物料衡算與能量衡算-課件

ppt課件1第四章物料衡算ppt課件2物料衡算的定義計(jì)算輸入或輸出的物流量及組分等。是工藝設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)！物料衡算的理論依據(jù)是質(zhì)量守恒定律，即在一個(gè)孤立物系中，不論物質(zhì)發(fā)生任何變化，它的質(zhì)量始終不變（不包括核反應(yīng)，因?yàn)楹朔磻?yīng)能量變化非常大，此定律不適用）。ppt課件3設(shè)計(jì)一種新的設(shè)備或裝置，必須根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，先作物料衡算，求出進(jìn)出各設(shè)備的物料量，然后再作能量衡算，求出設(shè)備或過程的熱負(fù)荷，從而確定設(shè)備尺寸及整個(gè)工藝流程。物料衡算與熱量衡算計(jì)算是化工工藝設(shè)計(jì)中最基本，也是最主要的計(jì)算內(nèi)容。物料衡算是熱量衡算的基礎(chǔ)。ppt課件44.1物料衡算的基本方法

4.1.1物料衡算進(jìn)行的主要步驟（1）確定衡算的范圍（對象、體系與環(huán)境），并畫出物料衡算方框圖。對于整個(gè)生產(chǎn)流程，要畫出物料流程示意圖（或流程方框圖）。繪制物料流程圖時(shí)，要著重考慮物料的種類和走向，輸入和輸出要明確。（2）寫出化學(xué)反應(yīng)方程式，包括主反應(yīng)和副反應(yīng)。（計(jì)算分子量）（3）確定計(jì)算任務(wù)，確定過程所涉及的組分，明確哪些是已知項(xiàng)，哪些是待求項(xiàng)，如年產(chǎn)量、生產(chǎn)能力、年工作日、產(chǎn)率、產(chǎn)品純度要求等。ppt課件5要進(jìn)行衡算計(jì)算，就要確定衡算的范圍?；ち鞒淘O(shè)計(jì)衡算的范圍可能有如下幾種情況：a、流程中某一個(gè)單元設(shè)備；b、流程中某幾個(gè)單元設(shè)備組合的子流程；c、整個(gè)流程。衡算計(jì)算范圍示意圖：邊界線（BoundaryLine）圍起來的區(qū)域構(gòu)成衡算范圍。ppt課件6ppt課件7（2）寫出化學(xué)反應(yīng)方程式，包括主反應(yīng)和副反應(yīng)。（計(jì)算分子量）（3）確定計(jì)算任務(wù)，確定過程所涉及的組分，明確哪些是已知項(xiàng)，哪些是待求項(xiàng)，如年產(chǎn)量、生產(chǎn)能力、年工作日、產(chǎn)率、產(chǎn)品純度要求等。（4）選擇計(jì)算基準(zhǔn)ppt課件8（5）收集計(jì)算需要數(shù)據(jù)資料（6）列出物料衡算方程式,進(jìn)行物料衡算列出過程的全部獨(dú)立物料平衡方程式及其他相關(guān)約束式,當(dāng)未知變量數(shù)等于獨(dú)立方程個(gè)數(shù)，可以用代數(shù)法求解。當(dāng)未知變量數(shù)多于獨(dú)立方程個(gè)數(shù)，只能采用試差法或計(jì)算機(jī)來解題。（7）將物料衡算結(jié)果列成輸入－輸出物料表(物料平衡表)，畫出物料平衡圖。

校核計(jì)算結(jié)果。ppt課件94.1.2物料衡算式進(jìn)行物料衡算時(shí)，根據(jù)質(zhì)量守恒定律，對某一個(gè)衡算體系，物料衡算的基本關(guān)系式應(yīng)該表示為：ppt課件10ppt課件11進(jìn)行物料、能量衡算時(shí)，必須選擇一個(gè)計(jì)算基準(zhǔn)。從原則上說選擇任何一種計(jì)算基準(zhǔn)，都能得到正確的解答。但是，計(jì)算基準(zhǔn)選擇得恰當(dāng)，可以使計(jì)算簡化，避免錯(cuò)誤。根據(jù)過程特點(diǎn)，計(jì)算基準(zhǔn)一般可以從以下幾個(gè)方面考慮：4.1.3物料衡算的基準(zhǔn)ppt課件12當(dāng)已知進(jìn)料（出料）時(shí)，則用100Kmol或100Kg進(jìn)料（出料）作基準(zhǔn)ppt課件13ppt課件14ppt課件15ppt課件16ppt課件17ppt課件184.2物料計(jì)算中用到的基本量4.2.1流體的流量和流速4.2.2摩爾分?jǐn)?shù)和質(zhì)量分?jǐn)?shù)4.2.3混合物的平均分子量4.2.4氣體的體積4.2.5氣體的密度ppt課件194.2.6液體的密度4.2.7物質(zhì)的飽和蒸汽壓4.2.8溶液上方蒸汽中各組分的分壓4.2.9轉(zhuǎn)化率、收率和選擇性4.2.10汽液平衡常數(shù)ppt課件20化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(1)基本物性數(shù)據(jù)—如臨界常數(shù)（臨界壓力、臨界溫度、臨界體積）、密度或比容、狀態(tài)方程參數(shù)、壓縮系數(shù)、蒸氣壓、氣一液平衡關(guān)系等。(2)熱力學(xué)物性數(shù)據(jù)—如內(nèi)能、焓、熵、熱容、相變熱、自由能、自由焓等。(3)化學(xué)反應(yīng)和熱化學(xué)數(shù)據(jù)—如反應(yīng)熱、生成熱、燃燒熱、反應(yīng)速度常數(shù)、活化能，化學(xué)平衡常數(shù)等。(4)傳遞參數(shù)—如粘度、擴(kuò)散系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)等。通常這些數(shù)據(jù)可用下列方法得到：

1、查手冊或文獻(xiàn)資料

2、計(jì)算?？梢詰?yīng)用物理和化學(xué)的一些基本定律計(jì)算各種物質(zhì)的性質(zhì)參數(shù)（如經(jīng)驗(yàn)公式）。

3、用實(shí)驗(yàn)直接測定。ppt課件214.3物理過程的物料衡算在系統(tǒng)中，物料沒有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的過程，稱為無反應(yīng)過程。這類過程通常又稱為化工單元操作，諸如流體輸送、粉碎、換熱、混合、分離（吸收、精餾、萃取、結(jié)晶、過濾、干燥）等。ppt課件22這種過程的物料衡算比較簡單，在物料流程簡圖中，設(shè)備邊界就是衡算體系邊界。對有多個(gè)設(shè)備的過程，進(jìn)行物料衡算時(shí)，可以劃分多個(gè)衡算體系。此時(shí)，必須選擇恰當(dāng)?shù)暮馑泱w系，這是很重要的步驟。不然會(huì)使計(jì)算繁瑣，甚至無法求解。ppt課件234.3.1混合過程例1一種廢酸，組成為23％(質(zhì)量％)HNO3，57％H2SO4和20％H2O，加入93％的濃H2SO4及90％的濃HNO3，要求混合成27％HNO3及60％H2SO4的混合酸，計(jì)算所需廢酸及加入濃酸的質(zhì)量。ppt課件24

總式x+y+z=100(1)

硫酸衡算式0.57x+0.93y=60(2)ppt課件25ppt課件264.3.2連續(xù)蒸餾過程例1ppt課件27ppt課件28ppt課件294.3.3增濕4.3.4氣體混合物的部分冷凝4.3.5液體混合物的部分氣化4.3.6閃蒸ppt課件304.3.7物理吸收ppt課件31*/ppt課件32ppt課件33ppt課件344.3.8提濃

4.3.9脫水ppt課件35ppt課件36ppt課件37ppt課件384.4用元素的原子平衡的方法作物料衡算元素衡算是物料衡算的一種重要形式。在作這類衡算時(shí)，并不需要考慮具體的化學(xué)反應(yīng)，而是按照元素種類被轉(zhuǎn)化及重新組合的概念表示為：輸入(某種元素)＝輸出(同種元素)對反應(yīng)過程中化學(xué)反應(yīng)很復(fù)雜，無法用一、兩個(gè)反應(yīng)式表示（無法寫出）的物料衡算題，可以列出元素衡算式，用代數(shù)法求解。ppt課件39ppt課件40丙烷ppt課件41A=93.76molB=3.148molppt課件424.5直接使用反應(yīng)計(jì)量方程式作物料衡算直接求解法有些化學(xué)反應(yīng)過程的物料衡算，有時(shí)只含一個(gè)未知量或組成，這類問題比較簡單，通常可根據(jù)化學(xué)反應(yīng)式直接求解，不必列出衡算式。ppt課件43ppt課件44ppt課件454.6利用聯(lián)系物料作物料衡算“聯(lián)系組分”是指隨物料輸入體系，但完全不參加反應(yīng)，又隨物料從體系輸出的組分，在整個(gè)反應(yīng)過程中，它的數(shù)量不變（惰性組分）。如果體系中存在聯(lián)系組分，那么輸入物料和輸出物料之間就可以根據(jù)聯(lián)系組分的含量進(jìn)行關(guān)聯(lián)。用聯(lián)系組分作衡算，尤其是對含未知量較多的物料衡算，可以使計(jì)算簡化。ppt課件46ppt課件47ppt課件48ppt課件49Nppt課件50ppt課件514.7復(fù)雜反應(yīng)體系使用產(chǎn)物、副產(chǎn)物各自的收率數(shù)據(jù)作物料衡算１.反應(yīng)轉(zhuǎn)化率、選擇性及收率等概念（1）限制反應(yīng)物：化學(xué)反應(yīng)原料不按化學(xué)計(jì)量比配料時(shí)，其中以最小化學(xué)計(jì)量數(shù)存在的反應(yīng)物稱為限制反應(yīng)物。（2）過量反應(yīng)物：不按化學(xué)計(jì)量比配料的原料中，某種反應(yīng)物的量超過限制反應(yīng)物完全反應(yīng)所需的理論量，該反應(yīng)物稱為過量反應(yīng)物。ppt課件52（3）過量百分?jǐn)?shù)：過量反應(yīng)物超過限制反應(yīng)物所需理論量的部分占所需理論量的百分?jǐn)?shù)。（4）轉(zhuǎn)化率（以x表示）：某一反應(yīng)物反應(yīng)掉的量占其輸入量的百分?jǐn)?shù)。應(yīng)用時(shí)必須指明某個(gè)反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率。若沒有指明時(shí)，則往往是指限制反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率。

ppt課件53（5）選擇性（以S表示）：反應(yīng)物反應(yīng)成目的產(chǎn)物所消耗的量占反應(yīng)物反應(yīng)掉的量的百分?jǐn)?shù)。若反應(yīng)物為A，生成的目的產(chǎn)物為D，轉(zhuǎn)化率與選擇性是反應(yīng)過程的兩個(gè)主要技術(shù)指標(biāo)。ppt課件54（6）收率（以Y表示）：目的產(chǎn)物的量除以反應(yīng)物（通常指限制反應(yīng)物）輸入量，以百分?jǐn)?shù)表示。它可以用物質(zhì)的量（摩爾數(shù)）或質(zhì)量進(jìn)行計(jì)算。轉(zhuǎn)化率、選擇性與收率三者之間的關(guān)系為Y=S·x例題分析見教材P161ppt課件554.8帶有物料循環(huán)流程的物料衡算這類過程的物料衡算與以上介紹的方法相類似，只是需要先根據(jù)已知的條件及所求的未知量選擇合適的衡算體系，列出物料衡算式再求解。如果存在聯(lián)系組分，則可以利用聯(lián)系組分計(jì)算。ppt課件56ppt課件57例題分析見教材P165pppt課件58ppt課件59ppt課件60ppt課件618ppt課件62ppt課件630ppt課件64(代數(shù)解法)試差法。估計(jì)循環(huán)流量，并繼續(xù)計(jì)算至循環(huán)回流的那一點(diǎn)。將估計(jì)值與計(jì)算值進(jìn)行比較，并重新假定一個(gè)估計(jì)值，一直計(jì)算到估計(jì)值與計(jì)算值之差在一定的誤差范圍內(nèi)。ppt課件653、在只有一個(gè)或兩個(gè)循環(huán)物流的簡單情況，只要計(jì)算基準(zhǔn)及系統(tǒng)邊界選擇適當(dāng)，計(jì)算?？珊喕?。一般在衡算時(shí)，先進(jìn)行總的過程衡算，再對循環(huán)系統(tǒng)，列出方程式求解。對于這類物料衡算，衡算系統(tǒng)選取得好壞是關(guān)鍵的解題技巧。ppt課件664.9多步串聯(lián)過程的物料衡算一般是按照生產(chǎn)過程的順序從前向后依次計(jì)算。例題分析見教材P168ppt課件67ppt課件68例題4合成氨原料氣中的CO通過變換反應(yīng)器而除去，如圖3-3所示。在反應(yīng)器1中大部分轉(zhuǎn)化，反應(yīng)器2中完全脫去。原料氣是由發(fā)生爐煤氣（78％N2，20％CO，2％CO2）和水煤氣（50%H2，50％CO）混合而成的半水煤氣。在反應(yīng)器中與水蒸汽發(fā)生反應(yīng)。得到物流中Ｈ２與Ｎ３之比為３：１，假定水蒸汽流率是原料氣總量（干基）的兩倍，同時(shí)反應(yīng)器1中CO的轉(zhuǎn)化率為80%,試計(jì)算中間物流（4）的組成。ppt課件69圖3－3ppt課件70解基準(zhǔn)：物流1為100mol/h；正反應(yīng)的反應(yīng)速率為r（mol/h）（1）過程先由總單元過程摩爾衡算式進(jìn)行計(jì)算，總衡算式為：N2衡算F5，N2=0.78×100＝78mol/hCO平衡0＝0.2×100+0.5F2–rH2O平衡F5,H2O＝F3–rCO2平衡F5,CO2＝0.02×100+rH2平衡F5,H2＝0.5F2+rppt課件71已知H2與N2之比為3：1F5,H2＝3F5,N2＝3×78＝234mol/h原料氣（干基）與水蒸汽之比為1：2F3＝2（F1+F2）將H2和CO平衡式相加，消去r，得：F2＝234-20＝214mol/h將F2值代入CO平衡式中，得：r＝20+107＝127mol/hF3＝2×（100+214）＝628mol/h最后，由CO2和H2O平衡得：F5,CO2＝129mol/h；F5,H2O＝628-127＝501mol/hppt課件72（2）計(jì)算反應(yīng)器1的反應(yīng)速率，然后計(jì)算物流4的組成由反應(yīng)速率的定義式得：r＝＝式中為I物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率。已知反應(yīng)器1中CO的轉(zhuǎn)化率為0.80，由此得反應(yīng)器1的反應(yīng)速率：r＝＝0.8[0.2×100+0.5×214]＝101.6mol/hppt課件73物流4中每一物流的流率已知r后，物流4中每一物流的流率可以用物料衡算求得，即：N2平衡：F4,N2＝0.78×100＝78mol/hCO平衡：F4,co＝127–r＝25.4mol/hH2O平衡：F4,H2O＝628–r＝526.4mol/hCO2平衡：F4,CO2＝2+r＝103.6mol/hH2平衡：F4,H2＝107+r＝208.6mol/h

物流4的組成（摩爾分率）為：N2：0.083；CO：0.027；H2O：0.559；CO2：0.110；H2：0.221。ppt課件74例題5K2CrO4從水溶液重結(jié)晶處理工藝是將每小時(shí)4500mol含33.33％（mol）的K2CrO4新鮮溶液和另一股含36.36％（mol）K2CrO4的循環(huán)液合并加入至一臺(tái)蒸發(fā)器中，蒸發(fā)溫度為120℃，用0.3MPa的蒸汽加熱。從蒸發(fā)器放出的濃縮料液含49.4％（mol）K2CrO4進(jìn)入結(jié)晶槽，在結(jié)晶槽被冷卻，冷至40℃，用冷卻水冷卻（冷卻水進(jìn)出口溫差5℃）。然后過濾，獲得含K2CrO4結(jié)晶的濾餅和含36.36％（mol）K2CrO4的濾液（這部分濾液即為循環(huán)液），濾餅中的K2CrO4占濾餅總物質(zhì)的量的95％。K2CrO4的分子量為195。試計(jì)算：蒸發(fā)器蒸發(fā)出水的量；K2CrO4結(jié)晶的產(chǎn)率；循環(huán)液（mol）/新鮮液（mol）的比率；蒸發(fā)器和結(jié)晶器的投料比（mol）。ppt課件75解：為了明確理解該重結(jié)晶處理工藝，先畫出流程框圖，如圖示。將每一流股編號且分析系統(tǒng)：圖3－4ppt課件76基準(zhǔn)：4500mol/h新鮮原料，以K表示K2CrO4，W表示H2O。設(shè)：F1——進(jìn)入蒸發(fā)器的新鮮物料量（mol/h）；F2——進(jìn)入蒸發(fā)器的循環(huán)物料量即濾液量（mol/h）；F3——新鮮液和循環(huán)液混合后的物料量（mol/h）；F4——出蒸發(fā)器的物料量（mol/h）；F5——結(jié)晶過濾后的濾餅總量（mol/h）；F6——蒸發(fā)器蒸出的水量（mol/h）；Pc——結(jié)晶過濾后濾餅中K的物質(zhì)量（mol/h）；Ps——結(jié)晶過濾后濾餅中濾液的物質(zhì)量（mol/h）；

x3——新鮮液和循環(huán)液混合后的K2CrO4組成(mol/h）。ppt課件77從已知條件可看出，濾餅里的溶液和結(jié)晶固體之間存在如下的關(guān)系（mol）：Ps=0.05×（Pc+Ps）Ps=0.05263Pc對系統(tǒng)1物質(zhì)K平衡：0.3333×F1=Pc+0.3636×Ps

聯(lián)立解得：Pc=1472molK2CrO4/h，Ps=77.5mol溶液/hH2O物料平衡：

F1（1-0.3333）=F6+F5×0.05×（1-0.3636）得：F6=2950.8mol/hppt課件78結(jié)晶過濾的總物料平衡：F4=Pc+Ps+F2F4=F2+1549.5結(jié)晶器水的平衡：F4（1-0.494）=（F2+1549.5×0.05）×（1-0.3636）聯(lián)立求解得：F2=5634.6mol/h；F4=7184mol/h

則：循環(huán)液/新鮮料液＝5634.6/7184＝1.25

最后，通過混合點(diǎn)系統(tǒng)3的物料平衡或蒸發(fā)器的物料平衡求出F3?；旌宵c(diǎn)的物料平衡：（F1+F2）＝F3

得：F3=10134.6mol/h由蒸發(fā)器的物料平衡可校核F3的計(jì)算是否正確：F3=F4+F6因此，設(shè)計(jì)的蒸發(fā)器與結(jié)晶槽的投料比為：F3/F4=10134.6/7184=1.41ppt課件79作業(yè)題1、物料衡算的方法和基本步驟有哪些？2、丙烷充分燃燒時(shí)要使空氣過量25%，燃燒反應(yīng)為C3H8+5O2=3CO2+4H2O求每100moL燃燒產(chǎn)物（煙道氣）需要加入多少丙烷和空氣？（元素衡算法）ppt課件803、某廠用空氣氧化鄰二甲苯生產(chǎn)苯酐。原料流量為：205Kg/h鄰二甲苯，4500m3（STP）/H空氣。從反應(yīng)計(jì)量關(guān)系可知，生成1mOL的苯酐需要反應(yīng)掉1mOL鄰二甲苯。經(jīng)化驗(yàn)得到反應(yīng)器出口組成如下組成苯酐順酐鄰二甲苯O2N2其它合計(jì)%（mOL0.650.040.0316.58784.7100ppt課件81試計(jì)算（1）鄰二甲苯的轉(zhuǎn)化率，苯酐的收率、反應(yīng)的選擇性；（2）苯酐的年產(chǎn)量（年工作日330天）（用聯(lián)系組分衡算法）4、作氨合成系統(tǒng)的物料衡算。已知（1）新鮮原料氣組成如下（2）氨合成塔入口氣體含氨2.5%（摩爾分?jǐn)?shù)）（3）氨合成塔出口氣體含氨11%；（4）放空氣中（Ar+CH4）的含量為19.296%；（5）忽略氣體在液氨中的溶解；（6）氨合成塔出口氣體含氨量與放空氣中氨的含量近似相等。組成H2N2CH3Ar合計(jì)%（mOL73.72924.5581.4200.293100ppt課件825、有一個(gè)蒸餾塔，輸入和輸出物料量及組成如下圖。輸入物料中A組分的98。7％自塔頂蒸出。求每千克輸入物料可得到塔頂餾出物2的量及其組成。

ppt課件83第五章熱量衡算主要內(nèi)容1、熱量衡算基本原理、方法和步驟；2、加熱劑與冷卻劑；

3、熱量衡算舉例。ppt課件845.1熱量衡算在化工設(shè)計(jì)工作中的意義

能量衡算的基礎(chǔ)是物料衡算，只有在進(jìn)行完整的物料衡算后才能作出能量衡算。而物料衡算和能量衡算又是設(shè)備計(jì)算的基礎(chǔ)?；ぴO(shè)計(jì)中的能量衡算主要是熱量衡算。ppt課件85通過熱量衡算可確定傳熱設(shè)備的熱負(fù)荷、反應(yīng)器的換熱量、設(shè)備進(jìn)出口溫度等，以此為依據(jù)計(jì)算傳熱面積換熱設(shè)備的蒸汽用量或冷卻水用量、以及傳熱設(shè)備的形式、尺寸等，并為反應(yīng)器、結(jié)晶器、塔式設(shè)備、輸送設(shè)備、壓縮系統(tǒng)、分離及各種控制儀表等提供參數(shù)，以確定單位產(chǎn)品的能耗指標(biāo)；同時(shí)也為非工藝專業(yè)（熱工、電、給水、冷暖）設(shè)計(jì)提供設(shè)計(jì)條件作準(zhǔn)備。

ppt課件865.2熱量衡算的基本方法

能量衡算是能量守恒定律的應(yīng)用，能量是熱能、電能、化學(xué)能、動(dòng)能、輻射能的總稱?；どa(chǎn)中最常用的能量形式為熱能，故化工設(shè)計(jì)中經(jīng)常把能量衡算稱為熱量計(jì)算。熱量衡算的一般步驟與物料衡算相同，亦包括畫出流程簡圖、劃分衡算系統(tǒng)、列寫衡算方程式與約束式，求解方程組及結(jié)果整理等若干步驟。5.2.1熱量衡算的基本關(guān)系式ppt課件87ppt課件88熱量衡算的基本關(guān)系式5.2.2熱量的計(jì)算方法根根據(jù)能量守恒原理，能量衡算的基本方法可表示為：輸入的能量一輸出的能量＝積累的能量總能量衡算連續(xù)流動(dòng)過程的總能量衡算（熱力學(xué)第一定律）Q+W＝?H+?Ek+?EP或Q+W=?H+g?z+?u2/2ppt課件89動(dòng)能（Ek）運(yùn)動(dòng)著的流體具有動(dòng)能；位能（EP）物體自某一基準(zhǔn)面移高到一定距離，由于這種位移而具有的能量。靜壓能（Ez）流體由于一定的靜壓強(qiáng)而具有的能量。內(nèi)能（U）內(nèi)能是指物體除了宏觀的動(dòng)能和位能外所具有的能量。焓(H)H＝U＋PV對于純物質(zhì)，焓可表示成溫度和壓力的函數(shù)：H=H(T，P)ΔH-單位質(zhì)量流體的焓變。ppt課件90在進(jìn)行設(shè)備熱量衡算時(shí)，位能變化，動(dòng)能變化，外功變化都相對較小，可忽略不計(jì)，簡化Q=?H?H=Hin-Hout熱量衡算就是計(jì)算在指定的條件下進(jìn)出物料的總焓變，從而確定過程傳遞的熱量。在實(shí)際計(jì)算時(shí)，由于進(jìn)出設(shè)備的物料不止一個(gè)，因此可改寫為：ΣQ=ΣH1–ΣH2

ppt課件91另外在熱量衡算中，如果無軸功條件下（其它能量變化忽略不計(jì)），進(jìn)入系統(tǒng)加熱量與離開系統(tǒng)的熱量應(yīng)平衡，即在實(shí)際應(yīng)用中對傳熱設(shè)備的熱量衡算也可表示為：

∑Q進(jìn)＝∑Q出Q1+Q2+Q3＝Q4+Q5+Q6+Q7式中：Q1－所處理的物料帶到設(shè)備中去的熱量；

Q2－過程放出的熱量；ppt課件92Q3

－由加熱劑傳給設(shè)備的熱量；

Q4

－物料由設(shè)備中帶出的熱量；

Q5－冷卻劑帶出的熱量；Q6

－過程吸收的熱量；

Q7

－設(shè)備向四周散失的熱量。ppt課件935.2.2熱量的計(jì)算方法（1）等壓條件下，在沒有化學(xué)反應(yīng)和聚集狀態(tài)變化時(shí)，物質(zhì)溫度從T1變化到T2時(shí)，過程顯熱在化工計(jì)算中常用恒壓熱容Cp，由于比熱容是溫度的函數(shù)，常用冪次方程式表示，因此其計(jì)算式可表示為：Q＝n

式中：n－物料量（mol）；

Cp－物料比熱容（kJ/mol·℃）,Cp=a+bT+cT2

+dT3+eT4T－溫度（℃）或(k)，ppt課件94也可以用下式表示：Q＝nCpm（T2-

T1）

Cpm－物料平均定壓比熱容（kJ/mol·℃）（2）計(jì)算過程的焓變Q=△H可設(shè)計(jì)途徑計(jì)算焓差（△H只與始態(tài)和終態(tài)有關(guān)，與過程無關(guān)）ppt課件955.2.3熱量衡算的基準(zhǔn)熱量衡算的基準(zhǔn)：數(shù)量基準(zhǔn)、溫度基準(zhǔn)和相態(tài)基準(zhǔn)。數(shù)量基準(zhǔn)是指選那個(gè)量作基準(zhǔn)來衡算熱量。對于連續(xù)操作一般以單位時(shí)間進(jìn)料量（即進(jìn)料速率）為基準(zhǔn)1Kmol/h、1Kg/h。溫度相態(tài)的基準(zhǔn)(任意規(guī)定），溫度（298K）和相態(tài)基準(zhǔn)的確定才能從有關(guān)手冊中查得相關(guān)的熱力學(xué)數(shù)據(jù)以便用于衡算。同一物料，進(jìn)出口的基準(zhǔn)態(tài)必須相同。ppt課件965.3熱量衡算中使用的基本數(shù)據(jù)

(1)熱力學(xué)物性數(shù)據(jù)—如內(nèi)能、焓、熵、熱容、相變熱、自由能、自由焓等。(2)化學(xué)反應(yīng)和熱化學(xué)數(shù)據(jù)—如反應(yīng)熱、生成熱、燃燒熱等。通常這些數(shù)據(jù)可用下列方法得到：

1、查手冊或文獻(xiàn)資料。

2、計(jì)算?？梢詰?yīng)用物理和化學(xué)的一些基本定律計(jì)算各種物質(zhì)的性質(zhì)參數(shù)。

3、用實(shí)驗(yàn)直接測定。舉例見教材ppt課件975.3.1ppt課件98ppt課件995.3.3ppt課件100ppt課件101ppt課件1025.3.4ppt課件103ppt課件1045.4一些物質(zhì)的熱力學(xué)性質(zhì)圖

焓溫圖(H-T)溫熵圖(T-S)蒸汽的焓熵圖(H-S)溶液焓濃圖壓焓圖(P-H)ppt課件1055.5物理過程的熱量衡算

5.5.1氣化5.5.2分流5.5.3溶液稀釋5.5.4增濕5.5.5非等溫吸收5.5.6連續(xù)蒸餾5.5.7提濃ppt課件106無化學(xué)反應(yīng)過程的能量衡算，一般應(yīng)用于計(jì)算指定條件下進(jìn)出過程物料的焓差，用來確定過程的熱量，進(jìn)而計(jì)算冷卻或加熱介質(zhì)的用量和溫差。為了計(jì)算一個(gè)過程的?H，可以用假想的、由始態(tài)到終態(tài)幾個(gè)階段來代替原過程，這些階段的焓變應(yīng)該是可以計(jì)算的，所需的數(shù)據(jù)也可以得到的。由于焓是狀態(tài)函數(shù)，?H與過程無關(guān)，只與始終狀態(tài)有關(guān)。所以每一階段的?H之和即為全過程的?H。ppt課件107△H＝△H1+△H2ppt課件108途徑中各個(gè)階段的類型，一般有下面五種：（1）恒溫時(shí)壓力的變化；（2）恒壓時(shí)溫度的變化；（3）恒壓恒溫時(shí)相態(tài)的變化；（相變熱）（4）兩個(gè)或兩個(gè)以上物質(zhì)在恒壓恒溫的混合和分離；（5）恒溫恒壓時(shí)的化學(xué)反應(yīng)過程。（如有化學(xué)反應(yīng)）ppt課件109相變熱

汽化和冷凝、熔化和凝固、升華和凝華等相變過程往往伴有顯著的內(nèi)能和焓的變化，在恒定的溫度和壓力下，單位質(zhì)量或摩爾的物質(zhì)發(fā)生相的變化時(shí)的焓變稱為相變熱。例如100oC、latm時(shí)液體水轉(zhuǎn)變成水汽的焓變?H等于40.6kJ/mol，稱為在該溫度和壓力下水的汽化潛熱。ppt課件110相變熱獲得方法：純物質(zhì)正常沸點(diǎn)（熔點(diǎn)）相變熱查手冊。設(shè)計(jì)途徑求算。用經(jīng)驗(yàn)方程計(jì)算相變熱。ppt課件111

例

在一熱交換器中用壓強(qiáng)為136kpa的飽和蒸汽加熱298k的空氣，空氣流量為1kg/s，蒸汽的流量為0.01kg/s，冷凝水在飽和溫度381K下排出。若取空氣的平均比熱為1.005kJ/kg·k，試計(jì)算空氣出口溫度（熱損失忽略不計(jì)）。ppt課件112解：過程如圖示：

數(shù)量基準(zhǔn)每秒鐘蒸汽、空氣的流量

溫度基準(zhǔn)取進(jìn)口空氣溫度298K，因而其焓為零，即H冷空氣=0

壓強(qiáng)為136kpa的飽和蒸汽，查得其焓H蒸汽.281K=2690KJ/kg，同時(shí)查得H冷凝水281K=452.9KJ/kg

衡算范圍封閉虛線所示范圍

對此連續(xù)穩(wěn)定過程ΣQ入=ΣQ出

其中：

ΣQ入=ΣQ蒸汽+ΣQ冷空氣=0.001×H蒸汽+1×H冷空氣

ΣQ出=ΣQ熱空氣+ΣQ冷凝水=1×1.005（T-298）+0.001×H冷凝水

T：熱空氣溫度

將數(shù)據(jù)代入解得T=320.3K

ppt課件1135.6伴有化學(xué)反應(yīng)過程的熱量衡算

一般有兩種情況：已知25℃的反應(yīng)熱數(shù)據(jù)和已知反應(yīng)溫度下的反應(yīng)熱數(shù)據(jù)。ppt課件114進(jìn)口溫度，反應(yīng)前物料出口溫度，反應(yīng)后物料反應(yīng)前物料反應(yīng)后物料，25Cppt課件115若已知反應(yīng)溫度下的反應(yīng)熱數(shù)據(jù)，則仍可按假設(shè)的熱力學(xué)途徑進(jìn)行，只是溫度為反應(yīng)溫度，且在計(jì)算反應(yīng)焓變△H2時(shí)，應(yīng)使用反應(yīng)溫度下的反應(yīng)熱數(shù)據(jù)。ppt課件116ppt課件117ppt課件118ppt課件119ppt課件120ppt課件121ppt課件122ppt課件1235.7化工生產(chǎn)常用熱載體

在較低壓力下可達(dá)到較高溫度；化學(xué)穩(wěn)定性高；沒有腐蝕作用；熱容量大；冷凝熱大；無火災(zāi)或爆炸危險(xiǎn)性；無毒性；價(jià)廉；溫度易于調(diào)節(jié)。加熱劑的選擇要求ppt課件124加熱劑和冷卻劑序號加熱劑冷卻劑使用溫度范圍℃給熱系數(shù)w/(m2·℃)優(yōu)缺點(diǎn)及使用場合1熱水40～10050～1400對于熱敏性的物料用熱水加熱較為保險(xiǎn),但傳熱情況不及蒸汽好,且本身易冷卻,不易調(diào)節(jié)2飽和蒸汽100～180300～3200冷凝潛熱大,熱利用率高,溫度易于調(diào)節(jié)控制,如用中壓或高壓蒸汽,使用溫度還可提高3過熱蒸汽180～300可用于需較高溫度的場合,但傳熱效果比蒸汽低的多,且不易調(diào)節(jié),較少使用4導(dǎo)熱油180～25058～175不需加熱即可得到較高溫度,使用方便,加熱均勻5道生液180～250110～450為C6H5-C6H526.5%與C6H5-O-C6H573.5%的混合物,加熱均勻,溫度范圍廣,易于調(diào)節(jié),蒸汽冷凝潛熱大,熱效率高,需道生爐及循環(huán)裝置6道生蒸汽250～350340～6807煙道氣500～100012～50可用煤、煤氣或燃油燃燒得到，可得到較高溫度，特別適用于直接加熱空氣的場合8電加熱500設(shè)備簡單、干凈、加熱快，溫度高，易于調(diào)節(jié)。但成本高，適用于用量不太大、要求高的場合。9熔鹽400～540NaNO240%；KNO353%NaNO37%的混合物?？捎糜谛韪邷氐墓I(yè)生產(chǎn)。但本身熔點(diǎn)高，管道和換熱器都需要保溫。傳熱系數(shù)高，蒸汽壓低，穩(wěn)定。10冷卻水30～20是最普遍的保溫劑，使用設(shè)備簡單，控制方便，廉價(jià)11冰0～30大多用于染料工業(yè)中直接防于鍋內(nèi)調(diào)節(jié)反應(yīng)，穩(wěn)定效果較好，但會(huì)使反應(yīng)液沖淡，并使反應(yīng)鍋體積增大12冷凍鹽水-15～30使用方便，冷卻效果好，但需冷卻系統(tǒng)，投資大，一般用于冷卻水無法達(dá)到的低溫冷卻。ppt課件1255.8冷凍劑和載冷體

5.8.1冷凍劑（1）氨（2）二氧化碳（3）氟利昂（4）乙烯、丙稀等5.8.2載冷體（1）冷凍鹽水（2）氯化鈉（3）氯化鈣（4）氯化鎂ppt課件1265.9

加熱劑和冷卻劑的用量的計(jì)算

（1）直接蒸汽加熱時(shí)的蒸汽用量：

W=Q2/（ΔH–CPtK）（3-17）式中：W——蒸汽消耗量（Kg）；

Q——由加熱劑傳給設(shè)備或物料加熱所需的熱量（KJ）；ΔH——蒸汽加熱焓量（KJ/Kg）；

tK——被加熱液體的最終溫度（℃）；CP——被加熱液體的比熱容（KJ/Kg·℃）。為簡化起見，通常蒸汽加熱時(shí)的蒸汽用量計(jì)算僅考慮蒸汽放出的冷凝熱。ppt課件127（2）間接蒸汽加熱時(shí)的蒸汽的用量：

W=Q/ΔH

式中：W——蒸汽消耗量（Kg）；

Q——由加熱劑傳給設(shè)備或物料加熱所需的熱量（KJ）；

ΔH=H2-H1

H1——蒸汽焓值（KJ/Kg）；

H1——冷凝水的焓值（KJ/Kg·℃）。ppt課件128（3）燃料消耗量：M=Q/η

q

（3-19）式中：M——燃料消耗量，Kg/h或Kg

Q——由加熱劑傳給設(shè)備或物料加熱所需的熱量（KJ）；