【正文】 含 H2和 CO混合氣和空氣燃燒，燃燒后廢氣分析結(jié)果如下： N2， %（ mol%)； O2， %； CO2， %(為干基）。 ?? ??? 輸入輸出 （ ))( iiii HnHnH ? ??????輸入輸出 （ ))(0iiiiArAR HnHnHnH? 課堂練習題 1.、硝化混酸配制過程的物料衡算。 ?? ??? 輸入輸出 （ ))( iiii HnHnH ? ?????? 輸入輸出 （ ))(0iiiiArAR HnHnHnH?帶換熱的反應(yīng)過程的能量衡算 絕熱反應(yīng)器的能量衡算 第五章 能量衡算 ? 掌握概念：性質(zhì)、強度性質(zhì)、廣延性質(zhì)、 相變熱、 恒壓反應(yīng)熱 ΔHr 、恒容反應(yīng)熱 ΔUr、標準生成熱、標準燃燒熱 ? 弄清能量的傳遞形式 熱量、功，注意問題 ? 熟記總能量衡算普遍式，幾種特殊情況下熱量衡算式 ? 掌握熱量衡算的基本步驟 ? 掌握無化學(xué)反應(yīng)過程能量衡算，設(shè)計過程的原則是便于計算，過程類型有哪 5種，無相變的變溫變壓過程能量衡算，相變過程的能量衡算，物質(zhì)的參考態(tài)（基準態(tài)）選取，利用焓 — 溫圖作能量衡算溶解熱和混合熱 ? 帶換熱的反應(yīng)過程的能量衡算 ? 絕熱反應(yīng)器的能量衡算 熟練掌握化學(xué)反應(yīng)過程的能量衡算 ， 由標準生成熱 ，由標準燃燒熱 00 rfi HH ?? 求 00 rC HH ?? 求基準的選取 第一種基準 若已知標準反應(yīng)熱 ， 可取 298K， 為反應(yīng)物及產(chǎn)物的計算基準 。 掌握無化學(xué)反應(yīng)過程能量衡算 設(shè)計過程的原則是便于計算 ， 過程類型有哪 5種 ，無相變的變溫變壓過程能量衡算 ， 相變過程的能量衡算 ， 物質(zhì)的參考態(tài) （ 基準態(tài) ） 選取 ， 利用焓 — 溫圖作能量衡算溶解熱和混合熱 熟練掌握化學(xué)反應(yīng)過程的能量衡算 由標準生成熱 ， 由標準燃燒熱 00 rfi HH ?? 求 00rCH ?? 求 基準的選取 第一種基準 若已知標準反應(yīng)熱 ， 可取 298K， 。 ? 練掌握 x、 s、 y、限制反應(yīng)物、過量反應(yīng)物、過量百分數(shù)、單程轉(zhuǎn)化率、總轉(zhuǎn)化率的定義、定義式，并熟練地運用其進行有關(guān)計算。 ? 畫物料流程簡圖的步驟和要點。 物料的百分組成，表示方法及各種組成表示方法間的換算 干基與濕基組成間的換算 第三章化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù) ? 常用的獲取物性數(shù)據(jù)的方法。通常的做法是將所求得的能量消耗再乘上適當?shù)哪芎南禂?shù)。 K— 校正系數(shù)。 hhh5h )WD( ???? ? h3hh500hh )WD(RTMGV ?? ?????? 建立真空時每小時需抽走的空氣體積 維持真空所需抽氣量 式中 ?—— 抽氣時間， h； P1—— 設(shè)備內(nèi)的初始壓強， Pa； P2—— 設(shè)備內(nèi)的終了壓強， Pa。 5b PKAV??? 517真空抽氣量的計算 ? 抽吸液體物料 ? 一次抽吸操作所需的抽氣量為 Pk—— 設(shè)備中的剩余壓強， Pa。 bd nVV ? ??bhV (2) 每次操作僅將設(shè)備中的部分液體壓出時的壓縮空氣消耗量 ? 式中 ?—— 設(shè)備的裝料系數(shù)； ? V1—— 每次壓送的液體體積， m3。 ? （ 1）壓送液體時，壓縮空氣在設(shè)備內(nèi)所需壓強 220udllghPP e ??? ?????∑l e—— 管路系統(tǒng)全部管件、閥門以及進、出口等的當量之和 壓送液體物料時壓縮空氣的消耗量 (2)每次操作均將設(shè)備中的液體全部壓完時的壓縮空氣消耗量 以常壓 (?105Pa)下的空氣體積計，一次操作所需的壓縮空氣消耗量為 5Tb PVV??式中 Vb—— 一次操作所需的壓縮空氣體積， m3?次 1； VT—— 設(shè)備容積， m3； P—— 壓縮空氣在設(shè)備內(nèi)建立的壓強， Pa。 ? ?— 燃燒爐的熱效率 ,一般燃燒爐的 ?值可取 ～ ,鍋爐的 ?值可取 ～ 。不保溫設(shè)備取～ 。 Cp— 冷凝水的定壓比熱 ,取 ?kg1?℃ 1。物料衡算結(jié)果標注于圖上。 C， A=0， ΔH 176。求原料混合物進反應(yīng)器的溫度為多少？ ? 已知： CpA=30kJ/kmol 選取能量衡算的第二種基準 。 已知： △ H0fA（ 298） =40kJ/mol， △ H0fB（ 298） =0kJ/mol， △ H0fC（ 298） =20kJ/mol， △ H0fD（ 298） =20kJ/mol CPA=10 kJ/， CPB=15 kJ/， CPC=5 kJ/， CPD=4 kJ/。輸入 例 521 P154～ 155 由于反應(yīng)單一 ， 且標準反應(yīng)熱求取方便 ， 故仍取第一種基準 。 解：取 100mol進料為計算基準 由物料衡算得各個組分量標于流程圖上相應(yīng)位置 反 應(yīng) 器 90molC2H5OH 10molCH3CHO n1molC2H5OH n2molCH3CHO n3molH2 300℃ 265℃ Q=5300kJ/100mol 三個未知數(shù)，只能列兩個物料衡算式，需借助能量衡算式求解，為一物能聯(lián)算問題。 反應(yīng)過程熱量衡算分為 換熱式反應(yīng)器 絕熱式反應(yīng)器 dTCHHTpifii ????2 98)2 98(? 二、帶換熱的反應(yīng)過程的能量衡算 例 5— 20 帶換熱的反應(yīng)器，在反應(yīng)器中進行乙醇脫氫 生成乙醛的反應(yīng)： C2H5OH（ g） = CH3CHO（ g） +H2Q 標準反應(yīng)熱為 ΔH= 。 這時反應(yīng)物或產(chǎn)物的焓 H是各物質(zhì) 298K的生成熱與由 298K變到其進出口狀態(tài)的顯熱和潛熱之和 。 由 求出各 Hi值。 現(xiàn)有 25℃ 的 100molNH3/h和 200molO2/h連續(xù)進入反應(yīng)器 ， 氨在反應(yīng)器內(nèi)全部反應(yīng) ， 產(chǎn)物于 300℃ 呈氣態(tài)離開反應(yīng)器 。 輸入輸出項中的 ni應(yīng)包括所有的組分（如惰性物質(zhì)）。 dTCHTpii ??2 98 nAR—— 過程中消耗或生成的 A的摩爾數(shù)（此數(shù)不一 定是進料或出料中 A 的摩爾數(shù)。 具體方法見例 5— 16和例 5— 17 。 標準狀態(tài) —— 在溫度為 T,壓力為 純物質(zhì)狀態(tài)稱為該物質(zhì)反應(yīng)的標準態(tài) （ 對氣體還應(yīng)為具有理想氣體性質(zhì)的純氣體 ） 。 恒壓下若不作非體積功，則有 QP=ΔHr aA + bB cC + dD 討論反應(yīng)熱時注意的幾點： （ 1）反應(yīng)熱是對一定反應(yīng)方程式而言，又叫 1反應(yīng) 摩爾的反應(yīng)熱，即各反應(yīng)物反應(yīng)的摩爾數(shù)和產(chǎn)物生成的摩爾數(shù)等于其相應(yīng)的化學(xué)計量系數(shù)。C 至 40186。C 積分溶解熱已知，選取 25186。 hmolhkmoln HCl /548 0/ %20230 0 ???? hmolhkmoln OH /444 00/ %80100 02????畫出物料流程圖 5480molHCl(g)/h, 100186。 例題 鹽酸由氣態(tài) HCl用水吸收而制得，用 100 186。C 時，其 H可按下法求之： )n(H S?? )(H)n(HHSS ?????（ 1）先由下兩公式求出 25186。C （或已知 SH?的其它溫度）溶質(zhì)和溶劑作為計算焓的基準。C 25186。 以 25186。該表取純物質(zhì)（純?nèi)苜|(zhì)和純?nèi)軇榛鶞剩?此時焓為零 ）。 溶解及混合過程 ， 會伴隨有能量吸收或放出 ，這兩種過程的熱分別稱為溶解熱和混合熱 。 （ 1）物料衡算 取 1kmol進料混合物為計算基準 總物料 1＝ L+V 苯 ＝ + 聯(lián)立解得 V=, L= （ 2）能量衡算 選取基準： 10℃ 液體苯和甲苯為基準 因混合物為同系物，看為理想溶液，忽略混合熱。 5）標準熔化熱的計算 ? ?molJH m?? ?? ?有機化合物無機化合物金屬元素）mmmTTT5025(???二、有相變過程的能量衡算舉例 選定參考態(tài)時 ， 不僅要選參考溫度 ， 還要選參考相態(tài) 。對非極性液體 b=； 對于水、低分子醇 b=。 對應(yīng)的有冷凝熱、凝固熱和凝華熱。C ， （汽） 查附錄得：甲醇 (汽 )熱容 m 2 TC p ????（ H水 ） 20186。C 。 解：由題意作圖。已知進水溫度 20 186。 計算中兩種情況： （ 1）當進出體系的物料的各組分的焓和內(nèi)能可由圖表查得時 穩(wěn)流過程 ?? ? ?? 12 HHQ 間歇過程 ??? 12 UU （ 2）進出體系的物料的 H和 U不能從手冊查得時，選參考態(tài)，利用求 Q 的公式求算 ????21TTVV dTCUQ ????21TTPP dTCnHQ例 5— 6 P130~131 不同組分可選擇不同基準 單獨求空氣出口與進口的焓變，可得何關(guān)系？將之與第三章的平均熱容的內(nèi)容比較之。 對不同組分 ， 原則上可選擇不同的相態(tài) ， 有時甚至可選擇不同的溫度壓力 。 注意：圖上查得的值的單位及表示形式 。 壓力對焓的影響 根據(jù)狀態(tài)函數(shù)的特點，設(shè)計 如下 過程 ： 實際氣體 T1P1 實際氣體 T2P2 理想氣體 T1P1 理想氣體 T2P2 ΔH ΔH1 ΔH3 ΔH2 ΔH=ΔH1+ΔH2+ ΔH3 壓力對實際氣體的焓變的影響可由計算解決 ，但繁瑣 ， 工程上常用查圖表的方法解決之 。 如求 5℃ ， 1大氣壓的冰 變?yōu)? 300℃ ， 5大氣壓的水蒸氣的 ΔH。 能量衡算前為什么需先進行物料衡算？ 過程采用何種衡算式，為什么？ 由 P257~270附錄八查得所給條件下的 H值求解此題。 注意： H、 U的絕對值無法求出 ， 要取一基準態(tài) 。 U1 u1 P1A1 Z1 Z2 U2 u2 P2A2 泵 換熱器 2 1 W Q FuAuAFPV ?? 由 能量守恒 關(guān) 系 22222211121122VPgZuUWQVPgZuUS?????????SWQPVZguU ????????? )(22? ? SPK WQPVEEU ????????? SWQZguH ???????22SPK WQEEH ???????（穩(wěn)流過程的熱力學(xué)第一定律）總能量衡算普遍式 22221211 22 gZuHWQgZuHS ???????由于 H=U+PV 當物流中有多個組分時，無混合焓變（理想溶液）， i組分量為 mi時， ??? ????????????12122212)()()2()2()()(iiiiPiiiiKiiiigZmgZmEumumEHmHmH此時： Q—— 輸入體系的總熱量； WS—— 輸入體系的總軸功 。 衡算時各物料 H的基準態(tài)應(yīng)一致 。 化工中常見功 體積功 流動功 軸功 三、焓 H 定義式： H=U+PV