物料和能量衡算概論-預(yù)覽頁(yè)
【正文】 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）。 進(jìn)行物料衡算時(shí)，必須首先確定衡算的體系。 ? l 、衡算范圍 指定的任何空間范圍。并標(biāo)出每個(gè)流股的已知變量（如流量、組成）及單位。 但是，計(jì)算基準(zhǔn)選擇得恰當(dāng)，可以使計(jì)算簡(jiǎn)化，避免錯(cuò)誤。 ( 3 ）對(duì)連續(xù)流動(dòng)體系，用單位時(shí)間作計(jì)算基準(zhǔn)有時(shí)較方便。 ( 3 ）確定衡算體系。 (7）校核計(jì)算結(jié)果。設(shè)備邊界就是體系邊界。 ( 4）校核計(jì)算結(jié)果。為了使所需的反應(yīng)順利進(jìn)行，或使其中較昂貴的又應(yīng)物全部轉(zhuǎn)化，常常使價(jià)格較低廉的一些反應(yīng)物用量過(guò)量。 ? 4 、轉(zhuǎn)化率（ x ） 某一反應(yīng)物反應(yīng)掉的量占其輸入量的百分?jǐn)?shù)。 轉(zhuǎn)化率、選擇性與收率三者之間的關(guān)系 : Y = S x 順酐的選擇性： S=Y/x＝ (%)/(%) =% % 二）、一般反應(yīng)過(guò)程的物料衡算 ? 對(duì)有化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的物料衡算，由于各組分在過(guò)程中發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，因此就不能簡(jiǎn)單地列組分的衡算式，必須考慮化學(xué)反應(yīng)中生成或消耗的量， 應(yīng)該根據(jù)化學(xué)反應(yīng)式，列衡算方程。在作這類(lèi)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(lèi)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(duì)反應(yīng)過(guò)程中化學(xué)反應(yīng)很復(fù)雜，無(wú)法用一、兩個(gè)反應(yīng)式表示的物料衡算題，可以列出元素衡算式，用代數(shù)法求解。 ? 在化工過(guò)程中具有循環(huán)、排放及旁路的過(guò)程的物料衡算與以上介紹的方法相類(lèi)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，列出一般過(guò)程物料衡算式再加上結(jié)點(diǎn)關(guān)系求解。 一、能量衡算的依據(jù) ? 能量守恒定律 輸入能量 +生成能量 = 消耗能量 +積累能量 +輸出能量 二、總能量衡算方程式 連續(xù)穩(wěn)態(tài)流動(dòng)過(guò)程 [能量輸入速率 ][能量輸出速率 ] =[能量積累速率 ] △ H+ △ Ek+ △ Ep=Q+W Q輸入體系的熱量 W輸入體系的總功 在實(shí)際中，上式視不同情況而有不同的形式： 1） 絕熱過(guò)程 Q=0， 動(dòng)、位能差可忽略 △ H=W 即用焓差計(jì)算環(huán)境向體系作功 2） 無(wú)作功過(guò)程 （多數(shù)化工操作過(guò)程） W=0， 動(dòng)、位能差可忽略 △ H=Q 3） 無(wú)功、熱傳遞過(guò)程 Q=0， W=0， 動(dòng)、位能差可忽略 △ H=0（焓平衡） 間歇過(guò)程 間歇過(guò)程（封閉體系）中，因體系與環(huán)境間沒(méi)有物質(zhì)交換，但有能量的交換。化工原理中的流體流動(dòng) —柏努力方程。也可以 100mol 或 100kmol 原料為基準(zhǔn)，但前者更常用。由于手冊(cè)、文獻(xiàn)上查到的熱力學(xué)數(shù)據(jù)大多是 298K 時(shí)的數(shù)據(jù)，故選298K 為基準(zhǔn)溫度，計(jì)算比較方便。 水蒸氣動(dòng)能： 17atm的 v= U=202m/s Ek=1/2(295)(202)2 = 1000kJ/min Q= 10(5)+ 10(3) = 10(5) kJ/min 動(dòng)能占總能量的 10(3)/ 10(5)=% 故本題可視為單純的 熱量衡算。 二）有化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的熱量衡算 化學(xué)反應(yīng)過(guò)程也常伴隨有大量的熱效應(yīng) ——吸熱或放熱。如果 uA是反應(yīng)物或生成物 A的化學(xué)計(jì)量系數(shù)， nA為溫度時(shí)所消耗而成生成的 A的摩爾數(shù)，則化學(xué)反應(yīng)的總焓差為： △ H= nA △ Hr/ uA 2） 恒容反應(yīng)熱 在恒 T恒 V下，反應(yīng)物在溫度 T時(shí)按化學(xué)計(jì)量系數(shù)完全反應(yīng)后內(nèi)能的變化，即為恒容反應(yīng)熱或恒容熱 Qv= △ Ur Qp與 Qv的關(guān)系：若果 ui是氣態(tài)反應(yīng)物或生成物 i的化學(xué)計(jì)量系數(shù)，且氣體為理想氣體，設(shè)液、固容積變化可忽略，則 △ Ur=△ Hr － △ nRT 反應(yīng)熱的計(jì)算 反應(yīng)熱來(lái)源：實(shí)測(cè) 由已有數(shù)據(jù)估算（蓋斯定律） 由標(biāo)準(zhǔn)生成熱 △ Hf計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱 △ Hr 1） 標(biāo)準(zhǔn)生成熱 △ Hf 在 1atm、 25℃ 由穩(wěn)定的單質(zhì)生成 1mol化合物的恒壓反應(yīng)熱。一般有兩種基準(zhǔn)： 一、已知 △ Hr （標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱） 則可選 1atm、 25℃ 為反應(yīng)物及產(chǎn)物的計(jì)算
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