化工流程图.docx

1、化工流程图1、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

2、中不常被使用。 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2、質量均衡物質經過不同化工程序

3、單元時,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 .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。.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標出物質之已知

4、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 .部分物質之質量求法 質量分率=溶質質量溶液質量 o 溶質質量=溶液質量質量分率 例：100g 的a(OH）2水溶液，若a(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10克(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.分餾回流.分流8蒸發 9

5、.氣體吸收 0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02,若欲將其稀釋為200仟克含氫氣化鈣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2.43wt%，若欲將混合器中的硫酸提升到1.wt%，則需加入77.7t之硫酸溶液多少公斤?又得新溶液若干？例:今有一連續蒸餾塔,在大氣壓下,此塔每小時須分離1360仟克之苯與甲苯之混合物，進料中苯之質量分率為0.,塔頂產物中苯之質量分率為0.97,塔底產物中甲苯之質量分率為0.98,試計算每一小時

6、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7%之濕紙漿100公斤，乾燥後除去%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100公斤之60飽和NaHCO3水溶液，若欲將5公斤之NaHO3結晶析出，問結晶器中的溫度應降為幾度? 溫度 溶解度 克NaHCO/10克HO 60 16.4 5 14.45 4 17 0 11.1 20 .6 0 8.15 例6：一精餾塔用以分離0公斤小時之苯與甲苯混合物（各含5),餾出物中含苯5%，餾餘物中含甲苯6。自塔頂入冷凝器蒸氣量為80公斤,則回流比若干?精餾塔分離苯及甲苯流程如下： 例7:如下圖之操

7、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？例8：有一製造NaO程序，使用一雙效蒸發器以濃縮NaH水溶液，設每小時進入第一器內000公斤之10aH,蒸發後離開第一效之濃度為1%, 此溶液再進入第二效蒸發器內,最後得到50 NaH溶，則1各蒸發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/h？3.最後產品的流量為多少Kg/hr?例9：將公斤酚與1公斤水混合後形成二層溶液,上層含2%酚,下層含62%酚,則上層的質量為多少g ?(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：*

8、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）.燃燒指物質與氧氣反應，一般指有機燃料與空氣燃燒,完全燃燒生成H2及CO，不完全燃燒則生成H2O、CO或。 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(ticompon)：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(）即為繫質。2.理論氧氣（2理）：物質完全

9、燃燒，理論上所需之氧氣量。由燃燒方程式求得3.理論空氣（Ai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Ai）:物質實際燃燒所需之氧氣（空氣）量。.過量氧氣百分率(%)=過量空氣百分率（） 公式:6.過剩氧氣百分率(）=過剩空氣百分率(%） 公式:例1：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8克丙烷,需標準狀態下氧氣約若干公升？若使用0%過量空氣,則需標準狀態下空氣若干公升?例3：輸入

10、2過剩空氣,完全燃燒0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9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%甲烷與氮,當天然氣燃燒時,自燃爐排出的氣體,入冷凝器將水份冷凝除去後，其組成為9.之二氧化碳、0.2%之一氧化碳、4.6%之氧,及86%之氮,試計算入口空氣之過剩百分率？ 例:一合成氣含2C2、0.2O2、386CO、48%H2（其餘為氮氣），使用0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

11、化率小於0。定義： *反應物反應量可由下列二者求得： 1產物生成量 .反應物反應後之剩餘量 例:乙烯氫化成乙烷之反應為： 1C2 + H21C2H6 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% 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 。 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 + （產物) A + B （產物）1反應器產率：C的反應器產率= 的反應器產率 2.工廠產率： C的工廠產率= 的工廠產率 例：1 + 1B C 1 + 1 3D 若輸入為10莫耳，B過量，反應後生成C為5莫耳及

12、D為莫耳,則C、二產物之工廠產率及反應器產率分別為多少?*化學計量因素：產物每生成一莫耳所需反應物之化學計量莫耳數上題C、之化學計量因素為：C 、D 。 限量試劑：反應物中會完全反應完的反應物(如上題之A),化學計量關係以此物質之莫耳數為基準。 *過量試劑：反應物中過量的反應物，反應後會剩下來的物質(如上題之B）,此物之量與化學計量無關。 例:下列為氯化乙烯之製程：C2HCl2 Cl + HCl 二氯乙烷之轉化率為5%,則每小時欲得500公斤之氯化乙烯，每小時需輸送若干公斤的二氯乙烷入反應器？例2:乙烯水解製程乙醇的過程中，若100莫耳的進料中含55C2H、5化學惰性物、0%水，則產物中含22%H、5.49C2O、16%(25)2O、6.81H2及.28化學惰性物。試以乙烯為基準，計算乙醇與乙醚之反應器產率?