【正文】 利用有密切關(guān)系 。 81/106 167。 能量衡算 167。 能量衡算 167。 能量衡算的基本原理 F. 化學(xué)反應(yīng)過程的能量衡算 這里主要討論反應(yīng)熱的計(jì)算方法 ， 反應(yīng)熱可用生成熱或燃燒熱來計(jì)算 ，所以先要討論燃燒熱和生成熱 ， 及其用于反應(yīng)熱的計(jì)算 ， 然后將反應(yīng)熱結(jié)合到能量衡算中去 。 反應(yīng)熱及其表示 ?恒壓反應(yīng)熱 Qp＝ ?Hr ?恒容反應(yīng)熱 Qv＝ ?Ur(T) 82/106 167。 能量衡算 167。 能量衡算 167。 能量衡算的基本原理 F. 化學(xué)反應(yīng)過程的能量衡算 反應(yīng)熱的計(jì)算 反應(yīng)熱可以用實(shí)驗(yàn)方法測(cè)定，也可以用已有的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)蓋斯（ Hess)定律，化學(xué)反應(yīng)熱只決定于物質(zhì)的初態(tài)和終態(tài)，與過程的途徑無關(guān)，反應(yīng)熱可用簡(jiǎn)單的熱量加和法求取。 （ 1）由標(biāo)準(zhǔn)生成熱 ?Hfo計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱 ?Hro ?Hro＝ Σ生成熱 μi(?Hfo)i－ Σ反應(yīng)熱 μi(?Hfo)i （ 2）由標(biāo)準(zhǔn)燃燒熱 ?Hco計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱 ?Hro ?Hro＝ Σ反應(yīng)物 μi(?Hco)i－ Σ產(chǎn)物 μi(?Hco)i 83/106 167。 能量衡算 167。 能量衡算 167。 能量衡算的基本原理 F. 化學(xué)反應(yīng)過程的能量衡算 化學(xué)反應(yīng)過程的能量衡算 （ 1）第一種基準(zhǔn) 如果已知標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱，則可選 298K， latm為反應(yīng)物及產(chǎn)物的計(jì)算基準(zhǔn)。對(duì)非反應(yīng)物質(zhì)另選適當(dāng)?shù)臏囟葹榛鶞?zhǔn)（如反應(yīng)器的進(jìn)口溫度，或平均熱容表示的參考溫度）。 選好基準(zhǔn)后，為了計(jì)算過程的簡(jiǎn)便，可以畫一張表，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)算過程的 ?H： 84/106 167。 能量衡算 167。 能量衡算 167。 能量衡算的基本原理 化學(xué)反應(yīng)過程的能量衡算 （ 2）第二種基準(zhǔn) 如果一個(gè)過程的反應(yīng)很復(fù)雜，難以寫出平行反應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)式，或難以確定一種原料參加不同反應(yīng)的量的比例，標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱也無法知道。此時(shí)，可以用下面介紹的第二種基準(zhǔn)。 以組成反應(yīng)物及產(chǎn)物的元素，在 25℃ ， 1atm 時(shí)的焓為零，非反應(yīng)分子以任意適當(dāng)?shù)臏囟葹榛鶞?zhǔn)，也要畫一張?zhí)钣兴辛鞴山M分 ni 和 Hi 的表，只是在這張表中反應(yīng)物或產(chǎn)物的 Hi，是各物質(zhì) 25℃ 的生成熱與物質(zhì)由 25℃ 變到它進(jìn)口狀態(tài)或出口狀態(tài)所需顯熱和潛熱之和。 85/106 167。 能量衡算 167。 能量衡算 167。 加熱劑與冷卻劑 由于化工生產(chǎn)中的主要能量計(jì)算是熱量計(jì)算 ， 所以加熱過程的能源選擇主要是熱源的選擇 ， 冷卻或移走熱量過程主要為冷源的選擇 。 常用熱源：熱水 、 蒸汽 （ 低壓 、 高壓 、 過熱 ） 、 導(dǎo)熱油 、 道生 （ 聯(lián)苯與二苯醚的混合物 ） 液體 、 道生蒸汽 、 煙道氣 、 電 、 熔鹽等 常用冷源：冷凍鹽水 、 液氨等 A. 加熱劑的選擇要求： 1. 在較低壓力下可達(dá)到較高溫度 2. 化學(xué)穩(wěn)定性高 3. 沒有腐蝕作用 4. 熱容量大 5. 冷凝熱大 6. 無火災(zāi)或爆炸危險(xiǎn)性 7. 無毒性 8. 價(jià)廉 9. 溫度易調(diào)節(jié) 86/106 B. 常用加熱劑與冷卻劑性能 序號(hào) 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(chǎng)合 1 熱水 40100 501400 對(duì)熱敏性物料用熱水比較保險(xiǎn)，傳熱情況不如蒸汽，易冷卻，溫度不易調(diào)節(jié) 2 飽和蒸汽 100180 3003200 冷凝潛熱大，熱利用率高，溫度易于調(diào)節(jié)， 3 過熱蒸汽 180300 用于較高溫度場(chǎng)合，但傳熱效率較低，不易調(diào)節(jié) 4 導(dǎo)熱油 180250 58175 溫度較高，使用方便，加熱均勻 5 道生液 180250 110450 C6H5C6H5 %與 C6H5OC6H5 %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，熱效率較高，需道生爐和循環(huán)裝置 6 道生蒸汽 250350 340680 7 煙道氣 5001000 1250 可以獲得較高溫度，特別適用于直接加熱空氣 8 電加熱 500 設(shè)備簡(jiǎn)單、干凈、加熱快，溫度高，易于調(diào)節(jié)，但成本高，適用于用量不大，要求高的場(chǎng)合。 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。 12 冷凍鹽水 1530 使用方便，冷卻效果好，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。 87/106 167。 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 （ 1）直接蒸汽加熱時(shí)的蒸汽用量 G＝ Q2 /（ ?H－ CPtK） G— 蒸汽消耗量（ kg） Q2— 由加熱劑傳給設(shè)備或物料加熱所需的熱量（ kJ） ?H— 蒸汽熱焓量（ 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℃ ） 88/106 167。 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 （ 2）間接蒸汽加熱時(shí)的蒸汽用量 G＝ Q2 /（ ?H－ CPtn） G— 蒸汽消耗量（ kg） Q2— 由加熱劑傳給設(shè)備或物料的熱量（ kJ） ?H— 蒸汽熱焓量（ kJ/kg） tn— 冷卻水的最終溫度 CP— 被加熱液體的比熱容（ kJ/kg℃ ） 89/106 167。 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 （ 3）燃料消耗量 M＝ Q2 / hTQP M— 燃料消耗量（ kg） Q2— 由加熱劑傳給設(shè)備或物料加熱所需的熱量（ kJ） hT— 爐子的熱效率 QP— 燃料的熱值（ kJ/kg） 90/106 167。 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℃ ） tK— 放出的冷卻劑的平均溫度 tH— 冷卻劑的最初溫度 91/106 167。 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 （ 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。 能量衡算 167。 能量衡算 167。 加熱劑與冷卻劑 D. 熱量衡算結(jié)果整理 通過熱量衡算，以及加熱劑、冷卻劑等用量計(jì)算，再結(jié)合設(shè)備計(jì)算與操作時(shí)間安排等工作，即可求出生產(chǎn)某產(chǎn)品的整個(gè)裝置的動(dòng)力消耗及每噸產(chǎn)品的動(dòng)力消耗定額，由此可得動(dòng)力消耗的每小時(shí)最大用量，每晝夜用量和年消耗量，并列表匯總計(jì)算結(jié)果。 93/106 167。 能量衡算 167。 能量衡算 167。 加熱劑與冷卻劑 D. 熱量衡算結(jié)果整理 序號(hào) 動(dòng)力 名稱 單位 規(guī)格 成品消耗（單耗 /t） 每小時(shí)消耗量 每年消耗量 使用情況 1 蒸汽 t 采暖（ 1500d/a） 2 蒸汽 t ≥ 6840 連續(xù) 3 電 kWh 380V 690 940 106 連續(xù) 4 電 kWh 6000V 580 420 106 連續(xù) 5 循環(huán)水 m3 5℃ 溫差 677 104 連續(xù) 6 軟水 m3 工業(yè)級(jí) 5 15600 連續(xù) 7 空氣 m3 1536(m3/d) 105 連續(xù) （三聚氰氨生產(chǎn)裝置） 94/106 167。 能量衡算 167。 能量衡算 167。 熱量衡算中的幾個(gè)問題 A. 有效平均溫差 有效平均溫差是傳熱的平均推動(dòng)力，是換熱器計(jì)算中的主要參數(shù)，有效平均溫差不一定等于對(duì)數(shù)平均溫差，只有在特殊條件下二者相等 T1 t2 t1 T2 （ 2）列管式換熱器兩換熱介質(zhì)純并流流向時(shí)，有效平均溫差等于對(duì)數(shù)平均溫差。 （ 1）列管式換熱器兩換熱介質(zhì)純逆流流向時(shí)，有效平均溫差等于對(duì)數(shù)平均溫差。 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)問題 A. 有效平均溫差 （ 3）其他流向時(shí)，如圖所示二管程換熱器，有效平均溫差為： )tT()tT(ln)tT()tT(tt22112211m,m?????????? ??有效T1 t2 t1 T2 96/106 167。 能量衡算 167。 能量衡算 167。 熱量衡算中的幾個(gè)問題 A. 有效平均溫差 （ 4）反應(yīng)爐間歇冷卻過程： 如圖所示，反應(yīng)爐中熱流體經(jīng)過一段時(shí)間后，溫度由 T1降到 T2，冷卻劑進(jìn)口溫度不變?yōu)?t1，而冷卻劑出口溫度從 t2′升溫至 t2，這時(shí)可用一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式求得較為合理的有效平均溫度： M t1 t2′— t2 T1— T2 AlnA1A)tT()tT(ln)TT(t121121,m??????? 有效22122111tTtTtTtTA ??????冷卻劑的平均最終溫度： t2cp＝ t1＋ △ tm,有效 lnA 97/106 167。 能量衡算 167。 能量衡算 167。 熱量衡算中的幾個(gè)問題 A. 有效平均溫差 （ 4）反應(yīng)爐間歇加熱過程： 如圖所示（無相變情況），反應(yīng)爐中熱流體的溫度由 t1升到 t2，加熱劑進(jìn)口溫度不變?yōu)?T1，而出口溫度從 T2′升溫至 T2，這時(shí)可用一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式求得較為合理的有效平均溫度： M T1 T2′— T2 t1— t2 AlnA1A)tT()tT(ln)tt(t211112,m???????有效加熱劑的平均最終溫度： t2cp＝ T1－ △ tm,有效 lnA 22211211tTtTtTtTA ?????? 98/106 167。 能量衡算 167。 能量衡算 167。 熱量衡算中的幾個(gè)問題 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＝