【正文】 167。若沒(méi)有指明時(shí)，則往往是指 限制反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率 。 若反應(yīng)物為 A， 生成的目的產(chǎn)物為 D， ND表示生成的目的產(chǎn)物 D的摩爾數(shù) ， a、 d分別為反應(yīng)物 A與目的產(chǎn)物 D的化學(xué)計(jì)量系數(shù) ， 則選擇性為 %10021????AADNNdaNS式中 NA1－ NA2為反應(yīng)物 A反應(yīng)掉的摩爾數(shù) 。 有反應(yīng)過(guò)程的物料衡算 反應(yīng)轉(zhuǎn)化率、選擇性及收率等概念 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。 物料衡算舉例 167。 配制混酸所用的原料： H2SO4 93%， HNO3 96% 及 H2O， 年工作日 300天 ， 假設(shè)轉(zhuǎn)化率為 100%， 間歇生產(chǎn) 。 有反應(yīng)過(guò)程的物料衡算 解： （ 2）原料乙苯量 基準(zhǔn)：間歇生產(chǎn)，以每天生產(chǎn)的 kg數(shù)為基準(zhǔn) C2H5 ＋ HNO3 H2SO4, H2O C2H5 C2H5 C2H5 ＋ H2O NO2 NO2 NO2 G1 G2 G3 G4 G5 M: 63 43/106 167。 有反應(yīng)過(guò)程的物料衡算 解： （ 3）配酸量及水量 混酸量： ＝ kg 純 HNO3量： ＝ kg 96% HNO3量： / ＝ kg 純 H2SO4量： ＝ kg 93% H2SO4量： / ＝ kg 加水量： ＝ kg 45/106 167。 有反應(yīng)過(guò)程的物料衡算 解： （ 5）廢酸量 HNO3消耗量： 63/ ＝ kg 水生成量： ＝ kg 廢酸中 HNO3量： ＝ kg H2SO4量： kg H2O量： ＋ ＝ kg 廢酸總量： ＋ 1536 ＋ ＝ kg 廢酸組成： HNO3 %， H2SO4 %， H2O % 47/106 167。 有反應(yīng)過(guò)程的物料衡算 [例 33] 工業(yè)上，合成氨原料氣中的 CO通過(guò)變換反應(yīng)器而除去，如圖所示。 49/106 167。 有反應(yīng)過(guò)程的物料衡算 解： 已知 H2與 N2之比為 3： 1 F5,H2 ＝ 3F5,N2 ＝ 3 78 ＝ 234 mol/h 原料氣（干基）與水蒸氣之比 1： 2 F3 ＝ 2（ F1＋ F2 ） 將 H2和 CO平衡式相加，消去 r，得： F2 ＝ 234 － 20 ＝ 214 mol/h 將 F2值代入 CO平衡式中，得： r總 ＝ 20 ＋ 107＝ 127 mol/h F3 ＝ 2 （ 100+214）＝ 628 mol/h 最后，由 CO2和 H2O平衡式得： F5,CO2 ＝ 100＋ 127 ＝ 129 mol/h F5,H2O ＝ 628127 ＝ 501 mol/h 51/106 167。 物料衡算舉例 167。 物料衡算舉例 167。 物料衡算舉例 167。 56/106 167。 然后過(guò)濾 ， 獲得含 K2CrO4結(jié)晶的濾餅和 %(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%。 帶循環(huán)和旁路過(guò)程的物料衡算 解： （ 1）先畫(huà)出流程框圖，并將流股編號(hào) 蒸發(fā)過(guò)程 蒸發(fā)過(guò)程 F1 F2 F3 F4 F5 F6 系統(tǒng) 1 系統(tǒng) 2 系統(tǒng) 3 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 — 進(jìn)入蒸發(fā)器的新鮮物料量（ mol/h） F5 — 出蒸發(fā)器的物料量（ mol/h） F6 — 蒸發(fā)器蒸發(fā)出的水量（ mol/h） PC — 結(jié)晶過(guò)濾后濾餅中 K2CrO4的物質(zhì)量（ mol/h） PS — 進(jìn)入蒸發(fā)器的新鮮物料量（ mol/h） x3 — 新鮮液和循環(huán)液混合后的 K2CrO4組成（ mol/h） 58/106 167。 帶循環(huán)和旁路過(guò)程的物料衡算 解： 對(duì)系統(tǒng) 1中 H2O物料平衡： F1（ 1－ ）＝ F6＋ F5 （ ） 4500 ＝ F6＋ （ Pc＋ Ps） 3000 ＝ F6＋ ＝ F6＋ F6 ＝ mol/h 系統(tǒng) 2（結(jié)晶過(guò)濾）的總物料平衡： F4 ＝ F2＋ Pc＋ Ps F4 ＝ F2＋ 結(jié)晶器中水平衡： F4 (1 － )＝ (F2＋ ) (1 － ) F2 ＝ mol/h F4 ＝ 7184 mol/h 60/106 167。 能量衡算 在化工生產(chǎn)中 ， 能量的消耗是一項(xiàng)重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo) ， 它是衡量工藝過(guò)程 、設(shè)備設(shè)計(jì) 、 操作制度是否先進(jìn)合理的主要指標(biāo)之一 。 能量衡算 167。 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。 能量衡算的基本概念 二、幾個(gè)與能量衡算有關(guān)的重要物理量 熱量（ Q） 溫度不同的兩物體相接觸或靠近，熱量從熱（溫度高）的物體向冷（溫度低）的物體流動(dòng)，這種由于溫度差而引起交換的能量，稱為熱量。 能量衡算 167。 功和熱量都是能量傳遞的兩種不同形式 ， 它們不是物系的性質(zhì) ， 因此不能說(shuō)體系內(nèi)或某物體有多少熱量或功 。 能量衡算 二、幾個(gè)與能量衡算有關(guān)的重要物理量 焓 (H) H＝ U＋ PV 對(duì)于純物質(zhì)，焓可表示成溫度和壓力的函數(shù)： H=H(T， P) 對(duì) H全微分： 因此焓差可表示成： dPPHdTTHdHTP?????? ????????? ???Cp 很小 ??? 2112TT pdTCHH 66/106 167。 能量衡算 167。 能量衡算的基本原理 在無(wú)外功條件下，進(jìn)入系統(tǒng)加熱能與離開(kāi)系統(tǒng)的熱能平衡： ∑Q進(jìn) ＝ ∑Q出 Q1＋ Q2 ＋ Q3 ＝ Q4＋ Q5＋ Q6 Q1 — 物料帶到設(shè)備中去的熱量 （ kJ） Q2 — 由加熱劑（冷卻劑）傳給設(shè)備的熱量或加熱與冷卻物料所 需熱量。 能量衡算的基本原理 B. 熱量計(jì)算中各種熱量的說(shuō)明 （ 1）計(jì)算基準(zhǔn)，可取任何溫度，如有反應(yīng)過(guò)程，一般取 25℃ （ 2）物料的顯熱可用焓值或比熱容進(jìn)行計(jì)算 n— 物料量（ mol） Cp— 物料的比熱容 (kJ/mol 能量衡算的基本原理 B. 熱量計(jì)算中各種熱量的說(shuō)明 （ 3） Q2熱負(fù)荷的計(jì)算， Q2等于正值為需要加熱， Q2等于負(fù)值為 需要冷卻。 能量衡算 167。 能量衡算 167。 能量衡算 167。 5. 當(dāng)產(chǎn)生過(guò)程及物料組成較復(fù)雜時(shí)，可以列出熱量衡算表 ?0 74/106 167。 因此作這些設(shè)備的能量衡算時(shí) ， 總能量衡算式可以簡(jiǎn)成 Q = ?H 。 連續(xù)穩(wěn)定流動(dòng)過(guò)程總能量衡算式： ?H＋ ?u2/2＋ g?Z＋ ?(PV)＝ Q＋ Wj 75/106 167。 為了計(jì)算一個(gè)過(guò)程的 △H， 可以用假想的 、 由始態(tài)到終態(tài)幾個(gè)階段來(lái)代替原過(guò)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 。 能量衡算 167。 能量衡算 167。 ② 熔化潛熱 (?Hm) 當(dāng) T和 P不變 ， 單位數(shù)量的固體熔化所需的熱量 。 能量衡算 167。 如果查到的數(shù)據(jù) ， 其條件不符合要求時(shí) ， 可設(shè)計(jì)一定的計(jì)算途徑來(lái)求算 。 能量衡算的基本原理 E. 無(wú)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的能量衡算 相變過(guò)程的能量衡算 常用的幾種相變熱計(jì)算方法： 特魯頓 （ Trouton） 法則 是計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)汽化熱 （ 正常沸點(diǎn)時(shí)的 ?H ） 的簡(jiǎn)單方法： ?H＝ bTb 陳氏 （ Chen） 方程 此方程由液體沸點(diǎn) 、 臨界常數(shù)推算正常沸點(diǎn)時(shí)的汽化熱 克勞修斯 — 克拉貝隆 （ ClausiusClapeyron） 方程 lnP* ＝ ?Hv/RT＋ B 80/106 167。 象鄰二甲苯氧化制苯二甲酐 、 乙烯氧化制氧化乙烯這些主要的工業(yè)過(guò)程 ， 就是放熱反應(yīng) ， 乙苯脫氫制苯乙烯就是吸熱反應(yīng) 。 能量衡算 167。 能量衡算 167。 能量衡算 167。 選好基準(zhǔn)后，為了計(jì)算過(guò)程的簡(jiǎn)便，可以畫(huà)一張表，將進(jìn)出口流股中組分的流率 ni和焓 ?H填入表內(nèi)，然后按下式計(jì)算過(guò)程的 ?H： 84/106 167。此時(shí)，可以用下面介紹的第二種基準(zhǔn)。 能量衡算 167。 9 熔鹽 400540 NaNO2 40%、 KNO3 53%及 NaNO3 7%的混合物，可用于高溫，管道和換熱器需蒸汽保溫，傳熱系數(shù)高，蒸汽壓低，穩(wěn)定 10 冷卻水 3020 最普遍的冷凍劑，設(shè)備簡(jiǎn)單，控制方便，廉價(jià) 11 冰 030 多用于反應(yīng)爐內(nèi)調(diào)節(jié)反應(yīng)，穩(wěn)定效果較好，但會(huì)沖淡反應(yīng)液，并使反應(yīng)爐體積增大。 能量衡算 167。 能量衡算 167。 能量衡算 167。 加熱劑與冷卻劑 C. 加熱劑和冷卻劑的用量計(jì)算 （ 4）冷卻劑消耗量 W＝ Q2 / CP （ tK－ tH） W— 冷卻劑消耗量（ kg） Q2— 由加熱劑傳給設(shè)備或物料加熱所需的熱量（ kJ） CP— 冷卻劑的比熱容（ kJ/kg 加熱劑與冷卻劑 C. 加熱劑和冷卻劑的用量計(jì)算 （ 5）電能消耗量 E＝ Q2 / 860h E— 電能消耗量（ kWh） Q2— 由加熱劑傳給設(shè)備或物料加熱所需的熱量（ kJ） h— 電熱裝置的電工效率，一般取 92/106 167。 93/106 167。 能量衡算 167。 T1 t1 t2 T2 )tT()tT(ln)tT()tT(tt12211221m,m?????????有效)tT()tT(ln)tT()tT(tt22112211m,m?????????有效 95/106 167。 能量衡算 167。 能量衡算 167。 熱量衡算中的幾個(gè)問(wèn)題 B. 壁溫的確定 Q Tw2 器壁 tw1 冷流體 t2 熱流體 t1 a1 a2 熱流體側(cè)壁溫： tw1＝ t1－ K(t1 － t2)/a1 冷流體側(cè)壁溫： tw2＝ t2＋ K(t1 － t2)/a2 K— 總傳熱系數(shù) 器壁平均溫度： tw＝（ tw1 ＋ tw2)/2 一般金屬薄壁： tw＝ tw1 ＝ tw2 當(dāng) a1 ＝ a2時(shí)： tw ＝（ t1 ＋ t2)/2 a1 a2 時(shí)： tw＝ t1 , K＝ a2 a1 a2時(shí)： tw＝ t2 , K＝