簡介：化工設(shè)計（CHEMICALENGINEERINGDESIGN）課程概論,一、化工設(shè)計課程的基本情況,1、本課程的主要內(nèi)容,（1）化工廠設(shè)計及化工工藝設(shè)計；（2）化工技術(shù)經(jīng)濟分析與評價；（3）計算機輔助化工設(shè)計。,2、本課程的特點,（1）綜合性（多專業(yè)基礎(chǔ)課知識的綜合與集成）；（2）實踐性（面向?qū)嶋H化工工藝設(shè)計、化工廠設(shè)計的工程運用）；,3、教學(xué)的目的,（1）了解國內(nèi)外有關(guān)化工工藝設(shè)計、化工廠設(shè)計的先進理念；（2）掌握化工工藝設(shè)計的內(nèi)容、步驟及方法。,課程目標(biāo),對化工設(shè)計階段的劃分，各設(shè)計階段的工作內(nèi)容和設(shè)計文檔有一個總體的了解；能夠在設(shè)計工作中自主地綜合運用化學(xué)、熱力學(xué)、單元操作、化學(xué)工藝學(xué)、化學(xué)反應(yīng)工程、化工機械與設(shè)備等專業(yè)基礎(chǔ)知識；初步掌握一種通用和一種化工專業(yè)CAD工具軟件，以及基本的化工CAD方法；完成模擬項目的設(shè)計。,4、本課程學(xué)習(xí)的教材及參考書,（1）陳聲宗化工設(shè)計（第三版），化學(xué)工業(yè)出版社，2012年；（2）王靜康化工過程設(shè)計，化學(xué)工業(yè)出版社，2006年；（3）曹湘洪主編石油化工流程模擬技術(shù)進展及應(yīng)用，中國石化出版社；（4）中國石化集團上海工程有限公司編化工工藝設(shè)計手冊（第四版）（上、下冊），化學(xué)工業(yè)出版社；（5）時鈞、汪家鼎、余國琮、陳敏恒，化學(xué)工程手冊，化學(xué)工業(yè)出版社，2002年；（6）上海醫(yī)藥工業(yè)設(shè)計研究院主編，化工設(shè)計手冊，化學(xué)工業(yè)出版社，2003年；（7）蘇健民，化工技術(shù)經(jīng)濟，化學(xué)工業(yè)出版社，2002年；（8）彭秉璞，化工系統(tǒng)分析與模擬，化學(xué)工業(yè)出版社，2001年。,Δ現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)覆蓋的范圍,我國化學(xué)工業(yè)的分類與美國、歐盟關(guān)于化學(xué)工業(yè)的范疇有一些區(qū)別，但逐步在接軌，按美國、歐盟的化學(xué)工業(yè)年鑒，現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)覆蓋以下范圍,現(xiàn)代化學(xué)工業(yè),,石油化工（包括其衍生的有機化工）,煤化工（包括其衍生的有機化工）,無機化工,精細(xì)化工及中間體,化肥工業(yè),農(nóng)藥工業(yè),醫(yī)藥工業(yè),輕工（造紙、玻璃、塑料、合成橡膠等）,染料、油墨、化妝品、清潔劑,生物化工,二、化工設(shè)計概論,1、化學(xué)工業(yè)覆蓋的范圍及其在現(xiàn)代經(jīng)濟體系中的地位,Δ化學(xué)工業(yè)在現(xiàn)代經(jīng)濟體系中的地位,化學(xué)工業(yè)是所有高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的支撐工業(yè)，如能源、電子、信息、生物、材料等領(lǐng)域，都離不開化學(xué)工業(yè)提供的物質(zhì)支撐。,化學(xué)工業(yè)絕不是所謂的“夕陽產(chǎn)業(yè)”，它現(xiàn)在仍然正在平穩(wěn)高速的發(fā)展，將來必將持續(xù)快速發(fā)展。,,,,2、化學(xué)工業(yè)的發(fā)展方向、化學(xué)工程倫理學(xué)及責(zé)任關(guān)懷制度,21現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)的發(fā)展方向,人類發(fā)展化學(xué)工業(yè)的目的滿足人類對化學(xué)物質(zhì)（分子式、數(shù)量、質(zhì)量、多尺度形態(tài)）的不斷需求。,現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)發(fā)展方向,,新物質(zhì),經(jīng)濟合理的大批量,高質(zhì)量,柔性化,綠色化,多尺度,,化學(xué)工業(yè)綠色化的含義,以“減量化、再利用、資源化”為基本原則，也就是所謂的“3R”原則。（REDUCE、RECYCLE、RESOURCE）,具體體現(xiàn)在,（1）、減少化工過程的能耗、物耗；（2）、減少有害物質(zhì)的使用或生成；（3）、減少廢棄物，并使廢棄物在系統(tǒng)類在利用；（4）、盡量將排放的廢棄物轉(zhuǎn)化為可用的再生資源；（5）、盡量延長產(chǎn)品的生命周期。,,REDUCE,,RECYCLE,,RESOURCE,22化學(xué)工程倫理學(xué)及責(zé)任關(guān)懷制度,在化學(xué)工程領(lǐng)域?qū)嵤┳怨こ處熤贫?，在化學(xué)工程師心目中樹立倫理學(xué)觀念，建立責(zé)任關(guān)懷制度。開始逐步成為國際化學(xué)工程領(lǐng)域的一個發(fā)展大趨勢。,倫理學(xué)理念體現(xiàn)在,（1）、自覺維護化工過程的安全；（2）、自覺保護環(huán)境的意識；（3）、自覺節(jié)約資源的意識；（4）、對業(yè)主、化工廠操作人員、同事負(fù)責(zé)的精神。,責(zé)任關(guān)懷制度的含義,（1）、提高對安全、健康、環(huán)保、資源的認(rèn)知和行動；（2）、充分報道成績、行動計劃，但不回避缺陷；（3）、與公眾溝通，并傾聽意見的日?；鹊?。,,3、化工設(shè)計的目標(biāo)及內(nèi)容,化工設(shè)計的主要目標(biāo),確定最佳流程及最佳操作條件，達(dá)到最優(yōu)投入產(chǎn)出比。在定量計算的基礎(chǔ)上，結(jié)合專家的經(jīng)驗，考慮安全、健康、環(huán)保的因素，確定出一個綜合的設(shè)計方案。,化工設(shè)計的內(nèi)容,其基本核心內(nèi)容是化工工藝設(shè)計，其附帶內(nèi)容是針對化工工藝設(shè)計，對它的配套部分如公用工程、外管設(shè)計等進行深入設(shè)計和完善。,4、計算機輔助過程設(shè)計軟件工具,ASPENTECH的ASPENONEFORENGINEERING系列軟件工具，主要軟件包括ASPENPLUS，ASPENPROPERTIES，ASPENENERGYANALYZER，ASPENPROCESSECONOMICANALYZER，ASPENHISYS等。,ADVANCEDSYSTEMFORPROCESSENG,另外還有SIMSCI的PROII。CHEMSTATIONS的CHEMCAD。WINSIM的DESIGNII,我國最早由寰球工程公司、中國成達(dá)化學(xué)工程公司（原化工部八院）等單位于上世紀(jì)90年代率先引進ASPEN軟件系統(tǒng)?，F(xiàn)在，國內(nèi)各設(shè)計院基本都已經(jīng)使用ASPEN或PROCESSII軟件系統(tǒng)進行計算機輔助化工過程設(shè)計。,,5、化工設(shè)計的類別和任務(wù),提出項目建議書,工程設(shè)計,可行性研究,應(yīng)用基礎(chǔ)研究,應(yīng)用研究,施工建設(shè),投產(chǎn)驗收,正常生產(chǎn),,,,,,,,,,概念設(shè)計,工程設(shè)計,,,,編制設(shè)計任務(wù)書,項目建議書,定義將收集到的有關(guān)項目的資料（信息）整理成文，由某地區(qū)、部門、企業(yè)向其上級主管部門提出的申請項目投資立項的文件。（即由建設(shè)單位編制）,項目建議書應(yīng)該包括的主要內(nèi)容,（1）、項目的背景、意義；（2）、產(chǎn)品價格和市場需求預(yù)測分析；（3）、產(chǎn)品方案和建設(shè)規(guī)模；（4）、工藝技術(shù)路線和技術(shù)來源；（5）、原料、燃料、動力、水的供應(yīng)、運輸，產(chǎn)品運輸?shù)?；?）、廠址選擇和廠址條件；（7）、環(huán)保方案；（8）、消防及安全措施；（9）、工廠定員及人力資源來源；,,（10）、投資估算、資金籌措方案；（11）、基建及投資規(guī)劃；（12）、經(jīng)濟效益初步分析與評價；（13）、結(jié)論及建議,項目建議書的實質(zhì)想投資該項目的主體，將它前期收集的所有資料（信息），經(jīng)過加工（初步定量計算、并結(jié)合專家經(jīng)驗）處理，按以上主要章節(jié)整理成一本文件。其目的就是要打動上級決策者，讓決策人下決心上該項目。,項目建議書被批準(zhǔn)后，才能往下接著進行項目的可行性研究。,可行性研究階段,6、化工設(shè)計的具體內(nèi)容與工作程序,工程設(shè)計階段,建設(shè)施工階段,投產(chǎn)驗收階段,應(yīng)用研究階段,,編制設(shè)計任務(wù)書,,過程概念設(shè)計,中試裝置設(shè)計,項目的可行性研究,可行性研究的定義根據(jù)國家、地區(qū)、行業(yè)、部門的經(jīng)濟整體規(guī)劃或布局，對擬建項目的技術(shù)、經(jīng)濟和工程、安全、環(huán)保等問題進行詳細(xì)的研究與分析。就該項目是否該建、是否緩建、如何建提出建議，為投資決策提供更可靠的依據(jù)。,可行性研究的目的,,,Δ從原料、經(jīng)過各個工藝過程、到產(chǎn)品，行否Δ產(chǎn)品是否有銷路可銷時間周期有多少效益Δ通過分析比較，從而選擇出技術(shù)上先進，經(jīng)濟上合理的優(yōu)化方案，以保證獲得盡可能好的經(jīng)濟效益。,Δ供主管部門審批；Δ作為編制設(shè)計任務(wù)書的依據(jù)；Δ作為初步設(shè)計的基礎(chǔ)。,可行性研究報告的用途,可行性研究報告的內(nèi)容,可行性研究報告內(nèi)容很多，可歸納為三大部分（1）市場調(diào)查（2）技術(shù)方案（3）經(jīng)濟評價,可行性研究報告的實質(zhì)主要內(nèi)容就是項目的技術(shù)經(jīng)濟分析報告，要求針對業(yè)主自己做出的項目建議書的內(nèi)容逐一地進行論證研究與分析。,相對于項目建議書，可行性研究報告在以下方面需要加強（1）重新收集信息資料，尤其是要求重新做市場預(yù)測分析；（2）做初步的工藝計算，對項目的投資、產(chǎn)品成本、經(jīng)濟效益盡可能詳細(xì)估算；（3）加強不確定性、風(fēng)險性分析；（4）得出明確的結(jié)論與建議,設(shè)計任務(wù)書,設(shè)計任務(wù)書由建設(shè)單位的有關(guān)主管部門委托設(shè)計單位或技術(shù)咨詢單位編制。,設(shè)計任務(wù)書批準(zhǔn)后不得隨意修改。如確需改變，需經(jīng)原批準(zhǔn)單位審批。批準(zhǔn)后的任務(wù)書是進行化工廠初步設(shè)計的依據(jù)。,,,設(shè)計任務(wù)書的內(nèi)容，各類項目不盡相同，大中型項目應(yīng)包括以下內(nèi)容1建設(shè)的目的和依據(jù)上級確定任務(wù)的文件或指示。2建設(shè)規(guī)模，職工人數(shù)和組織管理制度3產(chǎn)品方案或工藝原則，銷路，盈利水平和竟?fàn)幠芰Α?原材料、燃料、動力煤、電、油及廠礦內(nèi)的熱平衡供水、運輸條件。5占地環(huán)境條件，與其它企業(yè)關(guān)系，與城市規(guī)劃的關(guān)系。,設(shè)計任務(wù)書的內(nèi)容,設(shè)計任務(wù)書的內(nèi)容（續(xù)）,（6）環(huán)境影響與評價，三廢綜合利用。（7）投資控制數(shù)，資金來源，經(jīng)濟效益預(yù)測和投資回收年限。投資估算與初步設(shè)計預(yù)算的誤差應(yīng)不大于±10。（8）設(shè)計單位，設(shè)計進度，設(shè)計階段的確定，及建廠期限和工期。（9）技術(shù)經(jīng)濟總評價。（10）存在問題和解決辦法。,,工程設(shè)計階段,初步設(shè)計,施工圖設(shè)計,初步設(shè)計的內(nèi)容工藝流程詳細(xì)設(shè)計物料衡算熱量衡算設(shè)備工藝特性設(shè)計非工藝專業(yè)配套設(shè)計工廠布置設(shè)計工程概算,非工藝專業(yè)配套設(shè)計包含,（1）土建設(shè)計（2）設(shè)備設(shè)計（3）給排水設(shè)計（4）自動控制與儀表設(shè)計（5）熱工設(shè)計（6）電氣設(shè)計（7）采暖通風(fēng)（8）安全和環(huán)保設(shè)計,,初步設(shè)計的作用,（1）為項目實施方案的審批提供依據(jù)；（2）作為施工圖設(shè)計基礎(chǔ)；（3）提供項目訂貨依據(jù)（原材料、定型設(shè)備等）；,初步設(shè)計的評審,初步設(shè)計結(jié)束后,一般要進行專家評審,評審?fù)ㄟ^后才能進行施工圖設(shè)計。到初步設(shè)計階段結(jié)束為止,前面所做的一切工作稱為項目建設(shè)的前期工作,施工圖設(shè)計及以后的各項工作,稱為項目建設(shè)的后期工作。,其中，各種圖紙隨設(shè)計的深入，分成多個版本。,（1）工藝流程示意圖PROCESSBLOCKDIAGRAM2過程物料流程圖（PFDPROCESSFLOWSHEETDIAGRAM3帶控制點的物料流程圖PIDPROCESSINSTRUMENTSDIAGRAM4管道及儀表流程圖（PIDPIPINGINSTRUMENTSDIAGRAM5計算機模擬流程圖FLOWSHEETFORSIMULATION（6）公用工程儀表管道流程圖（UIDUTILITYINSTRUMENTDIAGRAM（7）公用工程物料流程圖（UFDUTILITYFLOWSHEETDIAGRAM,工藝流程圖的主要類型,工藝流程示意圖,,物料流程圖（PFD）,,帶控制點物料流程圖PROCESSINSTRUMENTSDIAGRAM（PID）,,管道及儀表流程圖PIPINGINSTRUMENTSDIAGRAMPID,,計算機模擬流程圖,,施工圖設(shè)計包括管道及儀表流程設(shè)計車間布置設(shè)計管道布置設(shè)計保溫和防腐設(shè)計工程預(yù)算,施工圖設(shè)計,,施工圖設(shè)計是最詳細(xì)、最深入的工程設(shè)計階段。只有它的設(shè)計文件，才能交給施工隊進行施工建設(shè)。是針對初步設(shè)計或擴初設(shè)計的完全具體化。,對化工工藝部分的設(shè)計，施工圖設(shè)計要出的主要文件1、PID最終版；2、UID圖；3、所有設(shè)備的施工圖；4、平立面布置圖；5、配管圖（配管設(shè)計圖）；6、施工材料明細(xì)表；7、工程預(yù)算書；8、施工圖設(shè)計說明書，等。,按項目工程的大小及復(fù)雜程度、上級主管部門的要求、設(shè)計能力等情況，設(shè)計階段分成三種情況,簡單工程一步直接做施工圖設(shè)計中等復(fù)雜工程初步設(shè)計施工圖設(shè)計復(fù)雜、創(chuàng)新工程初步設(shè)計擴初設(shè)計施工圖設(shè)計,,,,最后的落腳點都是施工圖設(shè)計,施工圖設(shè)計注意事項,（1）施工圖設(shè)計一般不再上報審批，由設(shè)計單位負(fù)責(zé)，故不能隨意改動初步設(shè)計，如確實非改不可，則應(yīng)另行編制修改概算，并報原審批部門核準(zhǔn)。（2）各設(shè)計專業(yè)間的聯(lián)系十分密切，設(shè)計條件多次往返，故一定要做好各專業(yè)間的協(xié)同配合。,建設(shè)施工階段,駐現(xiàn)場設(shè)計代表解釋設(shè)計文檔設(shè)計方案調(diào)整監(jiān)督施工單位嚴(yán)格按設(shè)計方案施工,投產(chǎn)驗收階段,指導(dǎo)開車過程考核設(shè)計指標(biāo)驗收結(jié)題,化工廠廠址選擇的工作程序,廠址選擇準(zhǔn)備階段,,現(xiàn)場考察工作,,多方案比較,,完成廠址選擇報告,從全廠工藝及發(fā)展的眼光出發(fā)，確定用地大小，初選幾處，收集當(dāng)?shù)厮?、地質(zhì)、天氣、人文、歷史、用地政策、投資政策等信息。,在項目建議書階段不強求有選址報告，但選址報告一定要同步于可行性研究報告（或先于“可研”）完成?？梢宰鳛榭尚行匝芯繄蟾娴莫毩⒄鹿?jié)。,7、化工廠設(shè)計中的一些全局性問題,71化工廠廠址的選擇,廠址選擇是在基建的投資決策階段必須解決的重要問題，由工藝系統(tǒng)專業(yè)部的總圖專業(yè)牽頭完成。廠址選擇的結(jié)果，直接影響到設(shè)計、投資、運營成本、生產(chǎn)情況。,化工廠廠址選址的幾個基本原則,（1）應(yīng)符合國家、地區(qū)、行業(yè)、部門發(fā)展大局的需要；（2）應(yīng)選在原料、燃料、動力充足，運輸方便，產(chǎn)品銷售便利的地區(qū)。并在公用工程、生活設(shè)施有良好基礎(chǔ)的地區(qū)；（3）化工廠廠址附近應(yīng)該有良好、充足的水源；（化工類企業(yè)對水有強烈的需求依賴）（4）應(yīng)該注意節(jié)約用地及占地種類，并考慮工廠發(fā)展的需要；（5）應(yīng)考慮附近居民的安全與健康，廠址的氣候及防災(zāi)害能力。（6）避免建在國家或地區(qū)的水利、歷史、自然、文化等各類保護區(qū)。,,此外，廠址地方的投資及稅收政策、人力資源及成本、管理是否方便、協(xié)作關(guān)系等社會因素也應(yīng)綜合考慮。,72化工廠總圖布置,總圖布置（工廠布置、總圖運輸），由總圖專業(yè)牽頭完成。,化工廠廣義的“車間”包括以下部分,化工廠,,主要生產(chǎn)車間,輔助生產(chǎn)車間（機修、電儀修、中央化驗室、倉庫等）,服務(wù)型車間（廠區(qū)辦公樓、職工宿舍、醫(yī)藥、食堂等）,公用工程車間（水、電、汽、氣、冷凍）,主要生產(chǎn)車間的含義,車間,,,輸入物流,輸出物流,特點輸入物流和輸出物流，其物質(zhì)在分子層面、形態(tài)、純度等性質(zhì)發(fā)生了變化。,總圖布置的定義在全面掌握工廠工藝概況的前提下，結(jié)合廠區(qū)的各種內(nèi)、外部條件，對化工廠的所有車間在廠址范圍內(nèi)進行合理的布局，以期獲得安全、經(jīng)濟的人流及物流流動路線。,總圖布置樣圖,化工廠總圖布置的幾條基本原則,（1）應(yīng)盡量考慮生產(chǎn)工藝流程的要求，避免物流交叉，縮短物流路線。并盡量減少人流和物流的交叉。,（2）對公用工程有大需求的車間，應(yīng)考慮其與外界的聯(lián)系，并盡量靠近其供應(yīng)源。同時遵守“負(fù)荷集中”原則。（3）廠區(qū)內(nèi)與外界有大運輸量的車間應(yīng)盡量布置在廠區(qū)外緣。（4）廠區(qū)內(nèi)同類型或相似類型的車間應(yīng)盡量集中布置。（“同類集中”原則）（如制藥廠內(nèi)同類藥品、劑型集中，放射、有毒、易燃易爆類分別集中）（5）廠區(qū)布置應(yīng)考慮防火、防爆及衛(wèi)生健康的要求。（易燃易爆車間不要布置在廠區(qū)中央，并考慮相鄰車間的安全。有粉塵、氣味的車間盡量布置在下風(fēng)口）（6）工廠布置應(yīng)考慮工廠、車間發(fā)展的需要。,73化工廠的車間布置,化工廠車間的構(gòu)成,,生產(chǎn)部分,,原料工段生產(chǎn)工段成品工段回收工段控制室,輔助部分,,變配電室通風(fēng)空調(diào)室車間化驗室機電儀修室各類中轉(zhuǎn)室,生活部分,,車間辦公室工人休息室浴室及更衣間衛(wèi)生間,化工廠的一個車間,車間布置的任務(wù)在化工廠總圖布置的框架下，按車間生產(chǎn)流程的工藝要求，同時考慮安全、操作方便、設(shè)備維修、經(jīng)濟合理等因素，將車間內(nèi)生產(chǎn)部分、輔助部分、生活部分的所有硬件（主要是生產(chǎn)流程中的所有設(shè)備），在車間廠房的三維空間內(nèi)進行合理的布局。,車間布置（車間平立面布置）,,車間各層平面布置圖,車間的立面布置圖（各種剖面）,車間平立面布置需要的主要資料1、化工廠總圖布置圖，廠房土建結(jié)構(gòu)圖；2、PID圖；3、物料衡算及能量衡算結(jié)果、物性數(shù)據(jù)；4、設(shè)備一覽表（尺寸、重量、安裝及保溫情況）；5、車間公用工程用量及車間外管情況；6、車間定員（人數(shù)、男女比例、倒班情況）。,車間平立面布置樣圖,化工廠總圖布置與車間布置的關(guān)系（1）總圖布置是大局，車間布置是局部。車間布置服從于總圖布置；（2）總圖布置先完成，再進行車間布置。少數(shù)情況下，二者可能同步進行。,8、設(shè)計結(jié)果的表達(dá)與設(shè)計文檔的編制,設(shè)計文檔的主要類型,,電子文檔,過程穩(wěn)態(tài)模擬模型過程動態(tài)模擬模型設(shè)備ＣＡＤ模型工廠三維模型,,可打印文檔,設(shè)計說明書工程圖紙設(shè)計條件表、圖設(shè)備、材料一覽表經(jīng)濟分析圖表,,設(shè)計說明書的主要類型,項目建議書可行性研究報告初步設(shè)計說明書施工圖設(shè)計說明,初步設(shè)計說明書的內(nèi)容HG/T206882000,,1總論2技術(shù)經(jīng)濟3總圖運輸4化工工藝及系統(tǒng)5布置與配管6空壓站、氮氧站、冷凍站6廠區(qū)外管8分析化驗9設(shè)備含機泵、工業(yè)爐10自動控制及儀表11供配電12電信13土建14給水、排水15供熱系統(tǒng)16采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)17維修18液體原料、產(chǎn)品儲運19固體原料、產(chǎn)品儲運20全廠設(shè)備、材料倉庫21消防專篇22環(huán)境保護專篇23勞動安全衛(wèi)生專篇24節(jié)能專篇25行政管理設(shè)施及居住區(qū)26概算,初步設(shè)計說明書的內(nèi)容化工工藝,,1、概述2、生產(chǎn)流程簡述3、工藝計算概述及結(jié)果4、主要設(shè)備選型及計算5、原材料、動力消耗定額及消耗量6、主要生產(chǎn)控制指標(biāo)7、機構(gòu)及定員8、三廢治理措施9、生產(chǎn)成本估算10、附錄圖紙和表格,化工設(shè)計工程圖紙的主要類型,,工廠布置圖工藝流程圖設(shè)備圖設(shè)備布置圖管道圖,化工設(shè)計條件表、圖的主要類型,,非定形設(shè)備條件表、圖土建條件表、圖電氣條件表、圖自動控制和儀表條件表、圖其它專業(yè)設(shè)計條件表、圖,設(shè)備布置圖,,非定型設(shè)備條件表、條件圖,,立式攪拌釜條件表、條件圖,管道布置圖,,主要參考資料,HG/T206882000化工工廠初步設(shè)計文件內(nèi)容深度規(guī)定HG/T205192009化工工藝設(shè)計施工圖內(nèi)容和深度統(tǒng)一規(guī)定SH/T30532002企業(yè)廠區(qū)總平面布置設(shè)計規(guī)范,

簡介：化工環(huán)境保護與安全技術(shù)概論,化學(xué)研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、組成、性質(zhì)、變化的科學(xué)化學(xué)品各種化學(xué)元素、化合物及其混合物化學(xué)工業(yè)依據(jù)化學(xué)原理生產(chǎn)化學(xué)品的工業(yè)廣義化學(xué)工業(yè)與狹義化學(xué)工業(yè),緒論,環(huán)境污染與環(huán)境保護問題對周圍的人和環(huán)境損害過程較慢、影響范圍大（超出化工廠的范圍）、持續(xù)時間長安全生產(chǎn)問題（生產(chǎn)事故）短時造成人員傷亡和財產(chǎn)損失、使范圍相對小、持續(xù)時間相對短二者關(guān)系實質(zhì)相同、目標(biāo)一致、二者研究的出發(fā)點與側(cè)重點有所不同,現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)（與傳統(tǒng)的化學(xué)工業(yè)相比）一般具有以下四個特點（1）生產(chǎn)物料大多屬于有害危險物質(zhì)化工生產(chǎn)過程中使用的原料、半成品、成品種類繁多滿足了現(xiàn)代社會多樣化的需求，但其中約70是易燃、易爆、有毒、有腐蝕的化學(xué)危險品。,一、現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)的特點,（2）生產(chǎn)工藝參數(shù)苛刻現(xiàn)代化工廣泛采用高溫、高壓、深冷、真空等工藝參數(shù)，顯著提高了單機效率，縮短了產(chǎn)品生產(chǎn)周期，使化工生產(chǎn)獲得更佳經(jīng)濟效益。（3）生產(chǎn)規(guī)模大型化近40年化工單系列生產(chǎn)裝置規(guī)模大型化發(fā)展迅速。（4）生產(chǎn)過程連續(xù)化、自動化化工，尤其是基礎(chǔ)大化工的生產(chǎn)從過去主要靠人工操作、間歇生產(chǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)楦叨茸詣踊?、連續(xù)化生產(chǎn)，生產(chǎn)設(shè)備由敞開式變?yōu)槊荛]式，生產(chǎn)裝置由室內(nèi)走向露天，生產(chǎn)操作由分散控制變?yōu)榧锌刂?，同時也由人工手動操作變?yōu)閮x表自動控制操作，進而又發(fā)展為計算機控制，極大地提高了勞動生產(chǎn)率。,現(xiàn)代化工這些特點存在著負(fù)面效應(yīng)化工生產(chǎn)過程處處存在危險因素、事故隱患，一旦失去控制，事故隱患就會轉(zhuǎn)化為事故。而這些事故往往是燃燒、爆炸、毒害、污染等多種危害同時發(fā)生，會對人身、財產(chǎn)和環(huán)境造成巨大的破壞。因此化學(xué)工業(yè)較其它工業(yè)生產(chǎn)部門對人員和環(huán)境的安全具有更大的危險性。,二、典型化工污染與安全事故的危害,（1）典型化工污染事件的極端危害性環(huán)境污染作為一個重大的社會問題，是從產(chǎn)業(yè)革命時期開始的。隨著科學(xué)技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)、交通運輸、全球經(jīng)濟不斷發(fā)展，尤其是化學(xué)工業(yè)的崛起，工業(yè)分布過分集中、城市人口過分密集，環(huán)境污染由局部逐步擴大到區(qū)域，由單一的大氣污染擴大到大氣、水體、土壤和食品等方面的污染，釀成了震驚世界的公害事件。,所謂世界八大公害事件（20世紀(jì)3060年代）其中193012比利時馬斯河谷煙霧事件（1周時間數(shù)千人受害發(fā)病、60人死亡）；194810美國多諾拉鎮(zhèn)煙霧事件（4天內(nèi)14萬人的小鎮(zhèn)5900人患病、20人死亡）；1952英國倫敦?zé)熿F事件（5天內(nèi)死亡4000人）；日本水俁事件（19531979化工廠排出含汞廢水污染海域，因甲基汞中毒受害發(fā)病者1004人、死亡206人）；1955日本四日市事件（以石油聯(lián)合企業(yè)為主排出粉塵和SO213萬T，10年內(nèi)四日市氣喘病患者6376人）；196109日本富士山一化工廠因管道破裂，氯氣外泄，532人中毒、9000多人受害、大片農(nóng)田被毀）我國200511吉林石化公司雙苯廠爆炸事件（6死120傷、松花江水環(huán)境污染，形成100KM長污染團）,（2）典型安全事故的巨大破壞性隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展和生產(chǎn)規(guī)模大型化，安全生產(chǎn)已成為社會問題，因為一旦發(fā)生火災(zāi)和爆炸事故，不但導(dǎo)致生產(chǎn)停止、設(shè)備損壞、生產(chǎn)鏈中斷，使社會生產(chǎn)力下降，而且還會造成人員傷亡、污染環(huán)境，產(chǎn)生無法估量的損失和難以挽回影響。198412印度博帕爾農(nóng)藥泄露事件（受害人數(shù)200000人、死亡6000人、雙目失明50000人、終身殘廢150000）1973南非一家化肥廠爆炸（82人死亡）；1998年我國陜西一化工廠午夜發(fā)生硝酸銨爆炸（22人死亡、50多人傷，設(shè)備被毀）安全生產(chǎn)已成為化工生產(chǎn)發(fā)展的關(guān)鍵問題。因為裝置規(guī)模的大型化、生產(chǎn)過程的連續(xù)化無疑是現(xiàn)代化工生產(chǎn)發(fā)展的方向，充分發(fā)揮企業(yè)產(chǎn)能，必須安全生產(chǎn)，確保生產(chǎn)裝置長期、連續(xù)穩(wěn)定、安全運行。否則規(guī)模越大、生產(chǎn)越連續(xù)，一旦發(fā)生事故，損失越大，后果不堪設(shè)想。因此安全生產(chǎn)是現(xiàn)代化工生產(chǎn)發(fā)展的前提和保證。,三、我國的環(huán)境保護與安全事業(yè),（1）我國的環(huán)境保護事業(yè)隨著環(huán)境問題的暴露，人們對環(huán)境問題的認(rèn)識也不斷發(fā)展和提高。一些發(fā)達(dá)國家在20世紀(jì)60年代后期，先后制定了有關(guān)環(huán)境保護的條例、規(guī)定。日本1967年制定了公害對策基本法；美國國會1969年通過了國家環(huán)境政策法；1972年聯(lián)合國在斯德哥爾摩召開了人類環(huán)境會議，通過了人類環(huán)境宣言，喚起全世界對環(huán)境問題的關(guān)注。許多國家相繼把環(huán)境問題擺上國家的議事日程，建立環(huán)保管理機構(gòu)，制定相關(guān)法律，加強管理和指導(dǎo)，采用新技術(shù)，使部分環(huán)境污染得到有效控制。,我國正式的環(huán)境保護事業(yè)起步情況197206出席斯德哥爾摩聯(lián)合國人類環(huán)境會議；1973從中央到地方陸續(xù)建立環(huán)境管理機構(gòu)和科研教育機構(gòu)；1984成立國務(wù)院環(huán)境保護委員會，將城鄉(xiāng)建設(shè)環(huán)境保護局改為國家環(huán)境保護總局；197803和198212全國人大通過了憲法均明確規(guī)定國家環(huán)境保護和自然資源，防止污染和其它公害；國務(wù)院宣布“保護環(huán)境是我國的一項基本國策”；197909全國人大通過中華人民共和國環(huán)境保護法（試行）；,198912通過正式的國家環(huán)保法，為制定其它的環(huán)保法規(guī)提供了依據(jù)；1999上半年，國家頒布了6部環(huán)境法律和9部相關(guān)資源法律，國務(wù)院發(fā)布了29件環(huán)境法規(guī)，環(huán)保部門發(fā)布了70多件環(huán)境規(guī)章，地方環(huán)境法規(guī)達(dá)1000多件，形成了由國家法律和地方法規(guī)相結(jié)合的環(huán)境保護法律法規(guī)體系。中央政府相關(guān)部局多次聯(lián)合提出數(shù)批限期治理的嚴(yán)重污染環(huán)境的企業(yè)名單，并下令關(guān)閉一大批嚴(yán)重污染環(huán)境而又無法改造的企業(yè)，我國的環(huán)保工作取得了實質(zhì)性進展。,環(huán)境保護八項制度為國家環(huán)境法的貫徹，國家環(huán)保部門建立、完善了環(huán)保管理制度，共有8項“三同時”制度（即經(jīng)濟建設(shè)、城鄉(xiāng)建設(shè)和環(huán)境建設(shè)同步規(guī)劃、同步實施、同步發(fā)展）；環(huán)境評價制度；排污收費制度；環(huán)境保護目標(biāo)責(zé)任制；排放污染物許可證制度；城市環(huán)境綜合治理定量考核；污染集中控制制度；污染限期治理制度。,化工環(huán)境保護是社會整體環(huán)境保護事業(yè)中的重要部分化工行業(yè)排放廢棄物在大工業(yè)中最多，化工環(huán)境污染治理復(fù)雜、數(shù)量巨大，治理工業(yè)污染的工程技術(shù)主要化學(xué)工程和生化工程技術(shù)。,（2）我國的安全生產(chǎn)事業(yè)可能由于安全事故危害的直觀性和直接性，與化工環(huán)境保護問題相比較人們對化工安全生產(chǎn)問題的研究要早得多，認(rèn)識也深刻得多，也比較重視。1931中央蘇區(qū)政府頒布第一部勞動法；新中國成立后，國家先后頒布了中華人民共和國安全生產(chǎn)法、石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范、石油化工企業(yè)職業(yè)安全衛(wèi)生設(shè)計規(guī)范、石油化工劇毒、易燃、可燃介質(zhì)管道施工及驗收規(guī)范等一系列勞動保護和安全生產(chǎn)的法律、法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，逐步使安全生產(chǎn)走上了法制化、規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)性、科學(xué)化的軌道。,1978年中共中央關(guān)于認(rèn)真做好勞動保護工作的通知以及1983年國務(wù)院批轉(zhuǎn)勞動人事部、國家經(jīng)委、全國總工會關(guān)于加強安全生產(chǎn)和勞動安全監(jiān)察工作的報告的通知均明確規(guī)定凡是新建、改建、擴建的工礦企業(yè)和技改工程項目，都必須有保證安全生產(chǎn)和消除有毒有害物質(zhì)的設(shè)施，這些設(shè)施要與主體工程同時設(shè)計、同時施工同時投產(chǎn)使用。（即工程建設(shè)“三同時”）,工程建設(shè)“三同時”原則,安全生產(chǎn)“五同時”原則,在生產(chǎn)活動中，企業(yè)的各級領(lǐng)導(dǎo)必須實行安全和生產(chǎn)的“五同時”原則。即在計劃、布置、檢查、總結(jié)、評比生產(chǎn)時，同時計劃、布置、檢查、總結(jié)、評比安全工作。萬一發(fā)生了事故，除必須按規(guī)定向各級安全生產(chǎn)監(jiān)督管理機構(gòu)及時報告外，還必須貫徹事故處理“三不放過”原則。即事故原因分析不清不放過、事故責(zé)任人和群眾沒有受到教育不放過、沒有防范措施不放過。以吸取教訓(xùn)，防止同類事故再次發(fā)生。,四、貫徹預(yù)防戰(zhàn)略，搞好化工環(huán)境保護和安全生產(chǎn),人們對環(huán)境保護和安全生產(chǎn)重要性的認(rèn)識過程從不重視到重視從少數(shù)精英重視到普通大眾普遍重視人們對解決環(huán)境保護和安全生產(chǎn)問題的方針從事后處理、被動處理到事前消除、防范過程,現(xiàn)在我國對建設(shè)項目的環(huán)保和安全設(shè)施均要求執(zhí)行“三同時”的方針，均要搞風(fēng)險評估即安全評估和環(huán)境影響評估。從項目的規(guī)劃開始考慮環(huán)保和安全問題。這種意識貫穿于項目設(shè)計、施工、投產(chǎn)各個階段；從事環(huán)保和安全的專業(yè)人員要考慮；從事工藝、設(shè)備、建筑、儀表、控制等各個專業(yè)人員均要考慮，尤其工藝技術(shù)人員負(fù)有特別重要的責(zé)任。因為工藝路線和原料路線的選擇、廠址的選擇、車間和設(shè)備的布置、設(shè)備選型的選擇以及設(shè)備、電氣、儀表、建筑等設(shè)計條件的提出和確定都是工藝專業(yè)的責(zé)任，而這些因素都與環(huán)保和安全問題息息相關(guān)。,化工企業(yè)的經(jīng)營管理和技術(shù)管理者責(zé)任和義務(wù)應(yīng)主動認(rèn)真地貫徹環(huán)保和安全的預(yù)防戰(zhàn)略，充分認(rèn)識環(huán)保和安全是現(xiàn)代化工生產(chǎn)技術(shù)的兩個必要組成部分，從源頭解決環(huán)保和安全問題，采用本質(zhì)安全和環(huán)保的“綠色產(chǎn)品、技術(shù)、工藝、工程”，實現(xiàn)化工清潔生產(chǎn)。真正實現(xiàn)化工生產(chǎn)在環(huán)保和安全問題上變被動為主動。,思考題1試分析現(xiàn)代工業(yè)的特點。2為什么說安全生產(chǎn)已成為化工生產(chǎn)發(fā)展的關(guān)鍵問題3舉例說明環(huán)境污染已經(jīng)到了危及人類生存、非治不可的地步了。4什么是環(huán)保管理“三同時”原則什么是環(huán)保管理八項制度5什么是安全生產(chǎn)“五同時”原則什么是工程建設(shè)“三同時”原則6談?wù)勀銓ω瀼仡A(yù)防戰(zhàn)略、搞好安全生產(chǎn)和環(huán)境保護的認(rèn)識。,

簡介：連續(xù)性方程化工傳遞過程所研究的體系一般遵循質(zhì)量守恒定律。并且，質(zhì)量守恒不僅適用于單組分流體，而且也適用于多組分流體。運用質(zhì)量守恒原理進行微分質(zhì)量衡算，所得方程稱為連續(xù)性方程。連續(xù)方程的推導(dǎo)采用歐拉EULER觀點。,13化工傳遞及反應(yīng)動力學(xué)模型,（去年考試題）請采用微元體推導(dǎo)無源條件下的直角坐標(biāo)的連續(xù)性方程,,13化工傳遞及反應(yīng)動力學(xué)模型,在直角坐標(biāo)系中取如圖11所示的無限小微元體，微元體體積為DXDYDZ，假定流體的質(zhì)量流率在某一方向存在微小變化而在三維空間上應(yīng)滿足質(zhì)量守恒定律，即,13化工傳遞及反應(yīng)動力學(xué)模型,流入與流出微元控制體的質(zhì)量流率可按X，Y，Z三個方向分別考慮。在X方向，流體經(jīng)控制體的左側(cè)面流入控制體的質(zhì)量通量為，則質(zhì)量流率為；而由控制體右側(cè)平面流出的質(zhì)量通量則為，故由右側(cè)平面流出的質(zhì)量流率為于是，X方向流出與流入微元控制體的質(zhì)量流率之差為,13化工傳遞及反應(yīng)動力學(xué)模型,同理，可得Y和Z方向流出與流入微元控制體的質(zhì)量流率之差分別為控制體內(nèi)任一時刻的流體質(zhì)量為，因此累積率為,13化工傳遞及反應(yīng)動力學(xué)模型,將式A、B、C和D聯(lián)立，即可得微分質(zhì)量衡算方程如下式E即為流體流動時的微分質(zhì)量衡算方程，亦稱連續(xù)性方程。任何流體的流動均滿足此方程，即對于穩(wěn)態(tài)或非穩(wěn)態(tài)流動、理想流體或?qū)嶋H流體、不可壓縮流體或可壓縮流體、牛頓型或非牛頓型流體均使用。連續(xù)性方程是研究動量、熱量與質(zhì)量傳遞過程的最基本和最重要的微分方程之一。,13化工傳遞及反應(yīng)動力學(xué)模型,數(shù)值分析法（主要基于建立曲線方程、微分方程等）利用數(shù)值分析法建立化工數(shù)學(xué)模型一般要遵循以下原則首先對研究對象進行觀察分析，確定輸入和輸出變量，作出合理的假設(shè)和簡化，抽象出問題的數(shù)學(xué)模型（曲線方程、微分方程等）；根據(jù)已有實驗數(shù)據(jù)，求解數(shù)學(xué)模型（擬合、解方程、解方程組、解微分方程）。,14化工數(shù)學(xué)建模及求解方法,理論分析法（主要基于三傳一反主要方程建模）利用理論分析法建立化工數(shù)學(xué)模型一般要遵循以下原則首先對研究對象進行觀察分析，根據(jù)問題的性質(zhì)和精度要求，作出合理的假設(shè)和簡化，抽象出問題的物理模型；在充分了解物理模型內(nèi)涵的基礎(chǔ)上，確定輸入和輸出變量以及模型參數(shù)，根據(jù)相關(guān)的守恒及平衡原理建立基本模型方程；,14化工數(shù)學(xué)建模及求解方法,利用有關(guān)物理和化學(xué)原理，引入附加的函數(shù)關(guān)系對不完全封閉的基本模型方程進行封閉完善；根據(jù)研究對象和環(huán)境之間的關(guān)系，為基本模型方程補充初始條件和邊界條件；對所建數(shù)學(xué)模型進行檢驗和修正，直至得到能夠反映問題內(nèi)在本質(zhì)的數(shù)學(xué)模型為止。,14化工數(shù)學(xué)建模及求解方法,檢驗數(shù)學(xué)模型的手段通常是將模型計算結(jié)果與實驗結(jié)果進行對比，進而考察模型的準(zhǔn)確性?；そο笸婕案鞣N不同尺度的問題，例如有事需要研究小至一個催化劑顆粒的催化效率，有時需要描述一個裝置的特性，而有時需對大至整個化工廠進行建模分析。在建立化工數(shù)學(xué)模型的過程中，抓住主要矛盾，充分利用“三傳一反”基本方程和合理簡化，均存在一定技巧。,14化工數(shù)學(xué)建模及求解方法,實驗歸納法（“黑箱”模型，主要基于量綱分析）根據(jù)實驗結(jié)構(gòu)進行歸納建立的數(shù)學(xué)模型稱為經(jīng)驗?zāi)Ｐ停@類數(shù)學(xué)模型又分為物理量關(guān)聯(lián)和特征數(shù)關(guān)聯(lián)兩種形式。物理量關(guān)聯(lián)沒有任何普適性，只能就事論事，如物質(zhì)的密度、比熱容、黏度等參數(shù)隨溫度變化的關(guān)聯(lián)式就是這樣。,14化工數(shù)學(xué)建模及求解方法,而對于特征數(shù)關(guān)聯(lián)模型，通常是具有一定普適性的，如對流傳質(zhì)或傳熱特征數(shù)關(guān)聯(lián)式就能適用于很多設(shè)備和流體體系。廣泛應(yīng)用特征數(shù)關(guān)聯(lián)模型是化學(xué)工程科學(xué)的一大特色，應(yīng)在工程研發(fā)和應(yīng)用中給予充分重視。,14化工數(shù)學(xué)建模及求解方法,1）相似論因次分析相似論是在尋求實驗?zāi)Ｐ团c真實模型之間內(nèi)在聯(lián)系時值得遵循的工程研究方法。它在實驗設(shè)計和工程放大中均有廣泛的應(yīng)用。化工中的相似論包含兩個定理一是Π定理，即一個系統(tǒng)的無因次數(shù)群（特征數(shù)）的個數(shù)等于系統(tǒng)的變量個數(shù)與基本量綱個數(shù)之差。二是相似定理如果化工系統(tǒng)可由相同的一組特征數(shù)描述，并且其數(shù)值相等，則另個系統(tǒng)是相似的；相反，如果兩個系統(tǒng)相似，則對應(yīng)的特征數(shù)一定相等。,14化工數(shù)學(xué)建模及求解方法,根據(jù)相似論進行實驗研究，一方面可以減少系統(tǒng)自變量的數(shù)目，從而可以提高實驗效率和節(jié)省實驗費用；另一方面可以拓寬實驗結(jié)果的適用范圍，為實驗結(jié)果進行工程放大提供方便。但是，化工中的相似論一般只適用于單一的物理過程或化學(xué)反應(yīng)過程。因為同時滿足物理過程和化學(xué)過程都相似是很困難的。,14化工數(shù)學(xué)建模及求解方法,2）特征數(shù)關(guān)聯(lián)模型化工中廣泛使用著特征數(shù)關(guān)聯(lián)模型，尤其是涉及湍流這類尚無法定量描述的復(fù)雜過程時，根據(jù)實驗結(jié)果建立經(jīng)驗?zāi)Ｐ褪俏ㄒ豢尚械姆椒?。如在研究對流傳熱時，發(fā)現(xiàn)影響給熱系數(shù)HP的主要因素包括體系特征長度L、流體流速U、流體密度Ρ、黏度Μ、導(dǎo)熱率Λ和熱容CP。利用因次分析法，可得描述對流傳熱過程的三個無因次特征數(shù)NUSSELT數(shù)、REYNOLDS數(shù)和PRANDTL數(shù),14化工數(shù)學(xué)建模及求解方法,,,,直接迭代法迭代公式通過代數(shù)恒等變形，將方程FX0化成與之等價的方程XΦX。令XK1ΦXK，此式即為直接迭代法的迭代公式。給定初值X0,由迭代公式產(chǎn)生點列{XK}K0,1,2,若則X即是方程FX0的根。,22迭代法求解非線性方程,,收斂判定對于方程FX0構(gòu)造的多種迭代格式XK1ΦXK，怎樣判斷構(gòu)造的迭代格式是否收斂收斂是否與迭代的初值有關(guān)根據(jù)數(shù)學(xué)知識，我們可以直接利用以下收斂條件（1）當(dāng)X∈A,B有A≦ΦX≦B（2）ΦX在A,B上可導(dǎo)，并且存在正數(shù)L1，使任意的X∈A,B，有|ΦX|≦L。若滿足上述收斂條件，則在A,B上有唯一的點X滿足XΦX，此時稱X為ΦX的不動點。,22迭代法求解非線性方程,,迭代格式構(gòu)造迭代格式XK1ΦXK對任意初值X0∈A,B，均收斂于ΦX的不動點X，并有下面誤差估計式構(gòu)造收斂迭代格式有兩個要素（1）等價形式XΦX應(yīng)滿足|Φ’X|1；（2）初值必須取自X的充分小鄰域，其大小決定于函數(shù)FX，及做出的等價形式XΦX。,22迭代法求解非線性方程,,迭代控制在一般的迭代計算中，都會給定精度控制量Ε，當(dāng)時，迭代終止。在EXCEL迭代計算中，所求解的方程一般迭代次數(shù)較少，很快就能達(dá)到要求精度。,22迭代法求解非線性方程,,松弛迭代法當(dāng)?shù)绞諗亢苈龝r，我們可以從XΦX出發(fā)構(gòu)造新的迭代形式，以加快收斂速度，這里先介紹松弛迭代法。迭代公式其中，為第K次迭代的預(yù)報值；稱為松弛因子。,22迭代法求解非線性方程,,埃特金（AITKEN）迭代法為了避免確定松弛因子的麻煩，AITKEN又對松弛迭代法做了改進，提出了兩次校正的加速迭代公式，即為下式。,22迭代法求解非線性方程,,牛頓（NEWTON）迭代法迭代公式不同于直接迭代法是將非線性方程FX0恒等變形得到迭代公式，牛頓法則是將非線性方程FX0在X0點展開，即并令用線性方程PX0近似代替非線性方程FX0，從中解得,22迭代法求解非線性方程,,令作為FX0的根的第一級近似值。一般地，記作為方程FX0的根的第K1級近似值，此式即為牛頓迭代公式。,22迭代法求解非線性方程,,牛頓迭代幾何意義方程FX0的解就是曲線YFX與X軸交點的橫坐標(biāo)X。設(shè)XK為初值，過點XK,FXK作YFX的切線，則切線方程為令與X軸的交點橫坐標(biāo)為,令，即是第K次迭代點。,22迭代法求解非線性方程,,牛頓迭代法的應(yīng)用求重根求FX0的M重根的牛頓公式，收斂速度快于單根公式。求復(fù)根牛頓迭代公式不僅可以求單實根，也可以用來求復(fù)根，但初值必須是復(fù)數(shù)。,22迭代法求解非線性方程,,牛頓下降法牛頓迭代法在單根附近具有較快的收斂速度（至少平方收斂）。因此在運用該方法時初始點X0應(yīng)取在單根X的附近。當(dāng)X0偏離X較遠(yuǎn)時，在某些情形下就不能保證收斂。此種情形下，通常采用牛頓下降法，其迭代公式為式中，Λ∈0,1為阻尼因子，應(yīng)滿足|FXK1||FXK|。,22迭代法求解非線性方程,,割線法迭代公式在牛頓迭代法中，需要先求得非線性方程的導(dǎo)數(shù)，但有時導(dǎo)數(shù)并不好求。針對此問題，可用一階差商代替牛頓迭代公式中的導(dǎo)數(shù)F’X，就得到割線法迭代公式割線法中需要給定兩個初值X0和X1。,22迭代法求解非線性方程,,線性方程組線性方程組是各個方程關(guān)于未知量均為一次的方程組。其一般形式如下其中AIJ、BI為已知常數(shù)，XJ為未知數(shù)。,23求解線性方程組,用線性代數(shù)中的概念來表達(dá)，則線性方程組可以寫成A是MN矩陣，X是含有N個元素列向量，B是含有M個元素列向量。,,23求解線性方程組,行列式解法根據(jù)CRAMER法則，線性聯(lián)立方程有唯一解的條件是其系數(shù)行列式為非零值此時方程的解為,,23求解線性方程組,,|DI|是方程組的系數(shù)行列式，但其中的第I列元素被常數(shù)列陣B所取代。例如|D1|是用常數(shù)B列陣取代系數(shù)矩陣的第一列元素所得的行列式,23求解線性方程組,24求微分方程數(shù)值解,化工實際問題的提出,例子1方形蓄水箱加水和排水問題要得到水位高度和流量的關(guān)系（方形水槽）,24求微分方程數(shù)值解,化工實際問題的提出,例子2三角剖面水槽進水和排水問題去年考試題目要得到水位高度和流量的關(guān)系（三角剖面水槽）,第二章待定,第二章待定,§1單位和量綱,單位度量同一物理量的大小。如長度有M、CM、MM，時間有H、MIN、S。,量綱（因次）物理量的種類。如長度用L，時間T,質(zhì)量［M］，無論量的大小都用同一符號表示。,量綱分析,基本量綱相互獨立的量綱，相互之間不能導(dǎo)出，而其它量的量綱可由基本量導(dǎo)出。一般取長度［L］、時間［T］、質(zhì)量［M］、溫度［Θ］,導(dǎo)出量綱其它物理量的量綱可由基本量綱導(dǎo)出，例如速度量綱［］，面積［］，壓強［］,單位、量綱、基本量綱、導(dǎo)出量綱舉例,任何物理量都有量綱，基本量綱用大寫字母表示，如下表表1基本量綱每個基本量綱都有一個基本單位，該基本單位與單位制有關(guān)。下表為兩種主要單位制表2國際單位制和英制單位,去年考題寫出任意5個基本單位及量綱,為了便于描述物理量，復(fù)合單位應(yīng)運而生，例如和。下表列出了常用前綴表3復(fù)合單位的前綴最后一種單位是導(dǎo)出單位。它是基本單位的衍生物并具有特定的名稱。如下表表4導(dǎo)出單位與量綱,,單位、量綱、基本量綱、導(dǎo)出量綱舉例,去年考題推導(dǎo)五個導(dǎo)出單位及量綱,量綱一致性求和關(guān)系中的各量必須具有相同的量綱例總能量動能勢能123符號表示“具有的量綱”。2求和關(guān)系中的各量必須具有相同的單位,方程中各項可同時用M、CM、MM但量綱都是［L］。,去年考題量綱一致性推導(dǎo)及無因次數(shù)群推導(dǎo),例子鐘擺的量綱分析下面用量綱分析的方法得到鐘擺運動的數(shù)學(xué)描述鐘擺模型如右圖表5鐘擺參數(shù)希望利用小鐘擺模并由物理參數(shù)預(yù)測擺動周期。我們假設(shè)有下方程的形式的函數(shù)4或5由之前講到的兩條基本規(guī)則可知，上面函數(shù)的每一項必須為時間量綱。這就意味著式5應(yīng)該和質(zhì)量無關(guān)，因為沒有能消除質(zhì)量量綱的互補項這樣，函數(shù)簡化為6,如果長度出現(xiàn)在式6中，則必須用除以消除長度量綱，即7也就是說，如果長度出現(xiàn)在式6中，那么必然以的形式出現(xiàn)。這樣式6變?yōu)?又9且，是無量綱的，因此10上式中量綱不能為函數(shù)提供任何信息。接下來，我們只需要測定不同和時鐘擺的行為了，而不需要去花費時間考慮質(zhì)量的影響。這說明量綱分析縮短了實驗的進程。而且，對實驗數(shù)據(jù)的分析時，我們有理由相信可在固定擺幅的情況下將對作圖，這說明量綱分析簡化了數(shù)據(jù)分析過程。通過實驗測定發(fā)現(xiàn)，當(dāng)擺幅較小時,周期與擺幅無關(guān)，也就是說和之間為線性關(guān)系，斜率為。因此，任何擺鐘運動由以下簡單的函數(shù)形式11,§2量綱分析法,,量綱分析法是將物理現(xiàn)象所涉及的物理量組成無量綱綜合量。利用定理使無量綱綜合量構(gòu)成函數(shù)關(guān)系，該關(guān)系式反映了物理量之間的內(nèi)在規(guī)律，并使自變量的個數(shù)減到最少。,無量綱綜合量由N個物理量組合成的無量綱數(shù)稱之。用表示。例如,表示無量綱綜合量，解出有理數(shù)M可得項。,白金漢?定理設(shè)某個物理現(xiàn)象與N個物理量有關(guān)Q1,Q2,?,QN，這N個物理量的函數(shù)關(guān)系為FQ1,Q2,?,QN0。若這N個物理量的基本量綱為M個，則這N個物理量可組成（NM）個無量綱數(shù)?1,?2,?,?NM，這些無量綱數(shù)也存在函數(shù)關(guān)系F?1,?2,?,?NM0。,去年考題無因次數(shù)群推導(dǎo)（2題，25分）,例子步行的量綱分析由于人的構(gòu)造是相似的，因此應(yīng)當(dāng)可以根據(jù)一些物理參數(shù)用量綱分析的方法預(yù)測人的速度。通過分析，下標(biāo)列出一些可能與人的步行速度相關(guān)的物理量表6步行參數(shù)現(xiàn)在用量綱分析來指導(dǎo)步行數(shù)據(jù)的測量和分析。先回想一下鐘擺的分析思路以上的分析過程簡單直觀，但是只是針對此類簡單問題。下面介紹一種通用方法無量綱分析法。把式11寫成12上式就是一個無量綱的式子。,一個無量綱的項稱為數(shù)群?，F(xiàn)在要尋找一個能夠描述步行的數(shù)群。如下13式中是待定參數(shù)。式13的量綱表達(dá)式為14由于必須是無量綱的，所以有15從上式可知，質(zhì)量對步行過程無貢獻(xiàn)。上式剩2個方程4個未知數(shù)，有無窮的組合能滿足方程。因此必須指定一些情況。引入白金漢定律16因此，在此例中。為了確定這2個無因次數(shù)群，還需以下規(guī)則,無因次數(shù)群數(shù)目參數(shù)個數(shù)量綱數(shù)目方程數(shù)目,對于每個數(shù)群，必須選擇一個“核心變量”,核心變量是指出現(xiàn)在一個數(shù)群中的參數(shù)。它是一個無因次數(shù)群的核心。我們的目的是尋找一個用無因次數(shù)群表示的函數(shù)形式。如17現(xiàn)在，和這兩個數(shù)群。這兩個數(shù)群分別以速度和步長為核心變量。該無因次數(shù)群包含而不包含。因此的指數(shù)項必須為0，即。任選一數(shù)作為的指數(shù)。故得18所以19上式的平方就是該數(shù)群的傳統(tǒng)形式弗勞數(shù)，且取該數(shù)群的平方不會影響分析結(jié)果。我們采用傳統(tǒng)形式，即20,該無因次數(shù)群包含而不包含。同上面的分析有和。故得21所以22我們決定，將含步長的無因次數(shù)群作為含速度無因次數(shù)群的函數(shù)反過來也一樣2324對上式的解釋對比步長是對比速度的函數(shù)。也就是說，平方按進行了比例縮放，步長按腿長進行了比例縮放。通過這些縮放動態(tài)比例縮放，使得所有步行者都滿足式24普適關(guān)聯(lián)式。也就是說，按照同樣方法縮放步長，則一個8IN與一個6IN的人，他們的步行可能是動態(tài)相似的。對比步長與對比速度之間的確定關(guān)系不能從量綱分析中得到，這需要實驗的測定以及數(shù)據(jù)分析。例如，做的關(guān)于的圖。步行者的弗勞常數(shù)越大，則步行速度就越快。,,例不可壓粘性流體在水平直管中作定常運動，其壓力損失與下列因素有關(guān)，試用定理確定的規(guī)律。,1）由題意假定函數(shù)關(guān)系式,2）寫出無量綱方程,取基本量綱為長度［L］、時間［T］質(zhì)量［M］由定理可知，可寫出NM4個無量綱量,即無量綱方程為,3）取獨立變量,選直徑D、速度V、密度Ρ為獨立變量,,獨立變量的量綱分別為,其它幾個變量的量綱為,,4）寫出量綱方程,利用量綱和諧原理，方程兩邊量綱應(yīng)相等,解得,令,,同理,,令,解得,,同理,5）組成無量綱函數(shù)關(guān)系式,,達(dá)西公式,考試題目舉例,量綱分析設(shè)計工具無因次數(shù)群之間的相互關(guān)系即設(shè)計工具。前面介紹到的對比步長與的關(guān)系對于機器人是一種設(shè)計工具。根據(jù)量綱分析開發(fā)設(shè)計工具的過程如下圖無因次數(shù)群之間的關(guān)聯(lián)式很多，我們沒必要記住所有的關(guān)聯(lián)式，而重要的是，要知道如何應(yīng)用動態(tài)相似原理來建立新的設(shè)計工具。,例子1固體球在流體中運動的量綱分析現(xiàn)在將量綱分析應(yīng)用于另一種現(xiàn)象球的終端速度。例如A水中淤泥的沉降。泥水澄清需要多長時間。B空氣中的灰塵。公司煙囪的灰塵會落在自己公司的地界上、附近城鎮(zhèn)，還是落入海中核冬天能持續(xù)多久C在流體中拖動一個球需要什么力在這些例子中，顆粒要么太小，要么終端速度太慢核冬天預(yù)計可持續(xù),這樣直接測量實際過程是不現(xiàn)實的。所以，考慮對一個方便可測的系統(tǒng)進行測定，并利用量綱分析將實驗結(jié)果縮放到我們感興趣但又無法進行實驗的實際過程。確定球在流體中的物理參數(shù)。通過分析得到如下參數(shù)表表7球在流體中運動的有關(guān)參數(shù)備注1球的密度歸結(jié)到浮力當(dāng)中了，流體的質(zhì)量歸結(jié)到流體密度當(dāng)中了。備注2黏度量綱的計算剪應(yīng)力/面積,,,現(xiàn)在確定這些無因次數(shù)群，任何數(shù)群都具有一般形式2526同樣有，27根據(jù)白金漢定律。需要選定3個核心變量。選擇核心變量的原則A我們想知道什么因變量是速度。B在實驗中，我們打算改變哪些參數(shù)通過分析可以選出3個核心變量，但此例中選擇傳統(tǒng)的核心變量，即，，和。下面來推導(dǎo)數(shù)群。,包含,但不包含另外兩個核心變量。同理有，和。故有28所以29即，浮力按照流體密度進行了縮放，不妨稱為對比浮力。包含,但不包含另外兩個核心變量。同理有，和。故有30所以31,所以32上式的倒數(shù)即是弗勞德數(shù)。上式取倒數(shù)不會影響分析結(jié)果，而且取倒數(shù)便于與類似的系統(tǒng)進行分析比較，所以式32采用其倒數(shù)形式慣性力/重力33數(shù)群包含，但不包含另兩個核心變量。同理有，和。故有34所以，35取上式的倒數(shù)并不會影響分析結(jié)果，上式變?yōu)?6,式36也許是最著名的無因次數(shù)群雷諾數(shù)。與上面的弗勞德數(shù)一樣，雷諾數(shù)也可以表示為兩個力之比慣性力/黏性力37到這里之后，量綱分析不能給我們帶來更多的東西了。現(xiàn)在需要通過實驗測定和數(shù)據(jù)分析才能得出對比浮力、弗勞德數(shù)和雷諾數(shù)之間的關(guān)系。下面直接給出相關(guān)結(jié)果A當(dāng)時，球體在流體中處于層流區(qū)域，函數(shù)形式為斯托克斯定律38B當(dāng)時，球體在流體中處于過渡流區(qū)域，函數(shù)形式為39C當(dāng)時，球體在流體中處于湍流區(qū)域，函數(shù)形式為牛頓阻力定律40,如何運用式3840解決實際問題呢例要計算直徑1微米的固體顆粒在50千米的高空下落到地面時所用的時間T。且假設(shè)，該系統(tǒng)處在層流區(qū)域，即。則用式38來計算，即用斯科托斯定律來計算，這里直接給出速度結(jié)果41所以42現(xiàn)在計算雷諾數(shù)，可知，因此可以應(yīng)用斯科托斯定律。,例子2動態(tài)放大阿拉斯加管線前面實例，都是先通過量綱分析，然后實驗，最終得出函數(shù)關(guān)系式，用函數(shù)關(guān)系式外推到量綱相似的一些現(xiàn)象。如果我們不想得到具體的函數(shù)關(guān)系，還可以采用什么方法來分析呢我們可以通過模型體系上的一次實驗來預(yù)測該實際體系在“這些特定條件”的行為，“這些特定條件”就是動態(tài)相似原理告訴我們的“模型體系與實際體系無因次數(shù)群的大小必須相等”?，F(xiàn)在，我們來考察阿拉斯加輸油管線的一臺泵，如右圖所示。假定每1000M安裝一個泵，希望其流率為。問每臺泵必須提供多大壓力即43如果建立一個全尺寸的模型來測定壓力降是不現(xiàn)實的。我們來搭建一個模型裝置，僅在模型裝置上做一次實驗。我們令模型系統(tǒng)與阿拉斯加管線系統(tǒng)的無因次數(shù)群值相等，這樣，兩個系統(tǒng)就是動態(tài)相似的。以下是步驟A導(dǎo)出管內(nèi)流體流動的無因次數(shù)群；B令實際系統(tǒng)和模型系統(tǒng)的無因次數(shù)群相等。,步驟A1通過分析，我們得到以下參數(shù)表表8管內(nèi)流體流動的參數(shù)步驟A2寫出無因次數(shù)群的通式4445所以46,步驟A3根據(jù)白金漢定律。需要選定3個核心變量。步驟A4選擇與3個數(shù)群對應(yīng)的3個核心變量我們要求的一個參數(shù)。這是可以調(diào)節(jié)的一個參數(shù)。這是流體的一種性質(zhì)。正如前面介紹的一樣，選擇一套適合的核心變量是有章可循的。規(guī)則1系統(tǒng)的所有量綱必須體現(xiàn)在核心變量中規(guī)則2核心變量之間不能形成一個無因次數(shù)群步驟A5導(dǎo)出數(shù)群包含而不包含其他兩核心變量。從而有47解得48,上式即歐拉數(shù)，它是化學(xué)工程中的一個常用數(shù)群。摩擦力/慣性力49包含而不包含其他的兩個核心變量，從而有50解得51包含而不含其他的兩個核心變量，從而有52,解得53上式的倒數(shù)就是雷諾數(shù)的變形。慣性力/黏性力54的大小表征了流體流動的特征。雷諾數(shù)和直接導(dǎo)出的式53一樣都可以作為第三個無因次數(shù)群。為了方便起見，就用雷諾數(shù)作為第三個無因次數(shù)群。現(xiàn)在，設(shè)計一個模型系統(tǒng)來預(yù)測實際系統(tǒng)的特性。為此這兩個系統(tǒng)中無因次數(shù)群的大小必須相同，即55這就是動態(tài)相似性。,去年考題量綱分析設(shè)計（1題，15分）,現(xiàn)在設(shè)計一個室內(nèi)操作的模型裝置系統(tǒng)。通過適當(dāng)大小的玻璃管內(nèi)水的流動過程來模擬阿拉斯加管線的實際情況。先將流率轉(zhuǎn)化為SI制。56現(xiàn)在計算平均流速。57所以平均流速為58該系統(tǒng)的參數(shù)見下表表9管內(nèi)流體流動的參數(shù),

簡介：第二章化工數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ),任課老師程道建副教授EMAILCHENGDJMAILBUCTEDUCN,本章內(nèi)容,21擬合建模方法22迭代法求解非線性方程23求解線性方程組23求微分方程數(shù)值解,21擬合建模方法,示例實驗測得二甲醇（DME）的飽和蒸氣壓和溫度的關(guān)系（見表），其具體關(guān)系是什么樣的呢,,化工實際問題的提出,,1、線性擬合（一元一次）,給定一組數(shù)據(jù)（XI,YI）,I1,2,,M，作擬合直線PXABX,均方誤差為,按二元函數(shù)求極值的理論，QA,B的極小值需滿足方程組,,解此聯(lián)立方程,21擬合建模方法,,2、非線性擬合（一元二次）,給定數(shù)據(jù)（XI,YI,I1,2,,M,用二次多項式函數(shù)擬合這組數(shù)據(jù)。設(shè)，作出擬合函數(shù)與數(shù)據(jù)序列的均方誤差表達(dá)式,由數(shù)學(xué)知識可知，QA0,A1,A2的極小值滿足,21擬合建模方法,,2、非線性擬合（一元二次）,整理得二次多項式函數(shù)擬合的滿足條件方程,解此方程得到在均方誤差最小意義下的擬合函數(shù)PX。上式稱為多項式擬合的法方程。法方程的系數(shù)矩陣是對稱的。當(dāng)擬合多項式N5時，法方程的系數(shù)矩陣是病態(tài)的，使用直接迭代法求解線性方程時會發(fā)散，要采用一些特殊算法（NEWTON迭代法）。,21擬合建模方法,示例解決,,1）采用線性擬合（一元一次）由表的數(shù)據(jù)觀測可得，DME的飽和蒸氣壓和溫度有正相關(guān)關(guān)系，如果以函數(shù)PABT來擬合,則擬合函數(shù)是一條直線。通過計算均方誤差QA,B最小值而確定直線方程。,擬合得到直線方程為相關(guān)系數(shù)R為097296，平均絕對偏差SD為00707。,21擬合建模方法,示例解決,,2）非線性擬合（一元二次）,通過計算下述均方誤差擬合得二次方程為相關(guān)系數(shù)R為099972，平均絕對偏差SD為000815,具體擬合曲線見右圖。,21擬合建模方法,示例解決,,（相關(guān)系數(shù)R為099972，平均絕對偏差SD為000815）,DME飽和蒸氣壓和溫度之間的二次擬合,DME飽和蒸氣壓和溫度之間的一次線性擬合,（相關(guān)系數(shù)R為097296，平均絕對偏差SD為00707）,結(jié)論通過比較左右圖以及各自的相關(guān)系數(shù)和平均絕對偏差可知，發(fā)現(xiàn)對于DME飽和蒸氣壓和溫度之間的關(guān)系，用二次曲線擬合優(yōu)于線性擬合。,21擬合建模方法,3、多變量的曲線擬合,前面介紹的曲線擬合方法只涉及單變量函數(shù)的曲線擬合，但實際在化工實驗數(shù)據(jù)處理及模型參數(shù)擬合時，通常會碰到多變量的參數(shù)擬合問題。一個典型的例子是傳熱實驗中努塞爾數(shù)、雷諾數(shù)及普朗特數(shù)之間的擬合問題根據(jù)若干組實驗測得的數(shù)據(jù)（NU，RE，PR），如何求出式中的參數(shù)C1、C2、C3，這是一個有兩個變量的參數(shù)擬合問題。,21擬合建模方法,3、多變量的曲線擬合,擬合式不是線性的。需要做變換，等式兩邊取對數(shù)得,對于給定的序列X1I,X2I,YI,I1,2,3M,設(shè)擬合后的函數(shù)形式為均方誤差為由多元函數(shù)極值原理，QA0,A1,A2最小條件為,21擬合建模方法,3、多變量的曲線擬合,整理得多變量一次多項式函數(shù)擬合的法方程通過求解一元線性方程組就可以得到多變量函數(shù)線性擬合時的參數(shù)。,21擬合建模方法,示例解決,,根據(jù)某傳熱實驗測得如下數(shù)據(jù)，請用下列方程的形式擬合實驗曲線。,擬合式的形式為擬合式不是線性的。需要做變換，等式兩邊取對數(shù)得,21擬合建模方法,示例解決,,1）首先對NU，RE，PR取對數(shù)，得到,2）通過上面公式求解A00022992A108A203,21擬合建模方法,多項式擬合有時實驗數(shù)據(jù)表現(xiàn)為一曲線，相應(yīng)的擬合函數(shù)未知，需要一種普適的函數(shù)擬合曲線。常用方法之一就是用多項式擬合。原則上任何連續(xù)函數(shù)均可用多項式展開若將變量進行變換則多項式化為多元一次函數(shù),,21擬合建模方法,,多項式擬合可用EXCEL中的LINEST函數(shù)和“回歸”求多項式的參數(shù)B、A1、A2AN及其回歸統(tǒng)計。通常到三次方就有中等精度。在實際工作中，在滿足擬合精度的前提下多項式的階數(shù)要盡可能的低。對于N個數(shù)據(jù)點，用于擬合的多項式最高階數(shù)為N1,21擬合建模方法,化工實際問題的提出,非線性方程問題無論是從理論上還是從計算公式上，都要比線性方程復(fù)雜的多。而對于具體的化工問題，初值和求解范圍常?？筛鶕?jù)具體的化工知識來決定。常見的雷諾數(shù)和摩擦系數(shù)關(guān)系方程在雷諾數(shù)低于4000時有以下關(guān)系式,21,已知雷諾數(shù)RE，如何根據(jù)公式（21）求出摩擦系數(shù)Λ，這是我們在管路設(shè)計中必須首先解決的問題。,22迭代法求解非線性方程,22迭代法求解非線性方程,化工實際問題的提出,22迭代法求解非線性方程,化工實際問題的提出,22迭代法求解非線性方程,化工實際問題的提出,,簡單迭代法實例應(yīng)用已知在一溫度下，碳酸鈣在純水中的溶度積以及碳酸根離子水解平衡常數(shù)求碳酸鈣溶解度，MOL/L。（忽略水的解離）,22迭代法求解非線性方程,,解由溶度積和平衡常數(shù)定義及物料平衡關(guān)系，得解方程組得,22迭代法求解非線性方程,,簡單迭代法進行迭代求解用變量X代表碳酸鈣在純水中的溶解度等價變換選取迭代式,22迭代法求解非線性方程,,,,EXCEL迭代控制參數(shù)設(shè)置,22迭代法求解非線性方程,,EXCEL輸入計算公式“SQRT78E7SQRTB229E9”,回車，輸出結(jié)果如下；,22迭代法求解非線性方程,,直接迭代法迭代公式通過代數(shù)恒等變形，將方程FX0化成與之等價的方程XΦX。令XK1ΦXK，此式即為直接迭代法的迭代公式。給定初值X0,由迭代公式產(chǎn)生點列{XK}K0,1,2,若則X即是方程FX0的根。,22迭代法求解非線性方程,,收斂判定對于方程FX0構(gòu)造的多種迭代格式XK1ΦXK，怎樣判斷構(gòu)造的迭代格式是否收斂收斂是否與迭代的初值有關(guān)根據(jù)數(shù)學(xué)知識，我們可以直接利用以下收斂條件（1）當(dāng)X∈A,B有A≦ΦX≦B（2）ΦX在A,B上可導(dǎo)，并且存在正數(shù)L1，使任意的X∈A,B，有|ΦX|≦L。若滿足上述收斂條件，則在A,B上有唯一的點X滿足XΦX，此時稱X為ΦX的不動點。,22迭代法求解非線性方程,,迭代格式構(gòu)造迭代格式XK1ΦXK對任意初值X0∈A,B，均收斂于ΦX的不動點X，并有下面誤差估計式構(gòu)造收斂迭代格式有兩個要素（1）等價形式XΦX應(yīng)滿足|Φ’X|1；（2）初值必須取自X的充分小鄰域，其大小決定于函數(shù)FX，及做出的等價形式XΦX。,22迭代法求解非線性方程,,迭代控制在一般的迭代計算中，都會給定精度控制量Ε，當(dāng)時，迭代終止。在EXCEL迭代計算中，所求解的方程一般迭代次數(shù)較少，很快就能達(dá)到要求精度。,22迭代法求解非線性方程,,實例應(yīng)用例求方程FXX33X10的三個實根（精度控制在小數(shù)點后6位）。解恒等變形，有如下三種形式由此構(gòu)成三個迭代公式,22迭代法求解非線性方程,,解已知原方程在∞,∞內(nèi)的三個實根分別分布在2,1,0,1和1,2三個區(qū)間內(nèi)。（1）采用迭代公式A和B，取同一初值X005,計算原方程在0,1內(nèi)的實根,22迭代法求解非線性方程,,在B3和D3中分別輸入迭代公式“（B231）/3”、”1/3D22”，填充完畢。拖拉填充柄的結(jié)果如下圖。,22迭代法求解非線性方程,,（2）采用迭代公式C，分別取初值X015和X015，計算原方程在1,2及2,1內(nèi)的實根。,22迭代法求解非線性方程,,（3）如果用迭代公式A，取初值X015,計算原方程在1,2內(nèi)的實根，結(jié)果會如何呢,不在（1,2）內(nèi),22迭代法求解非線性方程,,迭代公式與初值選用同學(xué)們可自行驗證以下結(jié)論對于迭代公式A和B，如果在區(qū)間2,1或1,2區(qū)間內(nèi)取初值，則這兩個迭代公式產(chǎn)生的點列不收斂于相應(yīng)區(qū)間。同樣迭代公式C在0,1內(nèi)取初值也是如此。由此可見，方程FX0構(gòu)成的直接迭代公式XK1ΦXK是否收斂于該方程的根，既于初值X0的選取有關(guān)，也與迭代函數(shù)ΦX有關(guān)。,22迭代法求解非線性方程,,直接迭代的幾何意義將方程FX0化為等價方程XΦX，F(xiàn)X0的根X即是直線YX與曲線YΦX交點的橫坐標(biāo)。右圖中，曲線YΦX位于直線YX的下方，任給定初值X0,迭代式XK1ΦXK收斂于X。,22迭代法求解非線性方程,,而右圖曲線YΦX位于直線YX的上方，任給定初值X0,迭代式XK1ΦXK不收斂。,22迭代法求解非線性方程,,松弛迭代法當(dāng)?shù)绞諗亢苈龝r，我們可以從XΦX出發(fā)構(gòu)造新的迭代形式，以加快收斂速度，這里先介紹松弛迭代法。迭代公式其中，為第K次迭代的預(yù)報值；稱為松弛因子。,22迭代法求解非線性方程,,實例應(yīng)用用松弛迭代法求解例3，以直接迭代公式A出發(fā)構(gòu)造松弛迭代公式三個區(qū)間2,1,0,1和1,2所取初值仍為15,05,15。,22迭代法求解非線性方程,,,埃特金（AITKEN）迭代法為了避免確定松弛因子的麻煩，AITKEN又對松弛迭代法做了改進，提出了兩次校正的加速迭代公式，即為下式。,22迭代法求解非線性方程,,實例應(yīng)用同樣用埃特金（AITKEN）迭代法來解例3，基礎(chǔ)迭代公式仍是公式（A），初值選取不變。,22迭代法求解非線性方程,,,牛頓（NEWTON）迭代法迭代公式不同于直接迭代法是將非線性方程FX0恒等變形得到迭代公式，牛頓法則是將非線性方程FX0在X0點展開，即并令用線性方程PX0近似代替非線性方程FX0，從中解得,22迭代法求解非線性方程,,令作為FX0的根的第一級近似值。一般地，記作為方程FX0的根的第K1級近似值，此式即為牛頓迭代公式。,22迭代法求解非線性方程,,實例應(yīng)用用牛頓（NEWTON）迭代法解例3，計算迭代公式初值選取不變。,22迭代法求解非線性方程,,牛頓迭代幾何意義方程FX0的解就是曲線YFX與X軸交點的橫坐標(biāo)X。設(shè)XK為初值，過點XK,FXK作YFX的切線，則切線方程為令與X軸的交點橫坐標(biāo)為,令，即是第K次迭代點。,22迭代法求解非線性方程,,牛頓迭代法的應(yīng)用求重根求FX0的M重根的牛頓公式，收斂速度快于單根公式。求復(fù)根牛頓迭代公式不僅可以求單實根，也可以用來求復(fù)根，但初值必須是復(fù)數(shù)。,22迭代法求解非線性方程,,牛頓下降法牛頓迭代法在單根附近具有較快的收斂速度（至少平方收斂）。因此在運用該方法時初始點X0應(yīng)取在單根X的附近。當(dāng)X0偏離X較遠(yuǎn)時，在某些情形下就不能保證收斂。此種情形下，通常采用牛頓下降法，其迭代公式為式中，Λ∈0,1為阻尼因子，應(yīng)滿足|FXK1||FXK|。,22迭代法求解非線性方程,,割線法迭代公式在牛頓迭代法中，需要先求得非線性方程的導(dǎo)數(shù)，但有時導(dǎo)數(shù)并不好求。針對此問題，可用一階差商代替牛頓迭代公式中的導(dǎo)數(shù)F’X，就得到割線法迭代公式割線法中需要給定兩個初值X0和X1。,22迭代法求解非線性方程,,實例應(yīng)用同樣用割線法解例3，區(qū)間2,1,0,1和1,2上的初值分別選為{15，151}，{05,049}和{15,149}。,22迭代法求解非線性方程,23求解線性方程組,化工實際問題的提出,化工實際問題的提出,23求解線性方程組,,線性方程組線性方程組是各個方程關(guān)于未知量均為一次的方程組。其一般形式如下其中AIJ、BI為已知常數(shù)，XJ為未知數(shù)。,23求解線性方程組,用線性代數(shù)中的概念來表達(dá)，則線性方程組可以寫成A是MN矩陣，X是含有N個元素列向量，B是含有M個元素列向量。,,23求解線性方程組,行列式解法根據(jù)CRAMER法則，線性聯(lián)立方程有唯一解的條件是其系數(shù)行列式為非零值此時方程的解為,,23求解線性方程組,,|DI|是方程組的系數(shù)行列式，但其中的第I列元素被常數(shù)列陣B所取代。例如|D1|是用常數(shù)B列陣取代系數(shù)矩陣的第一列元素所得的行列式,23求解線性方程組,,示例演示例利用EXCEL求下面三元一次方程組的解。,23求解線性方程組,,EXCEL操作步驟1）輸入系數(shù)矩陣A，列向量B。利用函數(shù)MDETERM計算系數(shù)行列式|A|9，方程組有唯一解。2）在計算行列式|D1|、|D2|和|D3|的值。3）由計算得方程組的解。,23求解線性方程組,,23求解線性方程組,矩陣解法線性方程組的矩陣形式經(jīng)變換可得因此，若系數(shù)矩陣A可逆，則解線性一次方程組就變成簡單的矩陣乘法。,,23求解線性方程組,,示例演示同樣用矩陣法求解例3EXCEL造作步驟1）輸入系數(shù)矩陣A，列向量B。2）利用函數(shù)MINVERSE求系數(shù)矩陣的逆矩陣。3）利用函數(shù)MMULT求得方程組的解。注意三鍵確認(rèn)。,23求解線性方程組,,23求解線性方程組,,行列式法與矩陣法行列式法和矩陣法所能求解的方程組的特點多元一次非齊次系數(shù)矩陣為方陣系數(shù)矩陣可逆或行列式不為0。,23求解線性方程組,,NEWTONRAPHSON迭代法NR迭代法原理NR迭代法屬于間接解非線性方程組的方法。原理類似于一元方程求解。然而因有不止一個自變量，導(dǎo)數(shù)變?yōu)槠珜?dǎo)，迭代公式成為迭代增量的線性方程組。設(shè)有非線性方程組,EXCEL解非線性方程組,EXCEL解非線性方程組,對方程組的每一個方程在其近似解處用TELLER級數(shù)展開，只取線性項得,,EXCEL解非線性方程組,其中是方程在處的一階偏導(dǎo)數(shù)。因此原非線性方程組就轉(zhuǎn)化為△XI的線性方程組,,EXCEL解非線性方程組,將初始值代入函數(shù)FI和偏導(dǎo)數(shù)，然后用解線性方程組的方法計算得到，從而得到自變量XI的第一次迭代值繼續(xù)迭代，可得,,EXCEL解非線性方程組,迭代上式，直至Δ為一小正數(shù)。即為滿足指定精度的原方程的解。,,EXCEL解非線性方程組,,示例演示例用迭代法求解下面非線性方程組的解計算精度1015,EXCEL解非線性方程組,,首先,每個方程對各自變量求偏導(dǎo),EXCEL解非線性方程組,,將求的偏導(dǎo)代入方程組A,于是有線性方程組B,,EXCEL解非線性方程組,EXCEL操作步驟1）輸入X1、X2、X3的初始值05。2）計算線性方程組（B）的系數(shù)矩陣和常數(shù)列矩陣。3）用矩陣法解線性方程組（B），輸入公式“MMULTMINVERSED2F4,G2G4”，三鍵確認(rèn)，得第一次迭代改變量ΔXI1。4）用矩陣加法得第一次迭代后的自變量XI1XI0ΔXI1。5）重復(fù)步驟2、3和4，直至兩次迭代改變量小于1015。,,EXCEL解非線性方程組,24求微分方程數(shù)值解,化工實際問題的提出,例子1方形蓄水箱加水和排水問題要得到水位高度和流量的關(guān)系（方形水槽）,24求微分方程數(shù)值解,化工實際問題的提出,例子2三角剖面水槽進水和排水問題去年考試題目要得到水位高度和流量的關(guān)系（三角剖面水槽）,24求微分方程數(shù)值解,1原理化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)方程一般用一階微分方程表示，其通式為A,B是自變量的定義域，F(xiàn)X,Y為已知函數(shù)。,,,,,,,,,,1原理若一函數(shù)YFX代入微分方程，使得式1成立，即則該函數(shù)就是微分方程的解。,,,,,,,,,,24求微分方程數(shù)值解,1原理解微分方程用到積分，得到的解析式是含一個任意常數(shù)C的通解。若有初始條件（初值）Y0＝FX0則通解的常數(shù)C可以確定，得到特解。,,,,,,,,,,24求微分方程數(shù)值解,1原理例如對于一級反應(yīng)A→B，其速率方程為AT是反應(yīng)物A在時間T時的濃度，其通解為,,,,,,,,,,,,24求微分方程數(shù)值解,1原理若已知T＝0時A的濃度為A0，則在初始條件下的特解為,,,,,,,,,,,24求微分方程數(shù)值解,1原理并非所有微分方程都有解析解。事實上除了一些簡單的基元反應(yīng)，大多數(shù)反應(yīng)動力學(xué)難以得到解析解或解析式很復(fù)雜，甚至不存在解析解。此時必須求助于數(shù)值解。另一方面反應(yīng)動力學(xué)關(guān)心的問題是在T時刻反應(yīng)體系內(nèi)各物質(zhì)的濃度AT,BT,，有足夠精度的近似解即可。,,,,,,,,,,,24求微分方程數(shù)值解,1原理數(shù)值解在化工“三傳一反”的模型化中都廣泛應(yīng)用。從小試管放大到工業(yè)反應(yīng)器反應(yīng)動力學(xué)模型傳遞模型。數(shù)值解有普適性，可用于復(fù)雜的微分方程體系及任何初始條件。,,,,,,,,,,,24求微分方程數(shù)值解,2EULER法常微分方程數(shù)值解采用離散方法，即找出一種有效的數(shù)值計算方法，計算自變量的離散點X0，X1，X2，，XN以及對應(yīng)的Y近似值Y0，Y1，Y2，，YN。最簡單的是EULER法，通常取等間距的X值X1X0X2X1XNXN1HH稱為步長。,,,,,,,,,,,24求微分方程數(shù)值解,2EULER法以初始條件X0,Y0代入微分方程式1，得到初始點P0X0,Y0的斜率以差商近似微商,,,,,,,,,,,24求微分方程數(shù)值解,2EULER法因此有即X向前移動H，在X1處得到Y(jié)1。同樣可以由X1,Y1代入式1得到Y(jié)2。依此類推，可得到所有X0，X1，X2，，XN對應(yīng)的Y近似值Y0，Y1，Y2，，YN。這些數(shù)值點連成一個折線函數(shù)，用以代替原來的曲線函數(shù)。,,,,,,,,,,,24求微分方程數(shù)值解,2EULER法,,,,,,,,,,,24求微分方程數(shù)值解,2EULER法EULER法簡單易懂，幾何意義明確，但誤差太大。由圖可知，由于誤差的累加，隨著X向前推進，折線越來越偏離原來的曲線。,,,,,,,,,,,24求微分方程數(shù)值解,3EULER法示例例對一級反應(yīng)動力學(xué)方程設(shè)定初始濃度A002000MOL/L，反應(yīng)速率常數(shù)K001S1。由上式可推得其求濃度近似值的遞推公式為,,,,,,,,,,,24求微分方程數(shù)值解,3EULER法示例具體解法如下1）A列輸入時間，間隔為20S，直到140S。2）B列用EULER法計算在時間T時的濃度AT。在B5單元格輸入初始濃度02000MOL/L。B6輸入遞推公式B5B5D1D2。3）選定B6單元格，向下拖拽到B12。由于B5單元格為相對引用，每下一格，濃度值更新一次，得到各個時刻由EULER法計算的濃度。,,,,,,,,,,,24求微分方程數(shù)值解,3EULER法示例4）C列是根據(jù)計算的解析濃度值。在C5單元格輸入公式B5EXPD1A5。然后自動填充得其余值。5）D列為EULER法計算值與解析值的相對誤差100解析值EULER值/解析值。,,,,,,,,,,,24求微分方程數(shù)值解,3EULER法示例6減小步長H，可改進精度。如步長分別為5和1時，在140S的誤差分別降為356％和070％。,,,,,,,,,,24求微分方程數(shù)值解,4RUNGEKUTTA法EULER法產(chǎn)生較大誤差的原因是FX,Y為曲線，用TELLER公式展開EULER公式只取了線性項斜率），忽略了高次項。,,,,,,,,,,,24求微分方程數(shù)值解,4RUNGEKUTTA法RK法則包括了TELLER展開式的高次項，其中最常用的是四階RK公式。在遞推公式里X取值為XI,XIH/2,XIH。則微分方程通式的四階RK公式為,,,,,,,,,,,24求微分方程數(shù)值解,4RUNGEKUTTA法微分方程通式的四階RK公式為,,,,,,,,,,,,,24求微分方程數(shù)值解,5RUNGEKUTTA法示例例子同EULER法一樣。由于微分方程僅涉及因變量Y，RK法四項表達(dá)式簡化為,,,,,,,,,,,,24求微分方程數(shù)值解,5RUNGEKUTTA法示例具體步驟1）在F5單元格輸入初始濃度02000MOL/L。2）根據(jù)T1T4的計算公式，在B6輸入D1D2F5在C6輸入D1D2F5B6/2在D6輸入D1D2F5C6/2在E6輸入D1D2F5D6,,,,,,,,,,,,24求微分方程數(shù)值解,5RUNGEKUTTA法示例具體步驟3）根據(jù)遞推公式，在F6輸入F5B62C62D6E6/64）選定區(qū)域B6F6，拖拽填充柄到第12行。5）通過與解析解的相對誤差可以發(fā)現(xiàn)，RK法相當(dāng)精確，完全可以滿足一般反應(yīng)動力學(xué)研究的需要。,,,,,,,,,,,,24求微分方程數(shù)值解,5RUNGEKUTTA法示例,,,,,,,,,,,,24求微分方程數(shù)值解,本章小結(jié),21擬合建模方法22迭代法求解非線性方程23求解線性方程組23求微分方程數(shù)值解,

簡介：化工工藝系統(tǒng)設(shè)計,主講徐謀源,1概述11化工工藝系統(tǒng)設(shè)計人員必須具備的基本條件要建設(shè)一個化工廠，必須具有一批化工工藝專業(yè)技術(shù)人員，同時也必須具有一批化工工藝系統(tǒng)專業(yè)設(shè)計人員，這些專業(yè)人員必須具備的基本化工專業(yè)知識與工藝專業(yè)基本相同且各有側(cè)重，包括以下幾點●掌握化工基本理論●掌握化工工藝系統(tǒng)設(shè)計方法和技能●熟悉較廣泛的相關(guān)專業(yè)知識●熟悉有關(guān)的國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范●實際的工程經(jīng)驗,12化工工藝專業(yè)和工藝系統(tǒng)專業(yè)的區(qū)別工藝系統(tǒng)專業(yè)主要是將工藝專業(yè)提供的PFD發(fā)展成為能指導(dǎo)施工、安裝、正常開車停車、事故停車、滿足生產(chǎn)要求的PID。,2工藝系統(tǒng)設(shè)計的內(nèi)容和深度21管道及儀表流程圖（PIDPID在工藝包階段就開始形成初版，隨著設(shè)計階段的深入，不斷補充完善深化，它分階段和版次分別發(fā)表。PID各個版次的發(fā)表，表明了工程設(shè)計進展情況，為工藝、自控、設(shè)備、電氣、電訊、配管、管機、管材、設(shè)備布置和給排水等專業(yè)及時提供相應(yīng)階段的設(shè)計信息。PID是基礎(chǔ)設(shè)計和詳細(xì)設(shè)計中主要成品之一，它反映的是工藝設(shè)計流程、設(shè)備設(shè)計、設(shè)備和管道布置設(shè)計、自控儀表設(shè)計的綜合成果。,22公用工程管道及儀表流程圖UIDUID包含了1在工藝流程中重要考慮的公用工程配套設(shè)施，如工藝用水、蒸汽、儀表空氣、壓縮空氣、氮氣等以及冷凍、真空系統(tǒng)等。2與其他專業(yè)密切配合的公用工程，如生產(chǎn)用電、給排水、空調(diào)采暖通風(fēng)等。23化工管道設(shè)計24設(shè)置和選擇必要的安全設(shè)施，如安全閥、爆破片、限流孔板、阻火器等。,25機泵的安裝設(shè)計26確定設(shè)備、管道的布置原則及要求27編制管道數(shù)據(jù)表28進行必要的系統(tǒng)安全分析,3化工管道設(shè)計31化工管道設(shè)計的原則化工裝置的工藝管道設(shè)計應(yīng)在滿足工藝要求和安全生產(chǎn)的前提下，求得最經(jīng)濟的管徑。要求工藝系統(tǒng)專業(yè)根據(jù)流體力學(xué)知識，從生產(chǎn)裝置的不同工藝要求進行管道工藝設(shè)計，并符合有關(guān)介質(zhì)安全設(shè)計規(guī)定。在管道工藝設(shè)計時，一般應(yīng)考慮以下原則。,311經(jīng)濟管徑管徑選擇方法對化工裝置的經(jīng)濟效果十分重要，一個化工裝置的管道投資往往占整個裝置投資的10?20，如果任意放大管徑，不僅增大了管壁厚度和管子重量，還增大了相應(yīng)的閥門和關(guān)鍵的尺寸，增加了保溫材料的用量以及管子支吊架的荷重。因此在計算管徑時應(yīng)盡量選用較高的流速，以減小管徑。但是，隨著流速的增大，管內(nèi)摩擦阻力也加大，增加壓縮機和泵的功率消耗和操作費用。因此，需在建設(shè)投資和操作費用之間尋找最佳結(jié)合點，即成本最低，來求得經(jīng)濟管徑。,在初選管徑時，由于條件所限，還無法從建設(shè)投資和操作費用兩者中尋找最佳結(jié)合點的角度來求得經(jīng)濟管徑，但可以采用查取常用流速范圍，（見P606?609,表8321）和管道壓力降控制表（見P610?611,表8322，表8323）的方法，這樣計算得到的管徑比較接近經(jīng)濟管徑。312壓力降要求一般情況下，管道是按閥門全開情況下計算壓力降的，否則流量將難以滿足工藝需要。一般對于允許壓力降較小的流體，流量小的流體、粘度較大的流體則應(yīng)選取較低的流速。反之，則應(yīng)選取較高的流速。,313工藝控制要求在一般情況下，調(diào)節(jié)閥壓降應(yīng)占整個控制系統(tǒng)總壓力降的30左右，這樣調(diào)解閥的開大關(guān)小對流量控制就比較明顯，易于調(diào)節(jié)。314限制管壁磨損金屬的耐腐蝕性能，在大多數(shù)情況下，主要依靠其接觸腐蝕介質(zhì)表面的一層保護膜，管內(nèi)流速過高會損壞保護膜，引起管道沖蝕和磨損的現(xiàn)象，最終將縮短管道的預(yù)期使用壽命。因此，在進行管道工藝計算時，應(yīng)該注意在下列條件下會使腐蝕速率加快，必須采取限制流速的措施。,（1）腐蝕介質(zhì)會引起管壁脆弱。（2）軟金屬管（如鉛或銅）（3）工藝介質(zhì)中存在有腐蝕性的固體顆粒（4）帶有大量管件的管道將導(dǎo)致高的湍流如遇到上述問題時，應(yīng)采取限制流速的方法，建議液體最大的流速為2M/S,部分腐蝕介質(zhì)的最大流速見下表,315滿足介質(zhì)安全輸送的規(guī)定特殊介質(zhì)的流速還應(yīng)符合相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，例如氧氣流速應(yīng)符合（GB500301991氧氣站設(shè)計規(guī)范氫氣流速應(yīng)符合（GB50771993氫氣站設(shè)計規(guī)范乙炔流速應(yīng)符合（GB500311991乙炔站設(shè)計規(guī)范部分流體最大流速可參見下表,在沒有數(shù)據(jù)情況下，可根據(jù)已有生產(chǎn)裝置的情況，經(jīng)核算，求出有關(guān)流速數(shù)據(jù)。,316滿足噪聲控制要求流體在閥門或管道內(nèi)的流速越高，噪聲也越高，降低流速可以減小噪聲。一般氣體管道內(nèi)流速的限制值見下表,32系統(tǒng)阻力降分析321伯努利方程322管內(nèi)流動的雷諾數(shù)323磨擦產(chǎn)生的壓力損失324摩擦系數(shù)和管道粗糙度的影響325閥門及管件的當(dāng)量長度33管道中可壓縮流體的阻力計算當(dāng)管道末端的壓力小于始端壓力的80時，應(yīng)按可壓縮流體的計算方法選擇管徑和計算壓力降。331初選管徑332最終確定管徑按式8321校核（P612,34管道中不可壓縮流體的阻力計算液體和進出口端的壓差小于進口端壓力的20的氣體都可按不可壓縮流體來進行計算。341確定流體的流動狀態(tài)和摩擦系數(shù)Λ的求取流動狀態(tài)可用流體的雷諾數(shù)RE表示,RE的計算公式REDIUΡ/Μ當(dāng)RE2000時，流體的流動處于湍流狀態(tài)，管道的阻力與RE和管壁粗糙度Ε有關(guān)。而湍流的摩擦系數(shù)Λ可分為三個區(qū)域，即水力光滑區(qū)、過渡區(qū)和阻力平方區(qū)。水力光滑區(qū)當(dāng)管道相對粗糙度Ε/D15/RE時，摩擦系數(shù)Λ可按光滑管計當(dāng)3103RE105時Λ03164/RE025阻力平方區(qū)當(dāng)管道相對粗糙度Ε/D≥560/RE時，摩擦系數(shù)Λ與RE無關(guān)，而只取決于相對粗糙度，此時Λ1/（1742LOGDI/2Ε2過渡區(qū)當(dāng)15/RE≤Ε/D≤560/RE時，摩擦系數(shù)Λ與RE數(shù)和管道相對粗糙度Ε/D有關(guān)。Λ1/（1742LOG2Ε/DI187/RE√Λ2,342管道壓力降流體在管道中流動的壓力降ΔPP可分為直管壓力降ΔPF和局部壓力降ΔPT即ΔPPΔPFΔPT考慮到估算的直管長度和管件數(shù)量的不準(zhǔn)確性，計算出ΔPP應(yīng)乘以115安全系數(shù)作為設(shè)計值。（1）直管壓力降單相流（不可壓縮流體）在湍流區(qū)的直管壓力降的計算ΔPF626104ΛLV2FΡ/D5I單相流（可壓縮流體）的等溫流動ΔPF626103GΛLW2G/D5IΡM,2局部阻力（P615P6171當(dāng)量長度法2局部阻力系數(shù)法35管道、閥門的噪聲控制根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)企業(yè)噪聲控制設(shè)計規(guī)范（GBJ8785的規(guī)定，工人作業(yè)場所的噪聲控制可見表834（P620351管道的噪聲控制352閥門的噪聲控制,36設(shè)備接管要求設(shè)計、核算設(shè)備的接管時，要格外注意流體通過設(shè)備管口處的流速、壓降是否在合理數(shù)值范圍內(nèi)，尤其在低壓系統(tǒng)。管接頭、管道處的最大推薦流速值見表835（P62237機泵壓差要求在確定機泵的壓差要求是（1）要考慮到管道阻力計算的誤差，運行過程管道的結(jié)垢使管道阻力增大。一般考慮泵揚程的安全系數(shù)為11115。,（2）泵選型后，應(yīng)考慮到制造提供泵的性能曲線或性能一般是在常溫常壓下用清水測得的，若我們輸送的液體的物理性質(zhì)與水有較大差異時，則應(yīng)將泵的性能指標(biāo)流量、揚程換算成被輸送液體性質(zhì)的流量、揚程，與所要求的工藝條件比較確定所選泵的性能是否符合工藝要求。371揚程的計算機泵所需要的揚程，是由管網(wǎng)系統(tǒng)的安裝和操作條件決定的。其計算公式HPDPS/ΡGHDHS∑HFS∑HFD式中各符號的含意詳見P623,372泵的軸功率的校核離心泵的軸功率計算公式為NQHΡ/102Η參見式8362P6234安全設(shè)施的設(shè)置41安全設(shè)施設(shè)置的原則（總平面布置、消防設(shè)計、火災(zāi)報警均牽涉安全問題），嚴(yán)格按國家和行業(yè)有關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，特別是一些強制性規(guī)范。,主要規(guī)范有石油化工企業(yè)設(shè)計防火規(guī)范GB5016092，1999修訂版爆炸和火災(zāi)危險環(huán)境電力裝置設(shè)計規(guī)范GB5005892（危險區(qū)的劃分）建筑物防雷擊設(shè)計規(guī)范GB5005792，2000年版建筑設(shè)計防火規(guī)范GBJ1687，2001年版工業(yè)企業(yè)設(shè)計衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)GBZ12002以及其它行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。如果用戶有要求，只要不違背上述主要標(biāo)準(zhǔn)，也應(yīng)該按用戶要求。,對于化工裝置、儲運中危險物料的安全控制是防火、防爆最有效的措施，因此必須嚴(yán)格遵照上述規(guī)范規(guī)定執(zhí)行。在PID階段中，化工工程師必須和儀表工程師共同合作，設(shè)計必要的安全保護措施。安全泄壓系統(tǒng)就是其中之一。42化工裝置安全泄壓系統(tǒng)為保護人身安全和設(shè)備的完好，必須正確選擇、設(shè)計泄壓裝置，同時要符合規(guī)范與法規(guī)的要求。,一般造成安全隱患的因素有設(shè)備和機泵等出口堵塞火災(zāi)管道破裂控制閥故障熱膨脹公用工程故障,43閥門設(shè)置的原則閥門設(shè)置是在設(shè)計PID時的一項重要工作，在設(shè)置閥門時必須考慮以下諸因素輸送流體的性質(zhì)閥門的功能閥門的尺寸閥門的阻力損失閥門的工作溫度和壓力閥門的材質(zhì),44安全閥的設(shè)置在石油化工生產(chǎn)過程中，為了防止由于某些生產(chǎn)事故造成生產(chǎn)裝置系統(tǒng)壓力超過設(shè)備和管道的設(shè)計壓力，而發(fā)生爆炸事故，應(yīng)在設(shè)備或管路上設(shè)置安全閥。安全閥適用于清潔、無顆粒、低粘度流體。凡必須安裝安全泄壓裝置而又不適合安裝安全閥的場所，應(yīng)安裝爆破片或安全閥與爆破片串聯(lián)使用。凡屬下列情況之一的容器必須安裝安全閥（1）獨立的壓力系統(tǒng)（有切斷閥與其他系統(tǒng)分開）。該系統(tǒng)指全氣相、全液相或與氣相連通；（2）反應(yīng)器異常而引起的超壓,（3）容器的物料來源處沒有安全閥的場合（4）設(shè)計壓力小于壓力來源處的壓力的容器管道（5）容積式泵和壓縮機的出口管道（6）由于不凝氣的累積產(chǎn)生超壓的容器（7）加熱爐出口管道上如設(shè)有切斷閥或控制閥時，應(yīng)在該閥的上游設(shè)置安全閥（8）由于工藝事故、自控事故、電力事故、火災(zāi)事故和公用工程事故引起的超壓部位（9）液體因兩端閥門關(guān)閉而產(chǎn)生熱膨脹的部位（10）凝氣透平機的蒸汽出口管道（11）某些情況下，由于泵出口止回閥的泄漏，則在泵的入口管道上設(shè)置安全閥安全閥數(shù)據(jù)表可依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制作填寫或參照“化工裝置工藝系統(tǒng)工程設(shè)計規(guī)定二）”表1101（P40,45爆破片的設(shè)置下列7種情況優(yōu)先選用爆破片（P630）●壓力有可能迅速上升的?！裥狗沤橘|(zhì)含有顆粒、易沉淀、易結(jié)晶、易聚合和介質(zhì)粘度較大?！襻尫沤橘|(zhì)有強腐蝕性，使用安全閥時其價格很高?！窆に嚱橘|(zhì)十分貴重或有劇毒，在工作過程中不允許有任何泄漏，應(yīng)與安全閥串連使用?！窆ぷ鲏毫芨呋蚝艿蜁r，選用安全閥則其制造比較困難。●當(dāng)使用溫度較低而影響安全閥的工作特性。●需要較大的泄放面積。爆破片數(shù)據(jù)表可依據(jù)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)制作填寫，或參照“化工裝置工藝系統(tǒng)工程設(shè)計規(guī)定（二）”表（P81,46限流孔板的設(shè)置限流孔板設(shè)置在管道中適用于限制流體的流量或降低流體的壓力。限流孔板常應(yīng)用于下列幾種場合（1）工藝物料需要降壓且精度要求不高（2）在管道中閥門上、下游需要有較大壓降時，為減少流體對閥門的沖蝕，當(dāng)經(jīng)過孔板節(jié)流不會產(chǎn)生汽化時，可在閥門上游串聯(lián)孔板（3）流體需要小流量且連續(xù)流通的地方，如泵的沖洗管道、熱備用泵的旁路管道（低流量保護管道）、分析取樣管等場所。（4）需要降壓以減少噪聲或磨損的地方，如放空系統(tǒng)。,47阻火器的設(shè)置阻火器是一種能夠通過氣體的，具有許多細(xì)小通道或縫隙的材料組成，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時，火焰進入安裝在化工裝置上的阻火器后，被阻火元件分成許多細(xì)小的火焰流，由于氣體被冷卻的傳熱效應(yīng)和器壁效應(yīng)所致，使火焰淬滅。阻火器按使用場所分有放空阻火器和管道阻火器，其應(yīng)用場合見P632633,5機泵的安裝設(shè)計51泵的凈正吸入壓頭（NPSH（泵的氣蝕余量），引入泵的氣蝕余量的概念，是防止泵產(chǎn)生氣蝕，使泵能安全正常運行。511NPSHR、NPSHA定義及其關(guān)系NPSHR是泵需要的氣蝕余量，是與泵的類型和結(jié)構(gòu)設(shè)計有關(guān)，并隨泵的轉(zhuǎn)速和流量而變。NPSHR越小，泵抗氣蝕能力越強，NPSHR一般由制造廠測定提供。NPSHR的測定條件是按輸送20℃時的清水。NPSHA是泵吸入系統(tǒng)給予泵的吸入壓頭，稱為泵系統(tǒng)有效的氣蝕余量，它只與裝置系統(tǒng)有關(guān)，而與泵本身特性無關(guān)。,在系統(tǒng)設(shè)計中，NPSHA必須大于NPSHR，一般情況下至少要大于03M。512NPSHR的計算當(dāng)泵制造廠沒有提供該泵的NPSHR時，可自行計算。見P634635513NPSHR的校正當(dāng)泵輸送的流體不同于20℃的清水時，NPSHR應(yīng)進行校正。見P635514NPSHA的計算及有關(guān)參數(shù)的選擇（1）離心泵NPSHA的計算,工程設(shè)計中的簡略公式NPSHA100ΡLΡV/Ρ±H1ΔPF,INLET詳見P636（2）往復(fù)泵NPSHA的計算P637（3）NPSHA計算注意事項P638639515NPSHA的安全裕量往復(fù)泵不計安全裕量，對一般離心泵的安全裕量取0310M。,52設(shè)備的安裝高度521基本要求（1）管道配置合理，方便生產(chǎn)操作。（2）系統(tǒng)水力學(xué)要求522泵的安裝高度泵的安裝高度要保證泵在指定條件下工作而不產(chǎn)生氣蝕，若已知泵的NPSHR，可根據(jù)式8521或8522（P640）計算泵的幾何安裝高度，確定實際安裝高度，再核算有效的NPSHA。若已知泵的安裝高度，可運用公式8515（P636或8517（P637，校核計算NPSHA，其值是否超過NPSHR一定的余量。,523借重力流動的管道系統(tǒng)P641524沒有泵的壓力管道系統(tǒng)P641525熱虹吸管道系統(tǒng)P641526負(fù)壓管道系統(tǒng)P642,6設(shè)備、管道的布置和設(shè)計61設(shè)備的布置原則（1）盡可能采用露天化、集中化（2）要滿足工藝要求，方便操作、安裝及維修的要求。要考慮設(shè)備檢修時設(shè)備更換內(nèi)件，填料和觸媒的裝卸場地。（3）設(shè)備間距要考慮防火、安全等要求（4）要考慮利用液體自流的位差布置上下設(shè)備，以節(jié)省能耗（5）根據(jù)機泵和塔器的要求，相對集中布置，以利于操作檢修及管理,（6）笨重或運轉(zhuǎn)時可能產(chǎn)生很大震動的設(shè)備，如壓縮機、巨大的通風(fēng)機、破碎機、離心機等盡量布置在底層。（7）要考慮522526節(jié)對設(shè)備布置的要求（8）設(shè)備布置中要注意到大口徑熱力管道布置時消除熱應(yīng)力的因素62管道的布置和設(shè)計621管道的布置要求共22條見P644646622管道的隔熱（P647）一般將保溫、保冷、防燙統(tǒng)稱為隔熱。,6221管道及其組成件的保溫設(shè)計原則（P6476222管道及其組成件的保冷設(shè)計原則P647623管道的涂漆和色標(biāo)要求（P647648624疏水器6241疏水器設(shè)置原則共7條（見P648）6242選型要點共9條（見P648～649）6243選型注意事項共10條（見P649～650）6244排水量的確定（三步）計算凝結(jié)水量確定安全系數(shù)（通常取23）排水量凝結(jié)水量安全系數(shù),6245使用壓力的確定疏水器大小選擇確定最大使用壓力PMAX確定入口壓力P1確定出口壓力P2計算疏水器工作壓差△PP1P2計算背壓度背壓度P2/P1100背壓對排水量的影響疏水器排水量是按出口為大氣的工況而測得的，有背壓時需校正（按制造廠商文件）。公稱直徑選取，以排水量和壓差為依據(jù)，對照疏水器排水量曲線選擇之。核對排水量GMAX1F≥GR（見P653）GMAX疏水器最大排水量F背壓使疏水器排水量下降率GR需要排水量,6246疏水系統(tǒng)設(shè)計要求根據(jù)上述方法選擇了疏水器后，還必須考慮系統(tǒng)設(shè)計要求。系統(tǒng)設(shè)計要求有●疏水器不允許串聯(lián)使用?！穸嗯_用汽設(shè)備不能共用一個疏水器?！駥κ杷魅肟诠艿囊驛入口管在用汽設(shè)備最低點。B蒸汽管道疏水，應(yīng)在管道底部設(shè)一集液包比主管徑小2級，最大DN250。C凝結(jié)水→疏水器入口盡量短。,D對于靜力型疏水器要留有1M長管段，不設(shè)絕熱層。E疏水器帶過濾器。F凝結(jié)水回收系統(tǒng)，疏水器前設(shè)置切斷閥和排污閥，排污閥在最低點，不設(shè)旁路。G用汽設(shè)備→疏水閥，坡度4，少用彎頭。H若疏水器安裝位置比凝結(jié)水出口位置高,則需設(shè)置返水接頭，見圖86112（P654）。,●疏水器出口管的要求A出口管少彎曲，少向上立管，管徑按氣液混合流計算，放大12級取值。B出口管允許抬升高度，取決于疏水器最低入口壓力、背壓、出口管道的壓降、回收設(shè)備、界區(qū)要求壓力。C出口管向上抬升時，應(yīng)該設(shè)止回閥，若選用有止回功能的疏水器就可以不設(shè)止回閥。D疏水器后安裝凝結(jié)水回收系統(tǒng)，則疏水器后要設(shè)切斷閥，檢查閥或視鏡。,E若出口管伸入水槽液面下，則需設(shè)置破真空小孔。見圖86114（P655）。F為防止水錘現(xiàn)象，集合管應(yīng)坡向回收設(shè)備。見圖86115（P656）。G為保證凝結(jié)水暢通，支管與集合管宜順流由管上方接45O斜交。見圖86116（P656）。H若疏水器設(shè)有旁通閥，高低壓凝結(jié)水集合管不能合并。若疏水器沒有旁通閥，高低壓凝結(jié)水集合管可以合并。見圖86117（P656）以上幾點看來是對配管專業(yè)的要求，但對系統(tǒng)設(shè)計也是十分重要的。,63管道數(shù)據(jù)表此表格格式各公司大致一樣，稍有差別。但起的作用完全一樣。它是PID上所表示的全部管線信息，便于管線的查找和識別，便于管道設(shè)計、安裝以及試車。它是工藝系統(tǒng)設(shè)計中重要的文件。要編制好管道數(shù)據(jù)表必須掌握了解相關(guān)的管道方面的知識。,631管道分類●根據(jù)ASME、ANSI標(biāo)準(zhǔn)，化工廠和煉油廠輸送流體的分類分為4類1D類流體2M類流體3高壓流體4一般流體分類規(guī)定見P657。●我國壓力管道分類、分級規(guī)定見表86121P658。,633管道壓力等級按管道壓力和管徑分級6331公稱壓力6332公稱直徑6333管道設(shè)計壓力和溫度管道設(shè)計壓力是在相應(yīng)設(shè)計溫度下，用以確定管道壁厚及其它管件尺寸的壓力值，它不應(yīng)小于操作運行中遇到的壓力（內(nèi)壓或外壓）與溫度相組合中最苛刻條件下的壓力值。管道設(shè)計溫度應(yīng)根據(jù)化工工藝專業(yè)提供的正常操作過程中各種工況的工作溫度，按“最苛刻條件下的壓力溫度組合”來選取管道設(shè)計溫度。,（1）管道設(shè)計壓力的確定原則1）管道設(shè)計壓力不得低于最大工作壓力2）裝有安全泄放裝置的管道，其設(shè)計壓力不得低于安全泄放裝置的開啟壓力3）所有與設(shè)備相連接的管道，其設(shè)計壓力應(yīng)不小于所連接設(shè)備的設(shè)計壓力。4）輸送制冷劑、液化氣類等低沸點介質(zhì)的管道，按閥被關(guān)閉或介質(zhì)不流動時介質(zhì)可能達(dá)到的最大飽和蒸汽壓力作為設(shè)計壓力。5）管道或管道組成件與超壓泄放裝置間通路可能被堵塞或隔斷時，設(shè)計壓力按不低于可能產(chǎn)生的最大工作壓力來確定。,6）工程設(shè)計規(guī)定需要計算管壁厚度的管道，其“管壁厚度數(shù)據(jù)表”中所列的計算壓力即為該管道的設(shè)計壓力，與計算相對應(yīng)的工作溫度即為該管道的設(shè)計溫度。（2）管道設(shè)計壓力選取1）設(shè)有安全閥的壓力管道管道設(shè)計壓力≥安全閥開啟壓力2）與未設(shè)安全閥的設(shè)備相連的壓力管道管道設(shè)計壓力≥設(shè)備設(shè)計壓力3）離心泵出口管道管道設(shè)計壓力≥泵的關(guān)閉壓力,4）往復(fù)泵出口管道管道設(shè)計壓力≥泵出口安全閥開啟壓力5）壓縮機排出管道管道設(shè)計壓力≥安全閥開啟壓力壓縮機出口至安全閥沿程最大正常流量下的壓力降6）真空管道管道設(shè)計壓力全真空7）凡不屬上述范圍管道管道設(shè)計壓力≥工作壓力變動中的最大值（3）管道設(shè)計溫度確定的參考原則1）以傳熱計算或?qū)崪y得出的正常工作過程介質(zhì)的最高工作溫度下的管壁溫度，作為設(shè)計溫度。,2）不便于傳熱計算或?qū)崪y管壁溫度的情況下，以正常工作過程中介質(zhì)的最高（或最低）工作溫度作為管道設(shè)計溫度。金屬管道A不保溫管道介質(zhì)溫度38℃管道管道設(shè)計溫度介質(zhì)最高溫度介質(zhì)溫度≥38℃管道管道設(shè)計溫度95介質(zhì)最高溫度B外部保溫管道管道設(shè)計溫度介質(zhì)最高溫度C內(nèi)部保溫管道（用絕熱材料襯里）管道設(shè)計溫度傳熱計算管壁溫度或?qū)嶒炇覝y的壁溫,D介質(zhì)溫度≤0℃時管道設(shè)計溫度介質(zhì)最低溫度非金屬管道及非金屬襯里的金屬管道A無環(huán)境溫度影響的管道管道設(shè)計溫度介質(zhì)最高溫度B安裝在環(huán)境溫度高于介質(zhì)最高溫度的環(huán)境中的管道（除已采取保護措施者以外）管道設(shè)計溫度環(huán)境溫度3）以化工工藝專業(yè)提出的正常工作過程中介質(zhì)的正常工作溫度加（或減）一定裕量作為設(shè)計溫度，按下式確定,介質(zhì)正常工作溫度0300℃，設(shè)計溫度≥介質(zhì)正常工作溫度30℃介質(zhì)正常工作溫度大于300℃，設(shè)計溫度≥介質(zhì)正常工作溫度15℃4）當(dāng)流體介質(zhì)溫度接近所選材料允許使用溫度界限時，應(yīng)結(jié)合具體情況慎重選取設(shè)計溫度，以免增加投資或降低安全性。634鋼管壁厚,為了使選材合理，減少管壁厚度的分級數(shù)量，便于采購、管理和施工，管壁厚度可采用管表號（SCHEDULENUMBER,簡稱SCH分級。在化工行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化工配管用無縫及焊接鋼管尺寸選用系列HG2053393和石化標(biāo)準(zhǔn)石油化工企業(yè)鋼管尺寸系列SH340596也有采用SCH號表示的鋼管壁厚系列，可供設(shè)計人員選用。管表號僅起到管壁厚度分級排列的作用，沒有其它含義，它是管道設(shè)計壓力P與設(shè)計溫度下材料許用應(yīng)力ΣT的比值乘以1000后園整的數(shù)值。SCHP/ΣT1000計算出來的SCH經(jīng)園整即可查到上述兩系列中的鋼管壁厚。,635管道材料等級的表示符號管道材料等級是由管材專業(yè)根據(jù)具體項目工程特點和要求編制，并提交給工藝系統(tǒng)專業(yè)進行標(biāo)注，它的表示符號沒有統(tǒng)一規(guī)定。635管道數(shù)據(jù)表的內(nèi)容●管道說明管道編號、規(guī)格、流體介質(zhì)、管道材料等級、來自/至?！癫僮鳒囟取毫Α裨O(shè)計溫度、壓力●試驗介質(zhì)和壓力●絕熱（伴熱）類型、厚度●涂漆●PID圖號,7系統(tǒng)安全分析系統(tǒng)安全設(shè)計是工藝系統(tǒng)專業(yè)重要的任務(wù)之一，工藝系統(tǒng)專業(yè)的責(zé)任就是要對系統(tǒng)的安全性和可操作性負(fù)責(zé)，可操作性經(jīng)常與安全性聯(lián)系在一起，工藝系統(tǒng)設(shè)計人員必須時時刻刻將系統(tǒng)的安全放在重要位置。系統(tǒng)安全分析方法，主要有以下四個方面（1）危險的識別（2）危險的定量（3）定量化的危險與基準(zhǔn)值比較（4）提出控制危險的措施,71系統(tǒng)安全分析和評價（通用安全分析方法）系統(tǒng)安全分析和評價步驟一般分為五個步驟1辨識/發(fā)現(xiàn)新的危險性。2進一步找出危險性導(dǎo)致事故的概率及事故后果的嚴(yán)重程度。前兩步為定性分析，若需要定量分析可繼續(xù)。3確定可接受的概率指標(biāo)。一般取已有的數(shù)據(jù)為依據(jù)。4將計算的危險率與可接受的指標(biāo)比較，確定系統(tǒng)的危險性水平。5對危險性高的系統(tǒng)找出主要危險性并進一步分析，尋求降低危險性的途徑，將其控制在可接受的指標(biāo)之內(nèi)。,72系統(tǒng)安全分析法721經(jīng)驗系統(tǒng)化法通過以往發(fā)生的各種事故，總結(jié)出系統(tǒng)化經(jīng)驗，用此經(jīng)驗對評價的對象進行檢查，即進行危險性的識別，并解決之。1列表法這是30年代國外就采用的系統(tǒng)安全分析的初步手段。其具體做法是把工程、工藝、設(shè)備、操作中可能存在的不安全因素以提問的方式列出，使用時將實際情況與檢查條款逐項對照，初步明確問題。它具有備忘錄的性質(zhì)，是事先擬定的安全檢查內(nèi)容的清單?？蓞⒁娎?721（P6622預(yù)計危險分析法PRELIMINARYHAZARDSANALYSIS,3蒙德MOND法（又稱DOW/ICI，MOND法），此法不僅考慮了火災(zāi)、爆炸危險外，還增加了毒性指數(shù)。73系統(tǒng)解剖分析法對于新開發(fā)的工藝沒有足夠的經(jīng)驗可吸取，則采用系統(tǒng)解剖分析法。731故障類型和影響分析FAILUREMODESANDEFFECTSANALYSIS732危險性可操作性研究HAZOP。HAZARDSOPERABILITYSTUDY法主要是在設(shè)計定型審查階段，用它發(fā)現(xiàn)潛在的危險性和操作難點，其理論依據(jù)就是工藝流程的狀態(tài)參數(shù)如溫度、壓力、流量等，一旦與設(shè)計規(guī)定的條件發(fā)生偏差，就會發(fā)生問題或出現(xiàn)危險。,危險性可操作研究的基本過程是以關(guān)鍵詞為引導(dǎo)，找出過程中工藝狀態(tài)的變化（即偏差），然后再繼續(xù)分析造成偏差的原因，后果及可以采取的對策。危險性可操作研究既適用于設(shè)計階段，又適用于現(xiàn)有的生產(chǎn)裝置。在連續(xù)生產(chǎn)過程中，管道內(nèi)物料工藝參數(shù)的變化反映了各單元設(shè)備的狀況，因此在連續(xù)過程中分析的對象確定為管道。在間歇生產(chǎn)過程中，分析對象將不再是管道，而應(yīng)該是主體設(shè)備。,其主要分析步驟為（P665）1充分了解分析對象，準(zhǔn)備有關(guān)資料。2將分析對象劃分為若干單元，在連續(xù)過程中單元以管道為主，在間歇過程中單元以設(shè)備為主。3按關(guān)鍵詞逐一分析每一個單元內(nèi)工藝條件等可能產(chǎn)生的偏差。733如果怎么辦WHATIF是杜邦公司類同于HAZOP法的系統(tǒng)解剖分析法。,74邏輯推導(dǎo)法741事故樹分析法。742故障樹分析法。它是采用邏輯的方法，形象地進行危險的分析工作，特點是直觀、明了，思路清晰，邏輯性強，可以做定性分析，也可以做定量分析。體現(xiàn)了以系統(tǒng)工程方法研究安全問題的系統(tǒng)性、準(zhǔn)確性和預(yù)測性，它是安全系統(tǒng)工程的主要分析方法之一。故障樹分析步驟（1）確定所分析的系統(tǒng)（2）熟悉系統(tǒng)的整個情況（3）調(diào)查系統(tǒng)發(fā)生的事故（4）確定故障樹的頂上事件，所要分析的事件,（5）調(diào)查與頂上事件有關(guān)的所有原因事件見例8723（P666667743原因結(jié)果分析法。CAUSECONSEQUENCEANALYSIS75人

簡介：第一節(jié)化學(xué)與能源開發(fā),,我的動力來源是電能,我的動力來源是氫能,我的動力來源是汽油,,,生活中常見能源有哪些,一常規(guī)能源化石燃料煤、石油、天然氣是當(dāng)今世界上最重要的化石燃料又叫礦物燃料，是主要的能源。,（1）煤黑色的金子,（2）石油工業(yè)的血液,（3）天然氣－家庭用氣體燃料,煤,石油,天然氣,其它能源,75,17,2,6,煤、石油是當(dāng)今社會中使用最普遍的燃料，可是在使用中存在很多弊端,煤和石油都屬于不可再生的能源,使用的過程中會產(chǎn)生很多有害有毒物質(zhì)。,,,,,2010,,,,,,,50,100,150,200,250,300,地球上化石燃料可使用的年限,煤,石油,天然氣,1燃料的充分利用。,足量的空氣、增加反應(yīng)面積、熱能的充分利用等。,如何解決人類面臨的能源危機呢,２．改進生產(chǎn)工藝，減少燃燒能源的危害。,３．開發(fā)新能源。,安裝汽車排氣系統(tǒng)凈化裝置、改進煤的脫硫工藝。,,太陽能,氫能,生物能,地?zé)崮?潮汐能,可燃冰,核能,風(fēng)能,開發(fā)新能源,,1、你對氫能源了解多少A哪些方法可以制備氫氣B氫能源有哪些優(yōu)點C氫能源為什么沒有被廣泛使用D,1）電解水；2）活潑金屬與酸反應(yīng),二、清潔高效的氫能,,它有以下優(yōu)點（1）原料不受限制（來源廣），（2）燃燒放出熱量多（熱值高），（3）生成物不污染環(huán)境無污染。,氫能是一種極其理想的能源，具有廣闊的開發(fā)前景。,,1易燃、易爆，2難以液化，3儲存和運輸不安全不方便，4制備氫氣消耗電能大，成本高。,氫燃料汽車,氫能源為什么沒有被廣泛使用,,氫氣能的利用主要包括兩個方面一是制氫工藝，二是貯氫方法。氫氣能否作為燃料廣泛使用，關(guān)鍵在于制氫工藝。作為大規(guī)模生產(chǎn)氫的主要途徑，電解水無疑是最可行的。然而水分子中的氫、氧原子結(jié)合的十分緊密。電解時要消耗大量的電力，比燃燒氫氣本身產(chǎn)生的能量還要多。如果這些電力來自火力發(fā)電站，就失去使用氫燃料的意義，在經(jīng)濟上不足取。最好的制氫方法當(dāng)屬“理想的氫能源循環(huán)體系”。,,理想的氫能源循環(huán)體系,討論你對此圖示的理解,2H2O＝O2↑2H2↑,,2H20,太陽能,,光催化劑,,2H2↑O2↑,,燃料電池,,能量,光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,,干電池,蓄電池,手機、相機用的鋰電池,三、應(yīng)用廣泛的化學(xué)電池,電池以體積小、電容量大、移動方便等特點，在現(xiàn)代社會的生產(chǎn)和生活中得到廣泛應(yīng)用。,電池中的電能是怎樣產(chǎn)生的呢,,化學(xué)反應(yīng)能否產(chǎn)生電能,（1）觀察干電池的結(jié)構(gòu),實驗探究,,,,（2）把一塊鋅片和碳棒平行插入盛有稀硫酸的燒杯中。觀察現(xiàn)象并做解釋。,現(xiàn)象鋅片表面有氣泡生成，碳棒無變化。,,實驗步驟用導(dǎo)線將碳棒與電流表正極相連，鋅片與電流表負(fù)極相連，然后碳棒、鋅片一起插入盛有稀硫酸的燒杯中。,3化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的實驗,實驗儀器燒杯、碳棒、鋅片、導(dǎo)線若干、電流表、稀硫酸溶液。,化學(xué)電池是一種將化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能的裝置。常見的電池大多是化學(xué)電源。,電流表的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，鋅片表面變色，碳棒表面有氣泡產(chǎn)生。,,ZNH2SO4H2↑ZNSO4,燒杯中發(fā)生了化學(xué)變化，在這種條件下化學(xué)變化可以產(chǎn)生電流，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。,化學(xué)能直接轉(zhuǎn)化為電能,,自制電池,水果、銅片、鋅片、導(dǎo)線若干、靈敏電流計。,所需儀器,,物質(zhì)的化學(xué)能通?？梢赞D(zhuǎn)化為哪些形式的能量試舉例說明。,化學(xué)能通過化學(xué)反應(yīng)可以轉(zhuǎn)化成熱能、光能、電能等，利用化學(xué)反應(yīng)中的能量轉(zhuǎn)化,人們可以開發(fā)新的能源。,交流共享,,廢舊電池丟棄對環(huán)境的影響廢舊電池的危害主要集中在重金屬上，如汞、鉛、鎘。這些物質(zhì)泄露出來進入水或土壤，就會通過各種途徑進入了人體的食物鏈，最終帶來危害。因此務(wù)必要正確使用電池，并妥善回收。,廢舊電池危害大,一常規(guī)能源（1）煤、石油、天然氣（2）化石燃料的缺點（3）解決能源危機的方法二清潔高效的氫能（1）優(yōu)點（2）沒有被廣泛使用原因（3）理想的氫能源循環(huán)體系三化學(xué)電池定義,課堂小結(jié),1對氫氣等可燃性物質(zhì)的有關(guān)問題的探究（1）氫氣是一種理想的新能源，目前只在火箭發(fā)射等少數(shù)情況下使用其主要原因是A．氫氣燃燒的產(chǎn)物對環(huán)境有影響B(tài)．制備氫氣耗能大，成本高C．水資源受到嚴(yán)重污染，原料匱乏D．燃燒時熱值低于其它氣體,B,,（2）綠色能源是人類理想的能源，不會造成環(huán)境污染，下列不屬于綠色能源的是A．風(fēng)能B．太陽能C．氫能源D煤（3）人們在利用物質(zhì)某些性質(zhì)時，可能有利也可能帶來危害。請你仿照示例，選擇一種燃料，填寫下表。,D,,2化石燃料等不可再生能源將日趨枯竭，我們在使用能源時應(yīng)樹立“一要節(jié)約能源，二要進一步開發(fā)、利用新能源”的觀點。（1）下列各圖中表示我國節(jié)能標(biāo)志的是（）,A,B,D,C,C,,（2）據(jù)報導(dǎo)，在我國南海、東海海底發(fā)現(xiàn)巨大的“可燃冰”帶，“可燃冰”（CH4NH2O）是由天然氣和水在高壓低溫條件下形成的冰態(tài)物。若將天然氣從其冰態(tài)物中分離出來，有兩種方法①在一定溫度下，使氣體從冰態(tài)物中分離出來；②在一定壓強下，使氣體從冰態(tài)物中分離出來。（3）有待繼續(xù)開發(fā)、利用的能源有至少寫兩種（4）請舉出一個生產(chǎn)、生活中電能轉(zhuǎn)化成化學(xué)能的例子（5）用化學(xué)方程式表示出一個化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能的例子,降壓,升溫,,答案（1）選C（2）減壓，升溫（3）氫能源、太陽能等（4）給蓄電池充電（5）可燃物燃燒的反應(yīng)方程式如CO2CO2,點燃,

簡介：高級氧化工藝優(yōu)缺點的比較高級氧化工藝優(yōu)缺點的比較常用的高級氧化FENTON氧化法，光催化氧化法，電催化氧化法，鐵碳微電解氧化法等，現(xiàn)對這幾種方案進行比較。FENTONFENTON氧化法氧化法FENTON（芬頓）試劑法是針對一些特別難降解的機有污染物如高COD，利用硫酸亞鐵和雙氧水的強氧化還原性，生成反應(yīng)強氧化性的羥基自由基，與難降解的有機物生成自由基，最后有效的氧化分解芬頓FENTON試劑反應(yīng)機理其化學(xué)反應(yīng)機制如下H2O2FE2→OHOHFE3→FEOH3↓隨著研究的深入又把紫外光UV、草酸鹽C2O42等引入FENTON試劑中使其氧化能力大大增強。從廣義上說FENTON法是利用催化劑、或光輻射、或電化學(xué)作用通過H2O2產(chǎn)生羥基自由基OH處理有機物的技術(shù)。光催化氧化法光催化氧化法光化學(xué)氧化法包括光激發(fā)氧化法如O3UV和光催化氧化法如TIO2UV。光激發(fā)氧化法主要以O(shè)3、H202、O2和空氣作為氧化劑，在光輻射作用下產(chǎn)生羥基自由基HO。光催化氧化法則是在反應(yīng)溶液中加入一定量的半導(dǎo)體催化劑，使其在紫外光UV的照射下產(chǎn)生HO，兩者都是通過HO的強氧化作用對有機污染物進行處理。其中，氧化效果較好的是紫外光催化氧化法，它的作用原理是讓有機化合物中的CC、CN鍵吸收紫外光的能量而斷裂，使有機物逐漸降解，最后以CO2的形式離開體系。電催化氧化法電催化氧化法電化學(xué)氧化法是指通過陽極表面上放電產(chǎn)生的羥基自由基HO的氧化作用，HO親電進攻吸附在陽極上的有機物而發(fā)生氧化反應(yīng)，從而去除污染物。研究表明，在酸性介質(zhì)和PBO2固定床電極反應(yīng)器中，經(jīng)過5H的降解，苯胺的去除率可達(dá)97以上；在堿性介質(zhì)中，苯胺和4氯苯胺在PB箔上的陽極氧化呈現(xiàn)出一級反應(yīng)特征，在3H內(nèi)，這類物質(zhì)的去除率為99，而且所有的中間產(chǎn)物也可被徹底氧化。含有鹵代物和硝基化合物的廢水通過電化學(xué)氧化處理，采用TI、PBO2或碳纖維陽極，其去除率可達(dá)95以上。鐵碳微電解氧化法鐵碳微電解氧化法鐵炭微電解是基于電化學(xué)中的原電池反應(yīng)。在廢水PH34的條件下，當(dāng)鐵和炭浸入電解質(zhì)溶液中時，由于FE和C之間存在12V的電極電位差，因而會形成無數(shù)的微電池系統(tǒng)在其作用空間構(gòu)成一個電場。陽極反應(yīng)產(chǎn)生的新生態(tài)二價鐵離子具有較強的還原能力，可使某些有機物還原，3陰極可以回收重金屬，使破壞有機污染物與回收液中重金屬同步進行，一舉二得。鐵碳微電解氧化法1）結(jié)構(gòu)簡單，操作方便；2）作用有機污染物質(zhì)范圍廣，3）具有良好的混凝效果COD去除率高；4）該方法既可以作為單獨的處理方法，又可作為生物法的預(yù)處理工藝，除廢水的生化性得到提高外，有利于活性污泥的沉降性能和生物膜法的掛膜性能；5）該方法可以達(dá)到化學(xué)沉淀除磷的效果，還可以通過還原除重金屬。1）反應(yīng)速度相對不快，2）一定運行時間后，填料表面會形成鈍化膜，廢水中的懸浮顆粒也會部分沉積在填料表面上，這樣就阻隔了填料與廢水的有效接觸，導(dǎo)致鐵床處理效果降低；2）床體易板結(jié)，造成短路和死區(qū)；3）鐵碳補充勞動強度大。4）酸性條件下，溶出的鐵屑量大，加堿中和時產(chǎn)生的沉淀物多，增加了脫水工序的負(fù)擔(dān)。根據(jù)以上各個工藝的比較，綜合考慮本項目的實際情況，以及工藝投資、占地等特點，本次項目采用微電解氧化法作為廢水預(yù)處理工藝。

簡介：目錄目錄1總則總則12工程概況工程概況23設(shè)計資料設(shè)計資料331總體要求332原硫回收裝置概況333設(shè)計指標(biāo)要求44標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范441靜設(shè)備及動設(shè)備442管道及管件443儀表444電氣545安全546人員與環(huán)境保護547油漆、保溫548通風(fēng)與空調(diào)549具體標(biāo)準(zhǔn)55技術(shù)要求技術(shù)要求1351工藝要求1352儀表及自控要求1453電氣要求1554設(shè)備、機泵技術(shù)要求1655環(huán)保要求1756界區(qū)和裝置的定義176設(shè)計范圍設(shè)計范圍1761投標(biāo)方設(shè)計范圍1762設(shè)計分工187基礎(chǔ)設(shè)計和設(shè)計條件基礎(chǔ)設(shè)計和設(shè)計條件1871原料氣規(guī)格1872公用工程2073產(chǎn)品規(guī)格228設(shè)計聯(lián)絡(luò)與審查設(shè)計聯(lián)絡(luò)與審查229中間和最終文件提交中間和最終文件提交2291中間文件提交2292最終文件提交221010性能保證性能保證221111培訓(xùn)培訓(xùn)231212技術(shù)服務(wù)技術(shù)服務(wù)23陜西未來能源化工有限公司煤制油分公司凈化車間硫回收系統(tǒng)優(yōu)化、達(dá)標(biāo)排放關(guān)鍵技術(shù)研究應(yīng)用項目1硫回收系統(tǒng)優(yōu)化、達(dá)標(biāo)排放關(guān)鍵技術(shù)研究應(yīng)用項目技術(shù)規(guī)格書1總則總則11本技術(shù)規(guī)格書適用于陜西未來能源化工有限公司煤制油分公司凈化車間硫回收系統(tǒng)優(yōu)化、達(dá)標(biāo)排放關(guān)鍵技術(shù)研究應(yīng)用項目工藝包采購的招標(biāo)，它提出了該工藝包的規(guī)模、技術(shù)要求、產(chǎn)品質(zhì)量、總圖布置、公用工程、各種物料接口、物料平衡表、熱量平衡表、設(shè)備清單、電氣配置、儀表配置及圖紙?zhí)峁r間等方面的要求；12本技術(shù)規(guī)格書提出的是最低限度的要求，并未對一切細(xì)節(jié)做出規(guī)定，也未充分引述有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的條文，投標(biāo)方保證提供符合本技術(shù)規(guī)格書和有關(guān)最新標(biāo)準(zhǔn)的成熟的具備設(shè)計條件的工藝軟件包；13投標(biāo)方須執(zhí)行本技術(shù)規(guī)格書所列標(biāo)準(zhǔn)。有矛盾時，按較高標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。投標(biāo)方在設(shè)備設(shè)計中所涉及的各項規(guī)程，規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)必須遵循現(xiàn)行最新版本的標(biāo)準(zhǔn)；14投標(biāo)方采用的專利涉及到的全部費用均被認(rèn)為已包含在工藝包報價中，投標(biāo)方應(yīng)保證招標(biāo)方不承擔(dān)有關(guān)專利的一切責(zé)任；15投標(biāo)方提供技術(shù)必須是成熟可靠、技術(shù)先進的產(chǎn)品，并且在硫回收3萬噸年及以上裝置上有5套以上成功運行三年及以上的業(yè)績16在簽訂合同之后，招標(biāo)方有權(quán)提出因規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程發(fā)生變化而產(chǎn)生的一些補充要求，投標(biāo)方必須接受招標(biāo)方所提要求；17合同簽訂后兩周內(nèi)，投標(biāo)方需將工作計劃、設(shè)計進度、技術(shù)文件提供時間及相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)清單給招標(biāo)方，由招標(biāo)方確認(rèn)；18投標(biāo)方對硫回收系統(tǒng)優(yōu)化、達(dá)標(biāo)排放關(guān)鍵技術(shù)研究應(yīng)用項目工藝包的完整性負(fù)責(zé)，為了保證設(shè)計及工藝的完整性，出現(xiàn)設(shè)計漏項、缺項，無論何時發(fā)現(xiàn)，投標(biāo)方都必須及時補充設(shè)計并免費提供設(shè)計資料，不得影響招標(biāo)方的設(shè)計進度；19投標(biāo)方提供的技術(shù)資料和圖紙的文字為簡體中文。涉及到的外文資料翻譯成中文資料隨同原文一并提交招標(biāo)方；文字用OFFICE2007格式、圖紙資料用AUTOCAD2007格式；110本規(guī)格書作為合同的附件，與合同正文具有同等法律效力；

簡介：0附件正版軟件管理工作指南推進使用正版軟件工作部際聯(lián)席會議辦公室2016年7月11日2三、軟件配置管理規(guī)定。明確軟件配置原則和配置流程。四、軟件臺賬管理規(guī)定。明確軟件使用管理臺賬種類和管理辦法。五、軟件安裝維護管理規(guī)定。明確軟件安裝、卸載及升級維護流程。指南由推進使用正版軟件工作部際聯(lián)席會議辦公室負(fù)責(zé)解釋。

簡介：安徽天筑建設(shè)（集團）有限公司工程質(zhì)量保證體系一里香溪項目工程工程質(zhì)量管理體系工程質(zhì)量管理體系安徽天筑建設(shè)（集團）有限公司2017年3月26日安徽天筑建設(shè)（集團）有限公司工程質(zhì)量保證體系第1頁工程質(zhì)量管理體系工程質(zhì)量管理體系第一章第一章總則總則（1）為確保項目工程施工質(zhì)量，創(chuàng)優(yōu)質(zhì)工程，嚴(yán)格落實各項質(zhì)量管理制度和措施，明確責(zé)任，加強質(zhì)量管理工作，特制定本辦法。（2）本辦法適應(yīng)于公司下屬各項目部。（3）嚴(yán)格執(zhí)行國家有關(guān)工程質(zhì)量管理的法律、法規(guī)、規(guī)程規(guī)范的有關(guān)規(guī)定，認(rèn)真按照建設(shè)單位、設(shè)計單位、監(jiān)理單位的有關(guān)要求施工。（4）質(zhì)量管理工作執(zhí)行公司、項目部、施工隊三級管理，獎罰并重，鼓勵創(chuàng)優(yōu)的原則。（5）各項目部要對施工中的關(guān)鍵部位設(shè)立質(zhì)量控制點，建立質(zhì)量管理QC小組并積極開展質(zhì)量競賽活動。第二章第二章質(zhì)量方針和質(zhì)量目標(biāo)質(zhì)量方針和質(zhì)量目標(biāo)第一條第一條質(zhì)量方針質(zhì)量方針質(zhì)量為先信譽為重規(guī)范管理竭誠服務(wù)第二條第二條質(zhì)量目標(biāo)質(zhì)量目標(biāo)單位工程一次交工驗收質(zhì)量合格率為100，竣工驗收質(zhì)量爭創(chuàng)優(yōu)良。第三章第三章質(zhì)量管理組織機構(gòu)質(zhì)量管理組織機構(gòu)及職責(zé)及職責(zé)第三條第三條質(zhì)量管理組織機構(gòu)質(zhì)量管理組織機構(gòu)（一）公司質(zhì)量管理組織機構(gòu)組長公司總經(jīng)理副組長公司總工程師、副總經(jīng)理組員專職質(zhì)檢工程師及部門負(fù)責(zé)人（二）項目部質(zhì)量管理小組組長項目經(jīng)理副組長項目總工程師、副經(jīng)理組員專職質(zhì)檢員及部門負(fù)責(zé)人（三）主管部門

簡介：學(xué)業(yè)分層測評,知識點一,知識點二,,能量守恒定律,內(nèi)能,電能,化學(xué)能,核能,轉(zhuǎn)化,一種形式,另一個物體,總量,能源的利用和新能源的開發(fā),物質(zhì)資源,柴草,煤炭,石油,化石,非再生,環(huán)境,太陽能,核聚變,學(xué)業(yè)達(dá)標(biāo)測評（十六）點擊圖標(biāo)進入,,

簡介：專題1化學(xué)反應(yīng)與能量變化,能源的充分利用,第一單元化學(xué)反應(yīng)中的熱效應(yīng),能源,1什么是能源是可以提供能量的自然資源。2常見的能源有哪些主要包括化石燃料、太陽能、風(fēng)能、水能、潮汐能、核能等,1按來源分,2按形成分,能源是如何分類的,來自太陽輻射的能源太陽能、風(fēng)能、水能、生物質(zhì)能、海洋能以及煤、石油、天然氣等化石能源。來自地球內(nèi)部的能源地?zé)崮?、核能、火山能、地震能來自天體引力的能源潮汐能,一次能源分為常規(guī)能源（可再生能源水能；不可再生能源煤、石油、天然氣等化石能源）和新能源（可再生能源太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?、潮汐能、生物質(zhì)能；不可再生能源核能）二次能源電能、焦炭、汽油、煤氣、工業(yè)余熱、酒精、氫能、蒸汽等。,火山能,地震能,潮汐能,核能,風(fēng)能,太陽能,生物質(zhì)能,水能,標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱,衡量燃料燃燒效能的物理量,熱值,定義在101KPA時，LG物質(zhì)完全燃燒所放出的熱量,1、定義在101KPA時，LMOL物質(zhì)完全燃燒的反應(yīng)熱。,完全燃燒的含義是什么①壓強為101KPA②S→SO2G非S、SO3C→CO2G非COH→H2OL非H2OGN→N2G非NO或NO2P→P2O5S非P2O3S③如H2G1/2O2GH2OL△H－2858KJ/MOL,【思考】燃燒放出的熱量與標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱有什么不同,①燃燒放出的熱量與物質(zhì)的多少有關(guān)，燃燒的物質(zhì)越多，放出的熱量就越多，而標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱規(guī)定是1MOL的可燃物；②研究燃燒放出的熱量并未限定燃燒產(chǎn)物的形態(tài)，而研究標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱必須是生成穩(wěn)定的氧化物。所以，不同量的同一物質(zhì)完全燃燒，放出的熱量可能不同，但標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱是一定的。,【概念辨析】,1下列各組物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱相等的是（）A碳和一氧化碳B1MOL碳和2MOL碳C1MOL乙炔和2MOL碳D淀粉和纖維素,B,2858KJ/MOL,雖然將煤轉(zhuǎn)化為水煤氣再燃燒與直接燃燒煤所獲得的能量是一樣的，而且將煤轉(zhuǎn)化為水煤氣會增加消耗。但將煤轉(zhuǎn)化為水煤氣至少有兩個優(yōu)點一是將固體煤轉(zhuǎn)化為氣體，極大地提高了燃燒效率；二是通過轉(zhuǎn)化除去了硫，避免了SO2氣體的產(chǎn)生。,完成第9頁的“交流與討論”。,二、使用化石燃料的利弊及新能源的開發(fā),1、世界上最重要的化石燃料有哪些有何優(yōu)點2、廣義講，哪些物質(zhì)可稱為燃料,煤（主要成分C）、石油（主要為烴的混合物，其中重要產(chǎn)物汽油的主要成分為辛烷C8H18）、天然氣（主要成分甲烷）。優(yōu)點燃燒熱都很高。,廣義講，能夠發(fā)生燃燒，反應(yīng)放出熱量的物質(zhì)都可稱為燃料。,思考下列問題,3、從資源蘊藏、開采、運輸、資源綜合利用以及環(huán)境保護等方面探討煤作燃料的利弊。,從化學(xué)的角度，煤的燃燒熱雖高，但燃燒反應(yīng)速率慢，熱量利用率低；且煤是重要的化工原料，把煤作燃料燒掉不僅會產(chǎn)生SO2等有害氣體和煙塵，而且浪費資源。從綜合經(jīng)濟效益角度，通過清潔煤技術(shù)，如煤的液化和氣化，及實行煙氣凈化脫硫等，減少燃燒煤的對環(huán)境的污染，提高煤燃燒的熱利用率。,,資源豐富，可再生，對環(huán)境無污染或很少污染。最有希望的新能源太陽能、燃料電池、風(fēng)能和氫能等。,4、我國能源利用現(xiàn)狀如何調(diào)整和優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)的方向,我國是少數(shù)以煤為主要能源的國家，且煤燃燒的熱利用率較低。我國調(diào)整和優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)的方向一方面，要提高煤燃燒的熱利用率；另一方面，降低煤在能源結(jié)構(gòu)中的比率，節(jié)約油氣資源，加快開發(fā)水電、核電和新能源，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。,5、新能源的特點哪些是認(rèn)為最有希望的新能源,在一定條件下，CO和CH4燃燒的熱化學(xué)方程式分別為由1MOLCO和3MOLCH4組成的混合氣在上述條件下充分燃燒時，釋放的熱量為（）A．2912KJB．2953KJC．3236KJD．3867KJ,B,；△H－566KJ/MOL,；△H－890KJ/MOL,練習(xí),謝謝,

簡介：能源地質(zhì)學(xué),主講李海梅,緒論,一、能源資源概述,能源地質(zhì)學(xué)是礦床學(xué)的一個分支，是在煤、石油和天然氣勘探及開采的大量實踐中，總結(jié)出來的一門新興學(xué)科。它的基礎(chǔ)是煤田地質(zhì)學(xué)、石油及天然氣地質(zhì)學(xué)等學(xué)科。,緒論,一、能源資源概述,能源是可以直接或通過轉(zhuǎn)換為人類提供所需有用能的資源。,地球的能源,,可再生能源,太陽能地?zé)崮芩δ茱L(fēng)能海洋能生物質(zhì)能等；,煤石油天然氣油頁巖核能等,非再生能源,,,緒論,一、能源資源概述,能源是可以直接或通過轉(zhuǎn)換為人類提供所需有用能的資源。,地球的能源,,常規(guī)能源或傳統(tǒng)能源煤、石油、天然氣、水力能新能源太陽能、地?zé)崮?、核能、海洋能等?yīng)用較晚，并需要在新的技術(shù)基礎(chǔ)上加以系統(tǒng)開發(fā)和利用。一次能源煤、石油、天然氣、水力能從自然界得到后便可直接利用；二次能源經(jīng)過加工或轉(zhuǎn)換得到的能源。如電力、煤氣、熱能、氫能等?；茉从蓜又参锏乃劳?、堆積、埋藏和變化而生成的煤、石油、天然氣、油頁巖等。,緒論,一、能源資源概述,目前人類利用的能源主要是化石能源，即煤、石油和天然氣，其次是水力能和核能。,目前世界能源的生產(chǎn)構(gòu)成為石油占40％，煤占27％，天然氣占23％，水電和核能占10％。,中國目前能源生產(chǎn)構(gòu)成是以煤為主，即煤占75％，石油占12％，天然氣占4％，水電占7％，核能占2％。,緒論,一、能源資源概述,煤炭是發(fā)電的主要燃料，也是煉鐵所需焦炭的維一來源，更是重要的民用燃料和化工原料；,石油是工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、國防、科學(xué)技術(shù)不可缺少的燃料和原料。汽車等發(fā)動機的主要燃料；石油也是極重要的化工原料，其化工產(chǎn)品有幾千種之多，如合成纖維、合成橡膠、合成塑料、化學(xué)肥料、農(nóng)藥，醫(yī)藥、炸藥、溶劑、染料等等。,天然氣的開發(fā)成本較低，運輸方便，利用時工藝流程較簡單，操作方便，無灰渣，污染小，是一種優(yōu)質(zhì)的潔凈能源。,緒論,一、能源資源概述,太陽能、地?zé)崮?、核能、氫能、水力能等能源，多?shù)污染小，熱效率高，可再生，但生產(chǎn)技術(shù)比較復(fù)雜，目前的生產(chǎn)成本較高。因此，在今后相當(dāng)長的一段時間內(nèi)，化石能源仍然是人類的主要能源。,緒論,二、能源地質(zhì)學(xué)的研究內(nèi)容,1、煤田地質(zhì)學(xué)的研究內(nèi)容,1）研究煤的物質(zhì)組成和性質(zhì),一是將煤作為一種巖石，運用巖石學(xué)的研究方法，通過各種物理屬性如不同光性特征等，研究煤的物質(zhì)組成和類型；如煤巖學(xué)二是借助化學(xué)屬性，運用化學(xué)分析的方法，研究煤的有機和無機組分的化學(xué)工藝特征和組成，研究煤質(zhì)特征及工業(yè)利用評價等。如煤化學(xué)、煤工藝學(xué)、煤質(zhì)學(xué)等。,,緒論,二、能源地質(zhì)學(xué)的研究內(nèi)容,1、煤田地質(zhì)學(xué)的研究內(nèi)容,2）成煤作用的研究,主要研究由植物轉(zhuǎn)變成煤的成煤作用，研究這一復(fù)雜作用不同階段的特征、條件、影響因素及演變過程，闡明煤的形成演變的原因，以及不同成因的煤、不同煤種、煤質(zhì)的變化規(guī)律，為煤質(zhì)評價和煤種、煤質(zhì)預(yù)測提供科學(xué)依據(jù)，為探尋和開發(fā)煤炭資源的用途服務(wù)。,緒論,二、能源地質(zhì)學(xué)的研究內(nèi)容,1、煤田地質(zhì)學(xué)的研究內(nèi)容,3）含煤巖系和煤層的研究,研究不同巖相古地理環(huán)境，古構(gòu)造與含煤性變化的關(guān)系，闡明不同沉積體系的形成演化對煤的物質(zhì)組成、煤層和煤系的形成及分布的控制規(guī)律，以及富煤帶相厚煤層的形成條件，為煤田的預(yù)測普查提供了科學(xué)依據(jù)。,緒論,二、能源地質(zhì)學(xué)的研究內(nèi)容,1、煤田地質(zhì)學(xué)的研究內(nèi)容,4）聚煤盆地的研究,煤層、煤系形成時和形成后的演變，特別是構(gòu)造控制的研究即影響煤形成的古構(gòu)造和影響煤形變的后期構(gòu)造，都是含煤性最終預(yù)測及評價煤炭資源開發(fā)利用的重要問題。,緒論,二、能源地質(zhì)學(xué)的研究內(nèi)容,1、煤田地質(zhì)學(xué)的研究內(nèi)容,5）煤聚積與分布規(guī)律的研究,聚煤規(guī)律研究是當(dāng)今煤田地質(zhì)學(xué)指導(dǎo)煤炭資源尋找和預(yù)測的基礎(chǔ)，它運用多學(xué)科手段，在區(qū)域地質(zhì)研究的基礎(chǔ)上，借助煤盆地分析方法和原理，研究煤在特定地殼中的聚集和分布規(guī)律，從而為有效地開展煤田地質(zhì)工作、對煤炭資源及其開發(fā)利用條件的科學(xué)預(yù)測提供科學(xué)依據(jù)。,緒論,二、能源地質(zhì)學(xué)的研究內(nèi)容,2、石油地質(zhì)學(xué)的研究內(nèi)容,石油和天然氣的生成，運移、聚集、破壞、再聚集視為一個統(tǒng)一的發(fā)展過程油氣生成是基礎(chǔ)，油氣運移是紐帶，油氣礦藏是目標(biāo)，油氣資源是結(jié)果。因此，比較詳細(xì)地闡釋油氣成因、油氣成藏原理及油氣分布規(guī)律，是石油地質(zhì)學(xué)的核心內(nèi)容。,緒論,三、能源地質(zhì)學(xué)研究及勘探動向,2、石油地質(zhì)學(xué)的研究內(nèi)容,煤田地質(zhì)學(xué)研究,沉積體系分析層序地層學(xué)沉積盆地分析煤層氣地質(zhì)理論,,緒論,三、能源地質(zhì)學(xué)研究及勘探動向,2、石油地質(zhì)學(xué)的研究內(nèi)容,油氣地質(zhì)勘探動向,尋找多種類型抽氣藏尋找新探區(qū)向海洋發(fā)展向深部鉆探,,緒論,四、能源地質(zhì)工作者的任務(wù),業(yè)務(wù)方面綜合運用地質(zhì)、物理、化學(xué)及生物等學(xué)科的基礎(chǔ)知識，來認(rèn)識煤、油氣礦藏的形成及分布規(guī)律，明確尋找煤、油氣的方向，以便為勘探及開發(fā)礦藏奠定理論基礎(chǔ)；并且在實際工作中，全面地、綜合地、辯證地分析各個區(qū)域的具體地質(zhì)特征，揭露和解決一個又一個矛盾，科學(xué)地預(yù)測區(qū)域的煤、含油氣遠(yuǎn)景。,技術(shù)方面煤、石油和天然氣深埋地下，控制它們分布的自然條件復(fù)雜多變。那么，究竟是哪些條件，如何控制地殼上煤、石油和天然氣資源的分布應(yīng)該到何處去尋找煤、石油和天然氣寶藏這就是能源地質(zhì)學(xué)所要回答的主要問題。,緒論,四、能源地質(zhì)工作者的任務(wù),總之，我國地大物博，煤、油氣資源非常豐富。縱觀國內(nèi)外煤、油氣地質(zhì)科學(xué)的現(xiàn)代發(fā)展水平，展望世界煤、油氣勘探的新趨勢，加快煤、油氣的勘探步伐，為國家的建設(shè)提供豐富的能源資源。,

簡介：GEOSCIENCEWORLDCONGRESS2008,EARTHSYSTEMSCIENCEAWIDERANGEOFMULTIDISCIPLINARYFIELDSOFRESEARCHAUGMENTCLASSICALEARTHSCIENCETODAYGEOSPHEREBIOSPHERECRYOSPHEREATMOSPHEREINTERACTIONSAREPARTICULARLYIMPORTANTTHE33RDIGCPROGRAMMEHIGHLIGHTSTHENEEDTOPROMOTEINTERACTIONANDINTEGRATIONOFTHEEARTHSCIENCESHENCETHECONCEPTOFTHISIGCASTHEGEOSCIENCEWORLDCONGRESS2008THEGEOSCIENCEWORLDCONGRESS2008WILLSPANTHEWHOLEFIELDOFEARTHSCIENCE,BINDINGTOGETHERCLASSICALGEOLOGYWITHGEOPHYSICS,GEOCHEMISTRY,ANDTHEBIOGEOSCIENCESWEWILLACCOMMODATETHEVARIETYOFTOPICSTHATARETHEPRIMECONCERNOFTHEIUGSCOMMISSIONS,THEMANYOTHERSCIENTIFICBODIESTHATTRADITIONALLYMEETATIGCSANDTHOSECOLLABORATINGINTHEUNITEDNATIONS’INTERNATIONALYEAROFPLANETEARTH,THECONFERENCEVENUETHENORWAYCONVENTIONCENTRE,LILLESTR?M,GEOENERGY,GEOTHERMALENERGYGETFORSUMMARIESOFTHEGEOTHERMALENERGYSYMPOSIACLICKHEREGET01GENERALCONTRIBUTIONSTOGEOTHERMALENERGYINGVARBIRGIRFRIDLEIFSSON,EDUARDORIGLESIAS,ANETTEKMORTENSENGET02NATUREOFGEOTHERMALSYSTEMSBASEDONGEOPHYSICAL,GEOCHEMICAL,PETROLOGICALANDTECTONICSTUDIESAGNESGREYES,GIOVANNIGIANELLIGET03WATERROCKINTERACTIONHALLDóRáRMANNSSON,HéLèNEPAUWELS,GET04NEWDEVELOPMENTSANDTECHNOLOGIESSUPERCRITICALFLUIDS,HOTDRYROCK/ENHANCEDGEOTHERMALSYSTEMS,DRILLINGTECHNOLOGYLADISLAUSRYBACH,GUDMUNDURóMARFRIDLEIFSSONGET05GEOTHERMALUTILIZATIONDIRECTUSE,ELECTRICALPRODUCTION,HEATPUMPS,INDUSTRYANDLEISUREJOHNWLUND,LEIFBJELM,GORDONBLOOMQUISTGET06ENVIRONMENTALANDSOCIALASPECTSOFGEOTHERMALENERGYKEVINLBROWN,AGNESCDEJESUSGET07CORROSIONANDSCALINGDARRELLLGALLUP,COALGEOSCIENCEGECFORSUMMARIESOFTHECOALGEOSCIENCESYMPOSIACLICKHEREGEC01GENERALCONTRIBUTIONSTOCOALGEOSCIENCEALVORHEIM,ROBERTBFINKELMAN,MALTEJOCHMANNGEC02SEDIMENTOLOGYANDCHARACTERIZATIONOFCOALMALTEJOCHMANN,SVERREOLAJOHNSENGEC03UNDERGROUNDGASIFICATIONOFCOALALVORHEIM,BJ?RNBERGERGEC04SOLUTIONSTOENVIRONMENTALANDHEALTHIMPACTSOFCOALROBERTBFINKELMAN,JOSECENTENO,PETROLEUMGEOSCIENCEGEPFORSUMMARIESOFTHEPETROLEUMGEOSCIENCESYMPOSIACLICKHEREGEP01GENERALCONTRIBUTIONSTOPETROLEUMGEOSCIENCEANTHONYSPENCER,PHILIPALLEN,SNORREOLAUSSENGEP02MAXIMISINGTHEVALUEOFFOSSILENERGYANDMINERALRESOURCESUNECONOMICCOMMISSIONFOREUROPEPERBLYSTADGEP03GEOLOGICALBASISFORESTIMATINGTHEWORLDSPETROLEUMRESOURCESCHALLENGESANDUNCERTAINTIESPAULNADEAU,DONALDLGAUTIERGEP04HYDROCARBONRESOURCEASSESSMENTMETHODOLOGYINACOMPLEXARCHITECTURALCONTEXTRICHARDSINDINGLARSEN,KARLJOHANNSKAAR,GEP05NORTHSEAPETROLEUMGEOSCIENCESIGRIDBORTHENTOVEN,ANDREWHURST,RAGNARKNARUDGEP06NORTHSEACHALKRESERVOIRSFROMREGIONALUNDERSTANDINGTORESERVOIRLEVELGUNNARVS?ILAND,PETERFRYKMANGEP07PETROLEUMGEOSCIENCEONTHEFRONTIERTOMATUREBASINSOFTHEATLANTICMARGINSFROMNORWAYTOIRELANDATRIBUTETOPETERZIEGLERKARILOKNA,DAVEELLIS,MARKSEGERGEP08HYDROCARBONPOTENTIALOFFRONTIERSEDIMENTARYBASINSTHECHALLENGESOFUNKNOWNDEEPWATERANDHIGHLATITUDEBASINSDAVIDROBERTS,AGDORé,GEP09LINKINGPETROLEUMSYSTEMSANDPLAYSTOSEDIMENTARYBASINEVOLUTIONHARRYDOUST,MAARTENCORVER,MORTENRYELARSENGEP10GLOBALCONTROLSONSEQUENCESTRATIGRAPHYPETERSHARLAND,KENMILLERGEP11PALAEOGEOGRAPHYANDPALAEOEARTHSYSTEMSMODELLINGNEWAPPROACHESTOREDUCINGEXPLORATIONRISKJIMHARRIS,LESLEITH,ARNERASMUSSENGEP12ORGANICRICHMARINESEDIMENTSPALAEOCLIMATICRECORDSFROMANOXICOCEANSLINKEDTOPROCESSBASEDMODELLINGOFPETROLEUMSOURCEROCKSTHOMASWAGNER,PHILIPAMEYERS,UTEMANN,GEP13ABIOTICDEEPORIGINOFHYDROCARBONSMYTHORREALITYYURIGALANT,VLADIMIRKUTCHEROVGEP14SERPENTINIZATIONANDRELATEDPROCESSESTHEIRRELEVANCETOHYDROCARBONEXPLORATIONMARTINHOVLAND,STANKEITH,ODLEIVOLESEN,MONTESWANGEP15GEOLOGYFOREFFICIENTHYDROCARBONRECOVERYRAGNARKNARUD,MARIEKJ?LLEBERGGEP16IMPROVEDUNDERSTANDINGOFTHECLASTICRESERVOIRSTHROUGHTHEUSEOFNEWTECHNOLOGIESSISSELHERIKSEN,TRONDLIEN,GEP17UNCONVENTIONALGASCOALBED,SHALE,ANDTIGHTGASSANDSGASESROMEOFLORES,RICHPOLLASTROINVITEDSPEAKERDAVIDMATHEWGEP18COMPACTIONPROCESSESPOROSITY,PERMEABILITYANDROCKPROPERTIESEVOLUTIONINSEDIMENTARYBASINSATRIBUTETOKNUTBJ?RLYKKEPERAAGAARD,JENJAHREN,PAULHNADEAU,PERARNEBJ?RKUMGEP19CARBONATERESERVOIRSANDPLAYSTOREAMUNDSV?N?,JOANNAGARLANDGEP20OUTCROPSTUDIESFUNDAMENTALTOPETROLEUMRESERVOIRCHARACTERIZATIONANDMODELINGERNESTAMANCINI,JIMBLANKENSHIPAAPG,GEP21INTEGRATIONINPETROLEUMGEOSCIENCEAPPLICATIONS,KNOWLEDGEANDINFORMATIONMANAGEMENTTHECORNERSTONESINTHEDEMANDFORFASTRESULTSPETEREILS?NIELSEN,LIVKM?LANDGEP22EARTHOBSERVATIONTECHNOLOGYANDITSUSEINTHEOILINDUSTRYPIERREPHILIPPEMATHIEU,SCOULSON,BS?THER,RSINDINGLARSEN,OLAGR?BAKESAGEP23TARSAND,HEAVYOIL,ANDOILSHALERESOURCESOFTHEWORLDCHRISJSCHENK,RONALDCJOHNSON,第一節(jié)沉積有機質(zhì)的成因第二節(jié)近現(xiàn)代沉積有機質(zhì)的物質(zhì)組成第三節(jié)沉積有機質(zhì)的聚集,,,第一章沉積有機質(zhì)的形成與聚集,一、沉積有機質(zhì)的來源二、生物解剖結(jié)構(gòu)與化學(xué)組成三、生物質(zhì)向沉積有機質(zhì)的轉(zhuǎn)化,第一節(jié)沉積有機質(zhì)的成因,,（一）概述1、有機質(zhì)的定義包括一切生物體及其分解或合成的各種產(chǎn)物。2、沉積有機質(zhì)的分類,一、沉積有機質(zhì)的來源,,（二）自然界中有機碳的循環(huán),1、自然界中碳的分類,還原碳有機碳，如生物質(zhì)碳氧化碳無機碳，如碳酸鹽巖元素碳如石墨，金剛石,,2、自然界中碳的循環(huán),圖21有機碳及沉積有機碳的循環(huán)途徑,思考題1有機碳循環(huán)的不完整性會造成什么樣的結(jié)果2有機碳循環(huán)研究對化石能源礦產(chǎn)的地質(zhì)意義,初次循環(huán)二次循環(huán)幾天幾十年幾百萬年數(shù)億年水、生物、大氣圈巖石圈表層巖石圈表層巖石圈淺層沉積有機質(zhì)化石能源礦產(chǎn),（三）沉積有機質(zhì)的來源,圖12生物進化與沉積有機質(zhì)地史分布示意圖（據(jù)鐘寧寧、秦勇等，1995）,圖14溝鞭藻與世界特大型油田分布的關(guān)系（據(jù)何承全，1984）思考題為什么到元古界末期才有煤層形成,,（一）生物解剖結(jié)構(gòu)動物（細(xì)胞膜）低等植物植物高等植物根表皮角質(zhì)層、臘質(zhì)莖周皮木栓層皮層通氣、吸收維管束木質(zhì)部葉表皮、葉肉、葉脈,二、生物解剖結(jié)構(gòu)與化學(xué)組成,,緣孔,圖15高等植物莖干的解剖結(jié)構(gòu)（據(jù)高信曾等，1978）,,,木射線,動物來源的有機碎屑往往是海相沉積有機質(zhì)的一種重要賦存形式，古生界沉積巖中常見的動物有機碎屑來源于筆石、幾丁蟲、蟲顎以及某些來源不明的動物有機體，均為現(xiàn)代已滅絕了的動物。,圖18筆石體形態(tài)及表皮解剖結(jié)構(gòu)（據(jù)GOODARZI，1984）,（二）生物質(zhì)的化學(xué)組成,1、化合物組成纖維素碳水化合物半纖維素果膠質(zhì)化合物木質(zhì)素芳香族高分子聚合物蛋白質(zhì)含氮化合物類脂化合物混合物（脂肪、蠟質(zhì)）2、化合物穩(wěn)定性序列（抗降解能力）蛋白質(zhì)3德國1220，最高5060云南9,泥炭蠟,表13我國泥炭化合物平均化學(xué)組成（干基，）,1、腐植酸（HA）的定義具有酸性、親水性、吸附性和復(fù)雜多樣結(jié)構(gòu)的芳香性化合物。2、腐植酸的結(jié)構(gòu)000101ΜM的球形微粒聯(lián)成的團聚體，無定形高分子膠體。由芳核（單環(huán)、多環(huán)）、橋鍵（單橋、雙橋）和活性基團（COOH、OH、CO、OCH3、COC）聯(lián)結(jié)而成。圖114腐殖酸分子基本結(jié)構(gòu)單元示意圖（柴岫等，1990）,二、腐植酸的化學(xué)組成,,3、腐植酸的產(chǎn)率與含量腐植酸的產(chǎn)率（HAT）堿溶一次抽提腐植酸的含量堿溶多次抽提4、腐植酸的分類,,,5、腐植酸的成因判別（1）H/C、N/C、O/C原子比圖115腐殖酸成因判別的范氏圖解（轉(zhuǎn)引自BURAND，1980）,海相和湖相軟泥腐殖酸中的氫和氮總體上高于泥炭和土壤，但碳含量相對較低，造成氫碳比和氮碳比顯著較高。（2）穩(wěn)定碳同位素Δ13C光合作用的差異海水中的碳酸鹽復(fù)合物，HCO３1離子的Δ13C在0‰左右大氣中的CO2，Δ13C分布于79‰之間思考題1腐植酸類型及元素組成與沉積環(huán)境的關(guān)系2如何通過腐植酸來判斷沉積有機質(zhì)的成因,,1、可抽提物類型溶于苯苯瀝青（褐煤蠟、泥巖蠟）溶于氯仿（CHCL3）氯仿瀝青Ａ二硫化碳（CS2）二氯甲烷（CH2CL2）2、氯仿瀝青Ａ族組成,三、可抽提瀝青的化學(xué)組成,,,,,思考題氯仿瀝青Ａ族組分研究的環(huán)境意義1）生物質(zhì)的烴類/非烴比率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于沉積有機質(zhì)，表明在生物質(zhì)向沉積有機質(zhì)轉(zhuǎn)化過程中生物烴類受到明顯損失；2）海相和湖相沉積有機質(zhì)的飽和烴／芳烴比率往往高于泥炭沼澤相，這是浮游生物脂肪含量較高而陸生植物富含木質(zhì)纖維素的必然結(jié)果；3）泥炭氯仿瀝青A中烴含量和烴類/非烴比率均具有蘚類泥炭＞木本泥炭＞草本泥炭的特征，這同樣與沉（堆）積介質(zhì)條件、微生物活動性以及植物有機組成有關(guān)；4）年輕沉積有機質(zhì)內(nèi)從活的生物體中繼承下來的直接烴類起著生物標(biāo)記化合物的作用。,第三節(jié)沉積有機質(zhì)的聚集,一、陸地與海洋的沉積環(huán)境組合二、泥炭的聚集環(huán)境三、分散有機質(zhì)的沉積分配四、沉積有機質(zhì)的分布,,1、沉積有機質(zhì)聚集條件1）足夠生物量的供給；2）存在生物聚合物向沉積聚合物轉(zhuǎn)化的環(huán)境條件；3）保證沉積有機質(zhì)不被無機沉積物過分“稀釋”而相對集中4）沉積有機質(zhì)形成后能夠得以妥善保存而在一定地質(zhì)歷史中不被再次破壞。,一、陸地與海洋的沉積環(huán)境組合,,2、沉積環(huán)境的定義沉積環(huán)境是由一組物理、化學(xué)、生物學(xué)上有別于相鄰地區(qū)的自然地理單元。3、沉積環(huán)境組合的類型三角洲沖積扇過渡環(huán)境濱海平原大陸環(huán)境河流水下淺灘湖泊海洋環(huán)境淺海深海,,,,,沉積環(huán)境類型及其空間配置關(guān)系示意圖（轉(zhuǎn)引自任明達(dá)等，1985）,二、泥炭的聚集環(huán)境,,1、泥炭沼澤的概念地表土壤充分潤濕，有季節(jié)性或長期性積水，而且生長了大量的喜濕植物，在地洼地帶堆積有機質(zhì)，并使其轉(zhuǎn)化為泥炭層的地區(qū)。2、泥炭沼澤的形成水域沼澤化由湖泊、河流、瀉湖等水域轉(zhuǎn)化而來陸地沼澤化由陸地演化而來（存在草甸泥炭沼澤化和森林泥炭沼澤化兩種基本形式）3、泥炭沼澤的演化階段低位沼澤中位沼澤高位沼澤,,,（1）低位沼澤（營養(yǎng)沼澤）地下水潛水面高于沼澤水面，地下水、地表水供應(yīng)營養(yǎng)成分，生長富營養(yǎng)的植物，介質(zhì)為中性或微堿性，泥炭厚、灰分高、瀝青質(zhì)含量和焦油產(chǎn)率較低。（2）高位沼澤（貧營養(yǎng)沼澤或凸起沼澤）地下水潛水面低于沼澤水面，僅有大氣降水補給，沼澤水源供應(yīng)不充足，水中缺少礦物質(zhì)養(yǎng)分，尤其是中心地帶植物殘體分解速度慢，與沼澤周邊相比，泥炭層凸起，水質(zhì)介質(zhì)為酸性，泥炭灰分低、有機質(zhì)含量高，厚度較薄。（3）中位沼澤介于高位與低位沼澤之間的一種過渡類型，介質(zhì)處于中性到微酸性。,（4）泥炭沼澤的垂向結(jié)構(gòu)特征氧化環(huán)境的表層垂向結(jié)構(gòu)過渡條件的中間層還原環(huán)境的底層,表22各階段泥炭沼澤的特征,,4、泥炭堆積方式（1）原地聚集（微異地聚集）底板“根土巖”，煤中陸源物質(zhì)少，大面積穩(wěn)定。（2）異地聚集直接底板為粗碎屑巖，碳酸巖底板，斜插、倒立的樹干和樹樁化石。,河北易縣易水河河灣異地成因泥炭層剖面圖（據(jù)楊起等，1979）,5、泥炭堆積速率大氣和土壤溫度植物產(chǎn)率沉積環(huán)境植物殘體的分解強度降解率泥炭產(chǎn)率沼澤類型及穩(wěn)定性增長率不同自然地帶植物殘體的堆積率與分解率（據(jù)柴岫等，1990）,分散有機質(zhì)呈非連續(xù)相狀態(tài)散布于沉積巖或沉積物的無機礦物基質(zhì)中，以生物碎屑或有機膠體形式與陸源碎屑礦物共同沉積下來，多屬異地和微異地成因。1、控制因素（1）氣候條件高寒地區(qū)、赤道地區(qū)與中緯度地區(qū)的差別（2）沉積環(huán)境盆緣（“外源”）與盆內(nèi)（“內(nèi)源”）的差別（3）水流機械搬運水流速度、水體深度、水介質(zhì)化學(xué)性質(zhì),三、分散有機質(zhì)的沉積分配,,加里福尼亞大陸架邊緣沉積有機碳豐度與水體溶解氧濃度之間關(guān)系（據(jù)DOUGLAS，1981）,優(yōu)質(zhì)生油巖主要形成于深水、滯留、缺氧的環(huán)境,1、沉積有機質(zhì)分布與生物演化及氣候的關(guān)系,四、沉積有機質(zhì)的分布,,地質(zhì)歷史上沉積有機碳的分布（轉(zhuǎn)引自中科院地化所，1981）,2、沉積有機質(zhì)的地史分布在一定程度上決定了化石能源礦產(chǎn)的層位分布全球化石能源礦產(chǎn)已發(fā)現(xiàn)資源量的地史分布,

簡介：專題1化學(xué)反應(yīng)與能量變化,能源的充分利用,第一單元化學(xué)反應(yīng)中的熱效應(yīng),能源,1什么是能源是可以提供能量的自然資源。2常見的能源有哪些主要包括化石燃料、太陽能、風(fēng)能、水能、潮汐能、核能等,1按來源分,2按形成分,能源是如何分類的,來自太陽輻射的能源太陽能、風(fēng)能、水能、生物質(zhì)能、海洋能以及煤、石油、天然氣等化石能源。來自地球內(nèi)部的能源地?zé)崮?、核能、火山能、地震能來自天體引力的能源潮汐能,一次能源分為常規(guī)能源（可再生能源水能；不可再生能源煤、石油、天然氣等化石能源）和新能源（可再生能源太陽能、風(fēng)能、地?zé)崮?、潮汐能、生物質(zhì)能；不可再生能源核能）二次能源電能、焦炭、汽油、煤氣、工業(yè)余熱、酒精、氫能、蒸汽等。,火山能,地震能,潮汐能,核能,風(fēng)能,太陽能,生物質(zhì)能,水能,標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱,衡量燃料燃燒效能的物理量,熱值,定義在101KPA時，LG物質(zhì)完全燃燒所放出的熱量,1、定義在101KPA時，LMOL物質(zhì)完全燃燒的反應(yīng)熱。,完全燃燒的含義是什么①壓強為101KPA②S→SO2G非S、SO3C→CO2G非COH→H2OL非H2OGN→N2G非NO或NO2P→P2O5S非P2O3S③如H2G1/2O2GH2OL△H－2858KJ/MOL,【思考】燃燒放出的熱量與標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱有什么不同,①燃燒放出的熱量與物質(zhì)的多少有關(guān)，燃燒的物質(zhì)越多，放出的熱量就越多，而標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱規(guī)定是1MOL的可燃物；②研究燃燒放出的熱量并未限定燃燒產(chǎn)物的形態(tài)，而研究標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱必須是生成穩(wěn)定的氧化物。所以，不同量的同一物質(zhì)完全燃燒，放出的熱量可能不同，但標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱是一定的。,【概念辨析】,1下列各組物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱相等的是（）A碳和一氧化碳B1MOL碳和2MOL碳C1MOL乙炔和2MOL碳D淀粉和纖維素,B,2858KJ/MOL,雖然將煤轉(zhuǎn)化為水煤氣再燃燒與直接燃燒煤所獲得的能量是一樣的，而且將煤轉(zhuǎn)化為水煤氣會增加消耗。但將煤轉(zhuǎn)化為水煤氣至少有兩個優(yōu)點一是將固體煤轉(zhuǎn)化為氣體，極大地提高了燃燒效率；二是通過轉(zhuǎn)化除去了硫，避免了SO2氣體的產(chǎn)生。,完成第9頁的“交流與討論”。,二、使用化石燃料的利弊及新能源的開發(fā),1、世界上最重要的化石燃料有哪些有何優(yōu)點2、廣義講，哪些物質(zhì)可稱為燃料,煤（主要成分C）、石油（主要為烴的混合物，其中重要產(chǎn)物汽油的主要成分為辛烷C8H18）、天然氣（主要成分甲烷）。優(yōu)點燃燒熱都很高。,廣義講，能夠發(fā)生燃燒，反應(yīng)放出熱量的物質(zhì)都可稱為燃料。,思考下列問題,3、從資源蘊藏、開采、運輸、資源綜合利用以及環(huán)境保護等方面探討煤作燃料的利弊。,從化學(xué)的角度，煤的燃燒熱雖高，但燃燒反應(yīng)速率慢，熱量利用率低；且煤是重要的化工原料，把煤作燃料燒掉不僅會產(chǎn)生SO2等有害氣體和煙塵，而且浪費資源。從綜合經(jīng)濟效益角度，通過清潔煤技術(shù)，如煤的液化和氣化，及實行煙氣凈化脫硫等，減少燃燒煤的對環(huán)境的污染，提高煤燃燒的熱利用率。,,資源豐富，可再生，對環(huán)境無污染或很少污染。最有希望的新能源太陽能、燃料電池、風(fēng)能和氫能等。,4、我國能源利用現(xiàn)狀如何調(diào)整和優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)的方向,我國是少數(shù)以煤為主要能源的國家，且煤燃燒的熱利用率較低。我國調(diào)整和優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)的方向一方面，要提高煤燃燒的熱利用率；另一方面，降低煤在能源結(jié)構(gòu)中的比率，節(jié)約油氣資源，加快開發(fā)水電、核電和新能源，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。,5、新能源的特點哪些是認(rèn)為最有希望的新能源,在一定條件下，CO和CH4燃燒的熱化學(xué)方程式分別為由1MOLCO和3MOLCH4組成的混合氣在上述條件下充分燃燒時，釋放的熱量為（）A．2912KJB．2953KJC．3236KJD．3867KJ,B,；△H－566KJ/MOL,；△H－890KJ/MOL,練習(xí),謝謝,