【文章內(nèi)容簡介】 中單位均按以下的標(biāo)準(zhǔn)： 質(zhì)量：kg；能量：KJ/（kg ℃）； 溶解熱/汽化熱/燃燒熱：KJ/mol；溫度：℃ 熱量衡算依據(jù)及原則 熱量衡算的主要依據(jù) 能量衡算是以車間物料衡算的結(jié)果為基礎(chǔ)進(jìn)行的，所以，車間物料衡算 表是進(jìn)行車間能量衡算的首要條件。 能量衡算的主要依據(jù)是能量守恒定律，其數(shù)學(xué)表達(dá)形式為能量守恒基本方程： 由環(huán)境輸入到系統(tǒng)的能量=由系統(tǒng)輸出到環(huán)境的能量+系統(tǒng)內(nèi)積累的能量 對于車間工藝設(shè)計(jì)中的能量衡算，許多項(xiàng)目可以忽略，而且車間能量衡算的目的是要確定設(shè)備的熱負(fù)荷，所以，能量衡算可簡化為熱量衡算。 設(shè)備的熱量平衡方程式 對于有傳熱要求的設(shè)備，其熱量平衡方程式為： Q1 + Q2 + Q3 = Q4 + Q5 +Q6（32） Q1物料帶入到設(shè)備的熱量 KJ； Q2加熱劑或冷卻劑傳給設(shè)備和所處理物料的熱量 KJ； Q3過程熱效應(yīng) KJ； Q4 物料離開設(shè)備所帶走的熱量 KJ； Q5 加熱或冷卻設(shè)備所消耗的熱量 KJ ； Q6 設(shè)備向環(huán)境散失的熱量 KJ 。 在熱量衡算過程中的 Q2,即設(shè)備熱負(fù)荷，是衡算的主要目的。 熱量平衡方程式中各熱量項(xiàng)的計(jì)算 1. Q1與Q4 Q1與Q4均可用下式計(jì)算 Q1(Q4) = ∑mtCp kJ 式中 m – 輸入（或輸出）設(shè)備的物料量 kg； Cp – 物料的平均比熱容 kJ/kg℃ ； t – 物料的溫度 ℃。 該式的計(jì)算基準(zhǔn)是標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，即 0℃及 105Pa 時(shí)的狀態(tài)。因?yàn)槲锪系谋葻崛菔菧囟鹊暮瘮?shù)，上式中物料的比熱容是指進(jìn)、出口物料的定壓平均比熱容，對于進(jìn)口物料取基準(zhǔn)溫度與物料進(jìn)口溫度的平均溫度下的比熱容；對于出口物料取基準(zhǔn)溫度與物料出口溫度的平均溫度下的比熱容。對于不同物料的比熱容可查《化學(xué)工程手冊》（第 1 冊）或《化學(xué)工藝設(shè)計(jì)手冊》（下），若查不到，可根據(jù)《藥廠反應(yīng)設(shè)備及車間工藝設(shè)計(jì)》的相關(guān)公式[5][6]計(jì)算 。 Q3 化學(xué)過程的熱效應(yīng)包括化學(xué)反應(yīng)熱與狀態(tài)變化熱。純物理過程只產(chǎn)生狀態(tài)變化熱。 在熱量衡算中，過程熱效應(yīng) Q3 的符號為：放熱為正；吸熱為負(fù)。 ⑴ 反應(yīng)熱 Qc 為計(jì)算各種溫度下的反應(yīng)熱，規(guī)定當(dāng)反應(yīng)溫度為 298K 及標(biāo)準(zhǔn)大氣壓時(shí)反應(yīng)熱的數(shù)值為標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱，習(xí)慣上用△H。表示，負(fù)值表示放熱，正值表示吸熱。這與在熱量衡算中所規(guī)定的符號正好相反，為避免出錯(cuò)，現(xiàn)用符號 q r 表示標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱，放熱為正，吸熱為負(fù)， 則 q。r=△H。標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱的數(shù)據(jù)可以在《化學(xué)工程手冊》 （第一冊）或《化學(xué)工藝設(shè)計(jì)手冊》（下）中查到；當(dāng)缺乏數(shù)據(jù)時(shí)用標(biāo)準(zhǔn)生成熱或標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱求得。表 31 元素標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱一覽表元素的燃燒過程元素的燃燒熱元素的燃燒過程元素的燃燒熱 kJ/(gatom)kJ/(gatom) C→CO2（氣） Br→HBr（溶液）H→1/2H2O（液）I→I（固） 0F→HF（溶液）Cl→1/2Cl2（氣） N→1/2N2（氣） 0 0N→HNO3（溶液）Cl→HCl（溶液）S→SO2（氣） Br→1/2Br2（液） 0S→H2SO4（溶液） Br→1/2Br2（氣）P→P2O5（固） ④ 不同溫度下的反應(yīng)熱 qtr 的計(jì)算 在本設(shè)計(jì)中涉及到相變熱、濃度變化熱、結(jié)晶熱、冷凝熱等，其中結(jié)晶熱可忽略不計(jì)，其他的狀態(tài)變化熱的計(jì)算見具體的衡算過程。 Q3 的計(jì)算公式 綜合化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)（Qc）與狀態(tài)變化熱效應(yīng)（Qp）的 Q3 的計(jì)算公式為 Q3 = Qc + Qp(38) Q5 與 Q6 的確定根據(jù)前人的經(jīng)驗(yàn)，（Q5+Q6）一般為（Q4+Q5+Q6）的 5%10%，只要計(jì)算出 Q4, 就可以確定（Q5+Q6）,從而計(jì)算出 Q2。但在設(shè)備選型中需對設(shè)備進(jìn)行校核，以檢驗(yàn)設(shè)備選型的正確與否。 Q2 的計(jì)算 由以上計(jì)算過程得到 Q1 、Q2 、Q3 、Q4 、Q5 、Q6 后，根據(jù)式（32）求出設(shè)備的熱負(fù)荷 Q2。Q2 正值表示需對設(shè)備加熱；負(fù)值表示需冷卻。 熱量衡算基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的計(jì)算和查取 在熱量衡算中，大部分物料的物性常數(shù)可通過相關(guān)的物性常數(shù)手冊查取，如《化 學(xué)工 程手冊》（第 1 冊），《化學(xué)工藝設(shè)計(jì)手冊》（下）[9]。當(dāng)遇到手冊中數(shù)不 全 的情況時(shí)，就需通過一些公式來估算這些物性常數(shù)。在本設(shè)計(jì)中涉及的物性計(jì)算有比熱容、汽化熱、熔融熱、濃度變化熱效應(yīng)、燃燒熱等，以下介紹他們的計(jì)算方法。 比熱容的計(jì)算本設(shè)計(jì)中氣體的比熱容都可查取，主要是一些液體和固體的比熱難以查取。 氣態(tài)物質(zhì)的比熱容的計(jì)算 對于壓強(qiáng)低于 5105Pa 的氣體或蒸汽均可作理想氣體處理，其定壓比熱容為Cp=（2n + 3）/M kJ/（kg℃）（39） 式中 n—化合物分子中原子個(gè)數(shù)； M—化合物分子量。 液體的比熱容的計(jì)算 大多數(shù)液體的比熱容在 ～ kJ/（kg℃）之間，液體的比熱容一般與壓力無關(guān)， 隨溫度的上升而稍有增大。 ⑴ 作為水溶液的比熱容的計(jì)算，可先求出固體的比熱容，再按下式計(jì)算：C=Cs a+（1a）（3—10） 式中 C—水溶液的比熱容 kJ/（kg℃）； Cs—固體的比熱容 kJ/（kg℃）； a — 水溶液中固體的質(zhì)量分率。⑵、對于大多數(shù)的有機(jī)化合物，其比熱容可利用《藥廠反應(yīng)設(shè)備及車間工藝設(shè)計(jì)》（P208 表(6—4）求得。先根據(jù)化合物的分子結(jié)構(gòu)，將各種基團(tuán)結(jié)構(gòu)的摩爾熱容數(shù)值加和，求 出摩爾熱容，再由化合物的分子量換算成比熱容。 固體的比熱容的計(jì)算 ⑴ 元素的比熱容的計(jì)算Ce =Ca/A kJ/（kg℃）(3—11)式中 Ca— 元素原子的比熱容 kJ/（kg℃），其值見表 32；A—元素的原子量。表 32 元素原子的比熱容表元素 Ca kJ/(kg℃) 元素 Ca kJ/(kg℃) 元素 Ca kJ/(kg℃)C F H S B P SI O 其他 ⑵ 化合物的比熱容的計(jì)算C=1/M ∑nCa kJ/（kg℃）(3—12)式中 n—分子中同種元素原子數(shù)；M—化合物分子量；Ca—元素的原子比熱容 kJ/（kg℃），其值見表 。 汽化熱的計(jì)算任何溫度、壓強(qiáng)下，化合物的汽化熱均可按下式計(jì)算： qv=()lg｛PR TRTC/［(1TR)］｝kJ/kg(313) 式中 PR — 對比壓強(qiáng)（實(shí)際壓強(qiáng)與臨界壓強(qiáng)之 比值）； TR —對比溫度（實(shí)際溫度與臨界溫度之比值）； TC—臨界溫度 K 。 液體在沸點(diǎn)下的汽化熱可按下式計(jì)算： qvb=Tb( lg )/M kJ/kg(314) 式中 Tb — 液體的沸點(diǎn) K ； M —液體的分子量。 還原工段的熱量衡算、還原釜的熱量衡算 根據(jù)工藝過程可知，還原釜的溫度變化過程如下圖所示：95℃回流反應(yīng)3h分水出料25℃進(jìn)料圖 還原釜的溫度變化過程圖解由還原釜的溫度變化過程解圖可知，還原釜的熱量衡算只有一個(gè)過程，即物料由 25℃進(jìn)料，升溫至 95℃，反應(yīng) 3h 為止，然后分水出料壓濾。⑴ 各種物質(zhì)在不同溫度下的平均比熱容：① 液態(tài)物質(zhì)的平均比熱容：對照基準(zhǔn)溫度 0℃，各種物質(zhì)的溫度變化有 25℃、95℃。查《藥廠