输材料及其间体合研究

ML28-12 光敏磷脂探针合、表征光化性质研究

ML28-13 脱氢丙氨酸衍物合及其Michael加反应研究

ML28-14 5-（4-硝基苯基）-101520-三苯基卟啉亲核反应研究

ML28-15 醇烯合异丙醚研究

ML28-16 手性螺硼酸酯催化前手性亚胺称硼烷原反应研究

ML28-17 甾类及相关化合物结构与物性关系研究

ML28-18 金属酞菁衍物合与其非线性光性能研究

ML28-19 新型手性氨基烷基酚合及其称诱导

ML28-20 水滑石类化合物催化尿素醇解合机碳酸酯研究

ML28-21 膜催化氧化丁烷制顺酐

ML28-22 甲醇选择性催化氧化制早酸甲酯催化剂研制与反应机理研究

ML28-23 甲酸甲酯水解制甲酸及其力研究

ML28-24 催化甲苯与甲醇侧链烷基化反应制取苯乙烯乙苯研究

ML28-25 烯胺与芳基重氮乙酸酯新反应研究

ML28-26 核酸、蛋白质相互作用研究及毛细管电泳电化发光应用

ML28-27 H-磷酸酯合苄基膦酸肽衍物应用

ML28-28 微波辐射三价锰离促进2-取代苯并噻唑合研究

ML28-29 铜酞菁—苝二酰亚胺体系光电转换特性研究

ML28-30 新型膦配体合及烯烃氢甲酰化反应研究

ML28-31 肼与羰基化合物反应及其机理研究

ML28-32 离液体条件杂环化合物合研究

ML28-33 超声波辐射、离液体及溶剂合技术机化反应应用研究

ML28-34 机含氮催化剂设计、合及称反应应用

ML28-35 金属参与称机化反应研究

ML28-36 黄酮及噻唑类衍物合研究

ML28-37 钐试剂产卡宾新及其机合应用

ML28-38 琥珀酸酯类内给电体化合物合与性能研究

ML28-39 3-甲基-4-芳基-5-（2-吡啶基）-124-三唑铜（II）配合物合、晶体结构及表征

ML28-40 直接合二甲基二氯硅烷实验研究

ML28-41 性条件傅氏烷基化反应初步探索IIβ-溴代醚新合初步探索

ML28-42 几种氧化苦参jian类似物合

ML28-43 环丙烷环丙烯类化合物合研究

ML28-44 基于甜菜碱超设计与研究

ML28-45 新型C2轴称缩醛化合物合研究

ML28-46 环状酰亚胺光化性质研究及消毒剂溴氯甘脲制备

ML28-47 蛋白质吸附力模拟

ML28-48 富硫功能化合物设计与合

ML28-49 ABEEM－σπ模型Diels-Alder反应应用

ML28-50 快速确定丙氨酸-α-肽构象稳定性新

ML28-51 SmI2催化合含氮杂环化合物研究及负载化稀土催化剂探索

ML28-52 新型金属卟啉化合物合及用作NO供体研究

ML28-53 磁性微球载体合及其酶固定化研究

ML28-54 甾体—核苷缀合物合及其性质研究

ML28-55 非键作用库仑模型预测甘氨酸-α-肽构象稳定性

ML28-56 酸基机-机杂化材料合结构表征

ML28-57 5-芳基-2-呋喃甲醛-N-芳氧乙酰腙类化合物合、表征及物性研究

ML28-58 氟喹诺酮类化合物合、表征及其物性研究

ML28-59 手性机催化剂催化Baylis-Hillman反应直接称Aldol反应

ML28-60 核铁配合物通水解途径识别蛋白质a螺旋

ML28-61 种简洁获取结构参数及应用

ML28-62 水杨酸甲酯与硝酸钇反应性研究及其应用

ML28-63 脯氨酸及其衍物催化丙酮与醛称直接羟醛缩合反应量化研究

ML28-64 新型荧光材料合及其发光性能研究

ML28-65 枸橼酸西非间体1-甲基-3-丙基-4-硝基吡唑-5-羧酸合研究

ML28-66 具物性含硅混合二烃基锡化合物研究

ML28-67 直接合三乙氧基硅烷研究

ML28-68 具物性含硅混合三烃基锡化合物研究

ML28-69 氧钒机配合物合及其水机污染物氧化降解催化性能研究

ML28-70 查耳酮化合物合与晶体化研究

ML28-71 二唑衍物合研究

ML28-72 2-噻吩甲酸-2,2’-联吡啶二元、三元稀土配合物合、表征及光致发光

ML28-73 3’,5’-二硫代脱氧核苷合及其聚合性质研究

ML28-74 β-烷硫基丁醇丁硫醇类化合物及其衍物合研究

ML28-75 新型功能性单体丙烯酰氧乙基三甲基氯化铵合与研究

ML28-76 5-取代吲哚衍物结构性能量化研究

ML28-77 新型水溶性手性胺膦配体合芳香酮称转移氢化应用

ML28-78 豆离蛋白接枝改性及其溶液行研究

ML28-79 N-（4-乙烯基苄基）-1-氮杂苯并-34-冠-11合其自由基聚合反应研究

ML28-80 稀土固体超强酸催化合酰基二茂铁

ML28-81 硒（硫）杂环化合物与金属离合与表征

ML28-82 新型二阶非线性光发色团设计、合与性能研究

ML28-83 △～4-烯-3-酮结构甾体选择性脱氢△～（46）-二烯-3-酮结构研究

ML28-84 苯基苯甲酸稀土二元、三元配合物合、表征及荧光性能研究

ML28-85 D-π-A共轭结构机设计合及理论研究

ML28-86 羧酸酯步嵌入式烷氧基化反应研究

ML28-87 内电荷转移化合物溶液及超微粒散体系光性质研究

ML28-88 手性氨基烷基酚合

ML28-89 酪氨酸酶模拟及酚选择性邻羟化反应研究

ML28-90 单膜自组装结构与性质研究

ML28-91 氯苯三价阳离离解势能面理论研究

ML28-92 香豆素类化合物合与晶体化研究

ML28-93 离液体合及离液体称直接羟醛缩合反应研究

ML28-94 五元含氮杂环化合物合研究

ML28-95 ONOO～-胰岛素硝化些素硝化影响体外研究

ML28-96 酶解肽级序列析与反应程建模及结构变化初探

ML28-97 系列二茂铁二取代物合表征

ML28-98 N2O4-N2O5-HNO3析相平衡及硝化环氧丙烷研究

ML28-99 光催化甲烷二氧化碳直接合乙酸研究

ML28-100 N-取代-4-哌啶酮衍物合研究

ML28-101 电自旋标记青蛋白特征析

ML28-102 材料蛋白质含量测定及蛋白质模体析

ML28-103 具同取代基偶氮芳烃化合物合及其性能研究

ML28-104 非光气合六亚甲基二异氰酸酯（HDI）

ML28-105 邻苯二甲酸溶解度测定及其神经网络模拟

ML28-106 甲壳糖衍物合及其应用研究

ML28-107 吲哚类化合物色谱容量构致关系ab initio研究

ML28-108 全氯代富勒烯碎片亲核取代反应初探

ML28-109 自催化重组藻胆蛋白结构与功能关系

ML28-110 二茂铁衍硫膦配体合及喹啉称氢化应用

ML28-111 离交换电色谱纯化蛋白质研究

ML28-112 氨基酸五配位磷化合物合、反应机理及其性质研究

ML28-113 手性二茂铁配体合及其碳—碳键形反应应用研究

ML28-114 水溶性氨基卟啉磺酸卟啉合研究

ML28-115 金属卟啉催化空气氧化二甲苯制备甲基苯甲酸苯二甲酸

ML28-116 简单金属卟啉催化空气氧化环烷环酮制备二酸选择性研究

ML28-117 四苯基卟啉锌掺杂8-羟基喹啉铝与四苯基联苯二胺电致发光性能研究

ML28-118 降解聚乳酸/羟基磷灰石机机杂化材料制备及性能研究

ML28-119 豆离蛋白接枝改性及应用研究

ML28-120 谷氨酸丙氨酸Al2O3吸附热缩合机理研究

ML28-121 压非热平衡等离体用于甲烷转化研究

ML28-122 纳米管/纳米粒杂化海藻酸凝胶固定化醇脱氢酶

ML28-123 蛋白质晶体界面吸附力模拟

ML28-124 微乳条件氨肟化反应探索性研究

ML28-125 微波辅助串联WittigDiels-Alder反应研究

ML28-126 谷氨酸丙氨酸Al2O3吸附热缩合机理研究

ML28-127 3-乙基-4-苯基-5-（2-吡啶基）-124-三唑配合物合、晶体结构及表征

ML28-128 水相‘锅’Wittig反应研究手性PO-配体合及其称烯丙基烷基化反应应用

ML28-129 具物性124-恶二唑类衍物合研究

ML28-130 树枝状复合二氧化硅载体合及其脂肪酶固定化研究

ML28-131 PhSeCF2TMS合及转化

ML28-132 离液体脂肪酶催化（±）-薄荷醇拆研究

ML28-133 脂肪胺取代蒽醌衍物及其前体化合物合

ML28-134 萘酰亚胺类氧化氮荧光探针设计、合及光谱研究

ML28-135 微波条件哌啶催化合取代2-氨基-2-苯并吡喃研究

ML28-136 镍催化机硼酸与αβ-饱羰基化合物共轭加反应研究

ML28-137 茚满二酮类光致变色化合物制备与表征

ML28-138 新型手性螺环缩醛（酮）化合物合

ML28-139 芳醛合及凝胶设计及合

ML28-140 固定化酶柱与固定化菌体柱耦联—高效拆乙酰-DL-蛋氨酸

ML28-141 苯酚草酸二甲酯酯交换反应产品减压歧化反应研究

ML28-142 机物临界性质定量构性研究

ML28-143 3-噻吩丙二酸合及卤代芳烃亲核取代反应

ML28-144 αβ-二芳基丙烯腈类发光材料合及发光性质研究

ML28-145 L-乳醛参与Wittig及Wittig-Horner反应立体选择性研究

ML28-146 亚砜催化剂酰亚胺氯氯化剂醇氯代反应初步研究

ML28-147 功能性离液合及机反应应用

ML28-148 DMSO催化三聚氯氰转化苄醇苄氯新反应初步研究

ML28-149 气相色谱研究β-二酮酯化合物互变异构

ML28-150 二元烃混合物热极限测定与研究

ML28-151 芳杂环取代咪唑化合物合及洛汾碱类氧化物化发光性能测定

ML28-152 卤代苯基取代咪唑衍物合及其荧光性能研究

ML28-153 取代并四苯衍物合及其应用

ML28-154 苯乙炔基取代杂环及稠环化合物合

ML28-155 吸收光谱机发光材料研发材料应用

ML28-156 水相‘锅’Wittig反应研究手性PO-配体合及其称烯丙基烷基化反应应用

ML28-157 苯并噻吩-3-甲醛合研究

ML28-158 微波辅助串联WittigDiels-Alder反应研究

ML28-159 超声辐射渡金属参与药物合反应研究

ML28-160 呋喃酮关键间体—34-二羟基-25-二酮合研究

ML28-161 树枝状复合二氧化硅载体合及其脂肪酶固定化研究

ML28-162 吡咯双希夫碱及其配合物制备与表征

ML28-163 负载型Lewis酸催化剂制备及催化合26-二甲基萘研究

ML28-164 PhSeCF2TMS合及转化

ML28-165 纳米管/纳米粒杂化海藻酸凝胶固定化醇脱氢酶

ML28-166 取代β-CD衍物合及其苯环类客体识别

ML28-167 取代_CD衍物合及其苯环类客体识别

ML28-168 柿皮类胡萝卜素化合物离鉴定及稳定性研究

ML28-169 毛细管电泳研究致癌物3-氯-12-丙二醇

ML28-170 超临界水氧化苯酚体系力模拟

ML28-171 甲烷丙烷氧芳构化反应研究

ML28-172 2-取代咪唑配合物合、晶体结构及表征

ML28-173 气相色谱研究β-二酮酯化合物互变异构

ML28-174 DMSO催化三聚氯氰转化苄醇苄氯新反应初步研究

ML28-175 二元烃混合物热极限测定与研究

ML28-176 氨基酸羟基化合物溶液热力研究

ML28-177 印迹膜离水溶液苯丙氨酸异构体研究

ML28-178 杯[4]芳烃酯合及性条件醇酯化反应研究

ML28-179 亚砜催化剂酰亚胺氯氯化剂醇氯代反应初步研究

ML28-180 双氨基甲酸酯化合物合及自组装研究

ML28-181 由芳基甲基酮合应半缩水合物新

ML28-182 取代芳烃选择性卤代反应研究

ML28-183 吡啶脲基化合物合、识别及配位化研究

ML28-184 丙烯（氨）氧化原位漫反射红外光谱研究

ML28-185 嘧啶苄胺二苯醚类先导结构发现氢化铝锂驱邻位嘧啶参与苯甲酰胺原重排反应机理研究

ML28-186 酰化酶催化Markovnikov加与氮杂环衍物合

ML28-187 组反应合嗪及噻嗪类化合物研究

ML28-188 脂肪酶构象刻录及催化能力考察

ML28-189 L-乳醛参与Wittig及Wittig-Horner反应立体选择性研究

ML28-190 烯基铟化合物与高碘盐偶联反应研究及其机合应用

ML28-191 αβ-二芳基丙烯腈类发光材料合及发光性质研究

ML28-192 邻甲苯胺电转移机理及组协同效应研究

ML28-193 负载型非晶态Ni-B及Ni-B-Mo合金催化剂催化糠醛液相加氢制糠醇研究

ML28-194 含吡啶环套索冠醚及配合物合与性能研究

ML28-195 芳烃侧链氧选择性氧化反应研究

ML28-196 组复合氧化物异丁烯制甲基丙烯醛氧化反应催化性能研究

ML28-197 孔甲酸盐[M3（HCOO）6]及其客体包合物合、结构性质

ML28-198 纳米修饰电极制备及其应用于蛋白质电化研究

ML28-199 于几种蛋白质模型焓相互作用研究

ML28-200 氨基酸、酰胺、羟基醇化合物相互作用热力研究

化工过程的物料衡算和能量衡算,是利用物理与化学的基本定律,对化工过程单元及化工过程单元系统的物料平衡与能量平衡进行定量的计算.

通过计算,从中找出主副产品的生成量,废物的排出量,确定原材料的消耗与定额,确定各物流的流量,组成和状态,确定每一设备内物质转换与能量传递速度.

从而为确定操作方式,设备选型以及设备尺寸的确定,管路设施与公用工程的设计提供依据.

第一节 物料衡算的原理,方法和程序

一,物料衡算的基本原理

1.物料衡算的目的:

通过物料衡算可以确定:

(1)原材料消耗定额,判断是否达到设计要求.

(2)各设备的输入及输出的物流量,摩尔分率组成及其他组成表示方法.

(3)作为热量计算的依据.

(4)根据计算结果绘出物流图,可进行管路设计及材质选择,仪表及自控设计等.

2.物料衡算的依据

(1)设计任务书中确定的技术方案,产品生产能力,年工作时及操作方法.

(2)建设单位或研究单位所提供的要求,设计参数及实验室试验或中试等数据,主要有:

①化工单元过程的主要化学反应方程式,反应物配比,转化率,选择性,总收率,催化剂状态及加入配比量,催化剂是否回收使用,安全性能等.

②原料及产品的分离方式,各步的回收率,采用物料分离剂时,加入分离剂的配比.

③特殊化学品的物性,如沸点,熔点,饱和蒸汽压,闪点等.

(3)工艺流程示意图.

二,物料衡算的基本方法

1.物料平衡的方程

物料衡算的理论依据是质量守恒定律.

对于任一化工过程单元或过程单元系统,均服从质量守恒定律.

可写出如下物料平衡方程:

该式在下列情况下可简化:

(1)稳定操作过程 (Fi-F0)+(DP-Dr)=0

(2)系统内无化学反应 Fi-F0 =W

(3)系统内无化学反应的稳定操作过程

Fi-F0 =0

对于没有化学反应的过程,一般只列写各组分的衡算方程,只有涉及化学反应时,才列出各元素的衡算方程.

2.物料衡算的基准

进行物料衡算时,必须选择一计算基准,并在整个运算中保持一致.

(1)时间基准

对于连续操作过程,选用单位时间作为基准是很自然的,单位时间可取1d,1h,或1s等.

(2)批量基准

对于间歇操作过程,按投入一批物料的数量为基准,最为方便.

(3)质量基准

可取某一基准物流的质量为100kg,然后计算其它物流的质量.

(4)物质的量基准

对于有化学反应的过程,由于化学反应是按摩尔进行的,因此用物质的量基准更为方便.

(5)标准体积基准

对于气体物料,可采用标准体积基准,其实质与物质的量基准相同.

三,物料衡算的基本程序

(1)确定衡算的对象和范围,并画出计算对象的草图.

(2)确定计算任务

(3)确定过程所涉及的组分,并对所有组分依次编号.

(4)对物流流股进行编号,并标注物流变量.

(5)收集数据资料 数据资料包括两类:一类为设计任务所规定的已知条件另一类为与过程有关的物理化学参数.具体如下:

①生产规模和生产时间

②有关的定额的技术指标

③原辅材料,产品,中间产品的规格

④与过程有关的物理化学参数.

(6)列出过程的全部独立物料平衡方程式及其相关约束式

对于有化学反应发生的要写出其化学反应方程式,明确反应前后的物料组成和各个组分之间的定量关系,必要时应指出其转化率和选择性,为计算做准备.

约束式分为两类:

(I)分数约束式

当一般物流的组成用摩尔分数或质量分数表示时,有下式成立:

式中xij 第j组分在第i股物流中的摩尔分数

Ns 物流的股数

Ne 物流组分数

(II)设备约束式

常见的设备约束式有:

①进料比为一常数

②两股物流具有相同的组成

③相平衡常数

④化学平衡常数

⑤化学反应过程中的转化率,选择性或其他限度.

(7)选择计算基准

(8)统计变量个数与方程个数,确定设计变量的个数及全部设计变量.

(9)整理并校核计算结果

(10)绘制物料流程图,编写物流表

上述步骤可归纳如下:

①陈述的问题

②列出可获得的数据

③画出衡算方框图

④对物流流股及各组分编号

⑤确定衡算范围

⑥建立系统各参数的基准

⑦建立各组分和总物料的衡算方程

⑧解析方程

⑨校核计算结果

⑩绘制物料流程图,编写物流表

第二节 连续过程的物料衡算

对于连续过程,在正常操作条件下一般是稳态过程,体系内无物料积累.将稳态过程以各物流的总流量Fi及组成xij表示,则有:

式中Fi 第i股物流物质的量的流量,流入为正,

流出为负

xij 第j组分的第i股物流中的摩尔分数

vjm 第j组分的第m个化学反应中的化学计量系数,

生成物为正,反应物为负,惰性组分为零.

rm 第m个化学反应的反应速率

Nr 过程中所包含的化学反应个数

一,非反应过程的物料衡算

对于非反应的连续稳态过程,上式可简化为:

常见物理过程的物料衡算

1.混合

2.连续蒸馏

3.增湿

4.气体混合物部分冷凝

5.液体混合物部分汽化

6.闪蒸

7.物理吸收

8.提浓

二,反应过程的物料衡算

对于包括有化学反应的物料计算举例说明其衡算过程与步骤.

例3-1:P46

三,间歇反应釜中的物料衡算

在进行反应釜的物料衡算时,往往需要用到转化率和收率的数据.

转化率是针对主要原料而言的,,即主要原料在主反应和副反应中反应掉的摩尔数与其加入的摩尔数之比的百分率成为转化率.

收率则是针对主产物而言的,主产物实际得量的摩尔数与其理论得量的摩尔数之比的百分率称为收率.

收率通常小于转化率.

例:乙苯用混酸硝化,原料(工业用)乙苯的纯度为95%,混酸中(HNO332%,H2SO456%,H2O12%),HNO3过剩率(HNO3过剩量与理论消耗量之比)为0.052,乙苯的转化率99%,转化为对,邻,间位分别为52%,43%和4%,若年产300吨对硝基乙苯,年工作日300天,试以一天为基准作硝化反应的物料衡算.

解:1)每天应生产的对硝基乙苯的量为:

300× 1000/300=1000kg

(2)每天需投料乙苯:

(纯乙苯)

X=1351/0.95=1422kg(工业品)

(3)每天副产邻,间位硝基乙苯:

(4)每天需投料的混酸:

(5)反应消耗乙苯:1351X0.99=1337.5kg

剩余乙苯:1351-1337.5=13.5kg

(6)反应消耗HNO3:

剩余HNO3:843.7-793.9=49.8kg

(7)反应生成的H2O:

最后将物料衡算列成表格:

作业题:

3.含有苯(B),甲苯(T),二甲苯(X)分别为50%,30%,20%的混合物,以30000kg/d的流量进入一个由两座精馏塔组成的分离系统,流程及赋值见图.已知52%(质量)自塔Ⅰ 顶部流出,物流3中所含的苯有75%(质量)自塔Ⅱ顶部流出.计算所有未知物流变量.

第三节 能量衡算

一,基本原理

能量衡算是化工设计中极其重要的组成部分,热力学第一定律是能量衡算的依据.

能量是热能,电能,化学能,动能,辐射能的总和.

物料衡算则是能量衡算的基础.

化工生产中最常用的能量形式为热能,故化工设计中经常把能量计算称为热量计算.

通过热量衡算可以确定传热设备的的热负荷,以此为设计传热型设备的形式,尺寸传热面积等,并为反应器,结晶器塔式设备,压缩系统分离设备及各种控制仪表等提供参数,以确定单位产品的能耗指标同时也为非工艺专业设计提供设计条件做准备.

能量衡算的一般步骤与物料衡算相同,亦包括组分编号,画计算简图,列写方程式与约束式,求解方程组及结果整理等若干步骤.

由于能量衡算是以物料衡算为基础的故其方程与约束式包括物料衡算所需的全部方程与约束式,再加上能量平衡方程与质量焓值方程.

能量平衡的变量除包括描述物料平衡问题的全部变量外,还包括:

(1)每股物流的温度Ti压力pi与质量焓Hi

(2)该过程所涉及的热流与非体积功流.

对于一个过程单元,若每股物流中有NC个组分,是该过程单元能量平衡问题所涉及的变量个数:

NV=NS(NC+4)+Nq+NW+NP

二,普遍能量平衡方程式

将热力学第一定律应用于敞开体系,可导出在普遍条件下适用的普遍能量平衡方程.

假定进入体系的物料为一微分量的质量δ m1,其单位质量的物料所具有的总能量为E1,平均流速为u1,压力为p1,内能为U1,该流体处于距基准面z1的高度处.同样,流出体系的参数用下标"2"表示.

对于敞开体系,若体系内没有化学反应发生,对体系进行质量平衡有:

对敞开体系进行能量平衡有:

即:

式中dmS为体系累积的质量下标"syst"表示体系体系吸热Q取正值,体系对外做功W取正值反之,取负值.

由于δ W是体系与环境所交换的功,他包括与环境交换的轴功δ Ws和流动功δ Wf,因此:

将δ W代入上式,得到:

三,封闭体系的能量平衡方程式

封闭体系是指体系与环境之间的界面,只有能量交换,而无物质传递的体系.

将上式简化,对于单位质量体系有:

四,稳定流动体系的能量平衡方程式

稳定流动体系是指物料连续的通过设备,进入和流出的质量流率在任何时刻都完全相等,体系中人一点的热力学性质均不随时间而变,体系没有质量和能量的积累,于是上式简化为:

或写成:

在化工生产中,绝大多数过程都属于稳流过程,在应用能量平衡方程的几种常见的情况:

(1)体系在设备进出口之间的动能变化,位能变化与焓变相比较,其值很小,可以忽略.则

(2)当流体流经管道,阀门等设备时,体系与环境没有功的交换,而进出口的动能与位能变化可忽略,则

(3)流体经节流膨胀,绝热反应等过程,体系与环境无热量交换,也不做功,动能,位能也不变化,则

(4)机械能量平衡方程

第四节 非反应过程的能量衡算

一,无相变体系的能量衡算

对于化工过程中的无相变,变温,变压过程,由热量衡算式可知:

间歇过程或封闭过程

Q=Δ U

连续稳定流动过程

Q= ΔH

因此,要确定过程所需加入或取出的热量,必须首先计算出ΔU或ΔH.

(一)利用热容计算ΔU或ΔH

(1)恒容过程

式中n 物质的摩尔数

CV 恒容摩尔热容

T1和T2 始温和终温

(2)恒压过程

式中Cp 恒压摩尔热容.

(3)压力对焓的影响

对理想气体U和H只是温度的函数,与压力无关对固体或液体,在恒温变压时, ΔU≈0, ΔH= ΔU+ Δ(PV)≈ VΔP对于真空气体,在低压高温情况下接近理想气体其他情况下,可根据气体的焓校正图加以校正.

(二)单相体系的能量衡算

由热量衡算式Q= ΔH或Q=ΔU可以看出,如果体系的进料和出料的每个组分的焓都能直接从图表中查得,则只需直接代入公式中计算ΔH或ΔU即可.

否则,要为每个组分选一参考态(温度,压力或相态),用已知的或估算的的热容计算过程温度下的焓,方可进行能量衡算.

二,相变体系的能量衡算

汽化和冷凝,熔化和凝固,升华和凝固这类相变过程往往伴有显著的内能和焓的变化,这种变化常成为过程热量的主体,不容忽视.

这里主要介绍建立和解算这类过程能量衡算的方法.

主要讨论液气间,固液间,固气间的相变热.

相变热:在恒定的温度和压力下,单位质量或摩尔的物质发生相的变化时的焓变称为相变热.

三种相变的相变热定义如下:

①汽化潜热(ΔHV)当T和p不变,单位数量的液体汽化所需的热量.

②熔化潜热(ΔHm)当T和p不变,单位数量的固体熔化所需的热量.

③升华潜热(ΔHs)当T和p不变,单位数量的固体气化所需的热量.

许多纯物质在正常沸点(或熔点)下的相变热数据,可在手册中查到,如果查到的数据,其条件不符合要求时,可设计一定的计算途径来求算.

其中ΔH3是液体的焓变,忽略压力对焓的影响:

ΔH4是温度,压力变化时的气体焓变:

三,溶解与混合过程的能量衡算

(一)溶解热和混合热

(二)溶解与混合过程的能量衡算

当配制,浓缩,稀释一种溶液时,要作热量衡算,可列进,出口焓表,列表时将溶液看作是一种简单的物质,还应列出溶质的量或流率,焓的单位是J/mol溶质.

第五节 化学反应过程的能量衡算

前面讨论的无化学反应的能量衡算,主要就是计算进出口流股相对于参考态的焓,计算出焓差:

将ΔH代入能量衡算式即可.

当体系进行化学反应时,应将反应热列入能量衡算式中.

反应体系能量衡算的方法按计算焓时的基准区分,主要有两种.

一,以反应热效应为基础的计算方法

第一种基准:如果已知标准反应热,则可选298K,101.3kPa为反应物及产物的计算基准.

对非反应物质另选适当的温度为基准.

选好基准后,为了计算过程的焓变,可以画一张表,将进出口流股中组分的流率ni和焓Hi填入表内,然后计算过程的ΔH.

ΔH的计算式为:

式中A 任意一种反应物或产物

nAR 过程中生成或消耗A的物质的量,mol

A A的化学计量系数.

二,以生成热为基础的计算方法

第二种基准:以组成反应物及产物的元素,在25℃,101.3kPa时的焓为零,非反应分子以任意适当的温度为基准,也要画一张填有所有流股组分ni和Hi的表,只是在这张表中反应物或产物的Hi是各物质25 ℃的生成热与物质由25 ℃变到它进口状态或出口状态所需显热和潜热之和.过程的总焓变即为:

第六节 实际过程的热量衡算

一,设备的热量平衡方程式:

(一)Q1与Q4

Q1与Q4均可有下式计算:

式中m 输入(或输出)设备的物料质量kg

c 物料的平均比热容kJ/kg·℃

t 物料的温度℃

(二)Q5

消耗在加热或冷却设备上的热量Q5,凡属于间歇操作,开车,停车等,可按下式计算:

式中M 设备各部件的质量kg

c 设备各 部件的比热容kJ/kg·℃

t1 设备各部件的初始温度℃

t2 设备各部件的最终温度℃

(三)Q6

设备向环境散失的热量Q6可按下式计算:

式中A 设备散热表面积m2

αT 设备散热表面与周围介质之间的

联合给热系数W/(m2·℃ )

tT 与周围介质直接接触的设备表面温度℃

t0 周围介质的温度℃

τ 过程持续时间s .

(四)过程热效应Q3

1.化学反应热

2.状态变化热

相变热,浓度变化热(汽化热,熔融热,溶解热,燃烧热等)

二,加热剂,冷却剂及其他能量消耗的计算

(一)水蒸汽的消耗量

式中D 加热蒸汽消耗量kg

Q2 由加热蒸汽传给所处理物料及设备

的热量kJ

H 水蒸汽的热焓kJ/kg

C 冷凝水比热容,可取4.18kJ/kg ·℃

T 冷凝水温度K

η 热利用率,保温设备取0.97-0.98

不保温设备取0.93-0.95.

(二)燃料的消耗量

式中B 燃料的消耗量kg

η 工业锅炉的热效率为0.6-0.92

QP 燃料的发热值,无烟煤为

14600-29300kJ/kg.

(三)电能的消耗量

式中E 电能消耗量kWh

Q2 热负荷kJ

η 电热装置的热效率,一般为0.85-0.95.

(四)冷却剂的消耗量

式中W 冷却剂的消耗量kg

C 冷却剂的平均比热容kJ/kg·℃

Tk 冷却剂的最终温度K

TH 冷却剂的最初温度K

(五)压缩空气消耗量

式中P0 液面上方的压强Pa

H 压送静压高度m

ρ 液体密度kg/m3

g 重力加速度9.81m/s2

u 管内液体流速m/s

∑ξ 阻力系数总和

六,真空的抽气量

式中VA 容器的容积 m3

τ 抽气时间 h

PH 容器内初始压强 Pa

PK 容器内最终压强 Pa

三,实际过程的物料与热量衡算

解:在图中画出系统外边界及内边界,列出已知条件,见表.

确定基准:1小时.

1.物料衡算:

按系统外边界作衡算.

全系统衡算:W=12000-6050=5950kg

组分C的衡算:

WC=12000 × 0.14=1680kg

组分B的衡算: DB=6050 × 0.02=120kg

WB=0.36 × 12000-120=4200kg

组分A的衡算: DA=6050 × 0.98=5930kg

WA=12000 × 0.5-5930

=70kg

塔顶馏分流率: V=(R+1)D

=(2.32+1) × 6050=20090kg/h

2.热量衡算:

按系统内边界进行衡算.

由于系统的最低温度为95 ℃ ,故可选用95 ℃为基准温度,进而可作出各流股的焓流表.

通过计算后可再计算再沸器和冷凝器的热负荷.

表3.19为各流股的焓流表:

F:气液两相进料 温度140 ℃ 流量12000kg/h

显热:MCP(T-95)=12000× 2× 45

=1.08× 106kJ

潜热:1/2ML=1/2× 12000× 400=2.40× 106kJ

∑ QF=3.48× 106kJ

W:液体 温度160 ℃ 流量5950kg/h

显热:QW=MCP(T-95)=20090× 2× 65=7.74× 105kJ

液体无潜热

V:气体温度100 ℃ 流量20090kg/h

显热:MCP(T-95)=20090× 2× 5=2.01× 105kJ

潜热 :ML=20090× 400=8.036× 106kJ

∑ QV=8.237× 106kJ

3.计算热负荷

1)输入流股带进的总热量:

∑ Q1=再沸器输入热流量

+进料输入热流+回流带进热流

2)输出流股带走的总热量:

∑ Q2=再沸器带走热流量

+塔底出料带走的热流量

+塔顶蒸汽带走的热量

总热量:∑ Q1= ∑ Q2

3)再沸器的热负荷:

Q3=再沸器输入热流量-再沸器带走热流量

=塔底出料带走的热流量+塔顶蒸汽带走

的热量-进料输入热流-回流带进热流

= QW + ∑ QV - ∑ QF

=5.53× 106kJ

4)冷凝器的热负荷:

Q4=上升蒸汽热流量-回流热流量-馏出液热流量

=8.237 × 106kJ

习题课

一,物料衡算

1.物料衡算的目的:

通过物料衡算可以确定:

(1)原材料消耗定额,判断是否达到设计要求.

(2)各设备的输入及输出的物流量,摩尔分率组成及其他组成表示方法.

(3)作为热量计算的依据.

(4)根据计算结果绘出物流图,可进行管路设计及材质选择,仪表及自控设计等.

2.物料衡算的依据

(1)设计任务书中确定的技术方案,产品生产能力,年工作时及操作方法.

(2)建设单位或研究单位所提供的要求,设计参数及实验室试验或中试等数据,

(3)工艺流程示意图.

3.物料平衡的方程

物料衡算的理论依据是质量守恒定律.

对于任一化工过程单元或过程单元系统,均服从质量守恒定律.

可写出如下物料平衡方程:

4.物料衡算的基准

进行物料衡算时,必须选择一计算基准,并在整个运算中保持一致.

(1)时间基准

对于连续操作过程,选用单位时间作为基准是很自然的,单位时间可取1d,1h,或1s等.

(2)批量基准

对于间歇操作过程,按投入一批物料的数量为基准,最为方便.

(3)质量基准

(4)物质的量基准

(5)标准体积基准

5.物料衡算的步骤:

①陈述的问题

②列出可获得的数据

③画出衡算方框图

④对物流流股及个组分编号

⑤确定衡算范围

⑥建立系统各参数的基准

⑦建立各组分和总物料的衡算方程

⑧解析方程

⑨校核计算结果

⑩绘制物料流程图,编写物流表

二,能量衡算

1.能量衡算的基本原理

热力学第一定律是能量衡算的依据.

能量是热能,电能,化学能,动能,辐射能的总和.

物料衡算则是能量衡算的基础.

通过热量衡算可以确定传热设备的的热负荷,以此为设计传热型设备的形式,尺寸,传热面积等,并为反应器,结晶器,塔式设备,压缩系统,分离设备及各种控制仪表等提供参数,以确定单位产品的能耗指标同时也为非工艺专业设计提供设计条件做准备.

2,普遍能量平衡方程式

将热力学第一定律应用于敞开体系,可导出在普遍条件下适用的普遍能量平衡方程.

假定进入体系的物料为一微分量的质量δ m1,其单位质量的物料所具有的总能量为E1,平均流速为u1,比体积为υ1 ,压力为p1,内能为U1,该流体处于距基准面z1的高度处.同样,流出体系的参数用下标"2"表示.

对于敞开体系,若体系内没有化学反应发生,对体系进行质量平衡有:

对敞开体系进行能量平衡有:

即:

式中dmS为体系累积的质量下标"syst"表示体系体系吸热Q取正值,体系对外做功W取正值反之,取负值.

3,设备的热量平衡方程式:

例:如图所示,该塔的进料量F为12000kg/h,进料为气液混合进料,气液比为1:1,馏分D的流率为6050kg/h,料液和馏分的温度分别为140℃及95℃,过热蒸汽V为100℃,塔底组分温度为160℃,所有组分的平均比热容为cp=2kJ/kg· K,所有组分的潜热为H=400kJ/kg,回流比R=2.32,忽略热量损失.求再沸器和冷凝器的热负荷若塔顶冷凝器的进出口温度分别为20℃和60℃,总传热系数K取2500W/m2·K,估算冷凝器的面积.

3)再沸器的热负荷:

Q3=再沸器输入热流量-再沸器带走热流量

=塔底出料带走的热流量+塔顶蒸汽带走

的热量-进料输入热流-回流带进热流

= QW + ∑ QV - ∑ QF

=5.53× 106kJ

4)冷凝器的热负荷:

Q4=上升蒸汽热流量-回流热流量-馏出液热流量

=8.237 × 106kJ

5)冷凝面积的计算:

T1=95 T 2=100 100

t1=20 t2=60 95

Δ t1 =95-20=75 60

Δ t2 =100-60=40 20

=55.7(℃)

Q=KA Δ tm

A=Q/KΔ tm

=8.237 × 109/(2500 × 3600 × 55.7)

=16.4(M2)

作业题

1.含有苯(B),甲苯(T),二甲苯(X)分别为50%,30%,20%的混合物,以30000kg/d的流量进入一个由两座精馏塔组成的分离系统,流程及赋值见图.已知52%(质量)自塔Ⅰ 顶部流出,物流3中所含的苯有75%(质量)自塔Ⅱ顶部流出.计算所有未知物流变量.

2.如图所示,该塔的进料量F为1500kg/h,进料为气液混合进料,气液比为1:2,馏分D的流率为800kg/h,料液和馏分的温度分别为110℃及70℃,过热蒸汽V为90℃,塔底组分温度为130℃,所有组分的平均比热容为cp=1.5kJ/kg· K,所有组分的潜热为H=200kJ/kg,回流比R=2,忽略热量损失.求再沸器和冷凝器的热负荷若塔顶冷凝器的进出口温度分别为20℃和50℃,总传热系数K取2200W/m2·K,计算冷凝器的面积.