【正文】 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。 93/106 167。 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 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。此時(shí)，可以用下面介紹的第二種基準(zhǔn)。 能量衡算 167。 能量衡算 167。 能量衡算的基本原理 E. 無化學(xué)反應(yīng)過程的能量衡算 相變過程的能量衡算 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。 能量衡算 167。 能量衡算 167。 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 。 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 。 能量衡算 167。 能量衡算 167。 能量衡算的基本原理 B. 熱量計(jì)算中各種熱量的說明 （ 1）計(jì)算基準(zhǔn)，可取任何溫度，如有反應(yīng)過程，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 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) ， 因此不能說體系內(nèi)或某物體有多少熱量或功 。 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。 帶循環(huán)和旁路過程的物料衡算 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。 然后過濾 ， 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%。 物料衡算舉例 167。 物料衡算舉例 167。 49/106 167。 有反應(yīng)過程的物料衡算 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。 物料衡算舉例 167。 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) 。 物料衡算舉例 167。 無反應(yīng)過程的物料衡算 解 : 由 (7)、 (8)、 (9)三式解得 S2＝ 520 mol/h S4＝ 150 mol/h S5＝ 330 mol/h 再任選一組體系 A或 B的衡算方程，可解得： S3＝ 480 mol/h x3B ＝ x3T ＝ x3x ＝ 36/106 167。 物料衡算舉例 167。 物料衡算舉例 167。 物料衡算舉例 167。 物料衡算 167。 物料衡算 167。 ?0 21/106 167。 ③ 特殊化學(xué)品的物性 ， 如沸點(diǎn) 、 熔點(diǎn) 、 飽和蒸汽壓 、 閃點(diǎn)等 ?0 19/106 167。 基本原理 A. 物料衡算的目的 1. 確定原材料的消耗定額，判斷是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求。 16/106 167。 化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源 外文 中文 15/106 167。 工藝基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 167。 化工過程的開發(fā) 實(shí)例： 3H2＋ N2 2NH3 Fe 高溫、高壓 基本工藝步驟 1. 氣體的壓縮 2. 氣體的預(yù)熱和合成 3. 氨的分離 4. 未反應(yīng)氫、氮?dú)怏w的循環(huán) 5. 惰性氣體的排放 12/106 167。 工藝過程及過程參數(shù) 167。 工藝過程及過程參數(shù) 167。 工藝過程及過程參數(shù) 167。 它包括許多工序 ， 每個(gè)工序又由若干個(gè)或若干組設(shè)備 （ 如反應(yīng)器 、 蒸餾塔 、 吸收塔 、 干燥塔 ，分離器 、 換熱器及輸送設(shè)備等等 ） 組合而成 。1/106 第三章 物料衡算 與能量衡算 ?0 2/106 ?化工過程及過程參數(shù) ?化工工藝流程 ?物料衡算 ?熱量衡算 主要內(nèi)容 3/106 167。 物料通過各設(shè)備時(shí) ， 完成某種化學(xué)或物理處理 ， 最終成為合格的產(chǎn)品 。 化工過程 化 工 設(shè) 備 所 進(jìn) 行 的 主 要 操 作 混合 化學(xué)反應(yīng)是整個(gè)化工過程的核心。 化工過程 化工過程常用 流程圖 來表示 。 化工過程的開發(fā) 化工過程開發(fā)是指一個(gè)化學(xué)反應(yīng)從實(shí)驗(yàn)室過渡到第一套生產(chǎn)裝置的全部過程 。 工藝基礎(chǔ)數(shù)據(jù) 167。 化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源 查手冊(cè)或文獻(xiàn)資料 有關(guān)常用物質(zhì)的物性數(shù)據(jù)，前人已系統(tǒng)地進(jìn)行歸納總結(jié)，從表格或圖的形式表示。 化工過程類型 167。 化工過程類型 167。 2. 確定各設(shè)備的輸入及輸出的物流量，摩爾分率組成及其他組成表示方法。 物料衡算 167。 物料衡算 167。 基本原理 D. 物料衡算的程序 1. 確定衡算的對(duì)象、體系與環(huán)境，并畫出計(jì)算對(duì)象的草圖 體系 輸入物料 輸出物料 整個(gè)生產(chǎn)流程 操作單元 過程中的部分 工段或工序 某一設(shè)備 24/106 167。 基本原理 D. 物料衡算的程序 7. 列出過程的全部獨(dú)立的物料衡算方程式及其他相關(guān)約束式，化學(xué)反應(yīng)方程式，明確反應(yīng)前后物料組成和各個(gè)組分之間的定量關(guān)系、轉(zhuǎn)化率、選擇性 8. 選擇計(jì)算基準(zhǔn) 9. 統(tǒng)計(jì)變量個(gè)數(shù)與方程個(gè)數(shù)，確定設(shè)計(jì)變量的個(gè)數(shù)及全部設(shè)計(jì)變量 Nv ＝ Ns (Nc＋ 1) ＋ Np Nv－系統(tǒng)的總變量； Ns －物流中的組分?jǐn)?shù)； Nc －物流的股數(shù)； Np －設(shè)備參數(shù) Nd ＝ Nv － Ne Nd－設(shè)計(jì)變量數(shù)； Ne －獨(dú)立方程數(shù)； 27/106 167。 無反應(yīng)過程的物料衡算 分析： 本系統(tǒng)包括三個(gè)單元：吸收塔 、 蒸餾塔和冷凝器 。 無反應(yīng)過程的物料衡算 (2) 選擇基準(zhǔn)，可以選廢酸或濃酸的量為基準(zhǔn)，也可以用混 合酸的量為基準(zhǔn)，因?yàn)樗姆N酸的組成均已知，選任何一種作基準(zhǔn)計(jì)算都很方便。 無反應(yīng)過程的物料衡算 例 : 有兩個(gè)蒸餾塔的分離裝置，將含 50%苯、 30%甲苯和 20%（ mol%）二甲苯的混合物分成較純的三個(gè)餾分，其流程圖及各流股組成如圖。 物料衡算舉例 167。 有反應(yīng)過程的物料衡算 反應(yīng)轉(zhuǎn)化率、選擇性及收率等概念 %100121 ???AAAA NNNx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)。 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)。 有反應(yīng)過程的物料衡算 [例 32] 作年產(chǎn) 300t對(duì) 硝基乙苯工段物料衡算 ， 原料乙苯純度 95%， 硝化混酸為： HNO332%， H2SO456%， H2O12%。 物料衡算舉例 167。 物料衡算舉例 167。 物料衡算舉例 167。 帶循環(huán)和旁路過程的物料衡算 在化工過程中 ， 有一些具有循環(huán) 、 排放及旁路的過程 ， 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 。 帶循環(huán)和旁路過程的物料衡算 在不知道循環(huán)量的情況下，可采用以下兩種計(jì)算 : （ 1） 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 ， 并重新假設(shè)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) 。 K2CrO4的分子量為 195。 物料衡算舉例 167。 能量衡算 167。 第一，熱量是一種能量的形式，是傳遞過程中的能量形式； 第二，一定要有溫度差或溫度梯度，才會(huì)有熱量的傳遞。 功和熱量的單位在 SI制中為焦耳 ， 除此以外 ， 公制中的卡或千卡 、 英制中的英熱單位 (Btu)還常有使用 ， 應(yīng)注意它們之間的換算關(guān)系 。 能量衡算的基本原理 A、能量衡算的基本方程式 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 — 輸出的能量 ＝ 積累的能量 根據(jù)熱力學(xué)第一定律，能量衡算方程式的一般形式為： △ E ＝ Q＋ W △ E— 體系總能量變化 Q— 體系從環(huán)境中吸收的能量 W— 環(huán)境對(duì)體系所作的功 68/106 167。 ℃ )， Cp＝ a＋ bT ＋ cT2 ＋ dT3 ＋ eT4 T— 溫度（ ℃ ）， T2為物料溫度； T1為基準(zhǔn)溫度 ???? 21TT ppdTCnHQ 70/106 167。 能量衡算的基本原理 B. 熱量計(jì)算中各種熱量的說明 （ 5）設(shè)備加熱所需熱量 Q5在穩(wěn)定操作過程中不出現(xiàn)；但在開停工以及間歇操作的升溫降溫階段也有設(shè)備的升溫降溫?zé)岙a(chǎn)生：