【正文】 能量衡算 167。 熱量衡算中的幾個問題 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)過一段時間后，溫度由 T1降到 T2，冷卻劑進口溫度不變?yōu)?t1，而冷卻劑出口溫度從 t2′升溫至 t2，這時可用一個經(jīng)驗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。 熱量衡算中的幾個問題 A. 有效平均溫差 有效平均溫差是傳熱的平均推動力，是換熱器計算中的主要參數(shù)，有效平均溫差不一定等于對數(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，有效平均溫差等于對數(shù)平均溫差。 能量衡算 167。 能量衡算 167。 能量衡算 167。 能量衡算 167?！?） 89/106 167?！?） 88/106 167。 87/106 167。 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)或爆炸危險性 7. 無毒性 8. 價廉 9. 溫度易調(diào)節(jié) 86/106 B. 常用加熱劑與冷卻劑性能 序號 加熱劑 冷卻劑 使用溫度 范圍 ℃ 給熱系數(shù) W/(m2 85/106 167。 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 如果已知標準反應(yīng)熱，則可選 298K， latm為反應(yīng)物及產(chǎn)物的計算基準。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)熱可用簡單的熱量加和法求取。 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。 81/106 167。 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 相變熱隨相變溫度變化會有顯著的不同 ， 但隨相變壓力變化很微小 。 78/106 167。 例如 100oC、 latm時液體水轉(zhuǎn)變成水汽的焓變 ?H等于 ， 稱為在該溫度和壓力下水的汽化潛熱 。 能量衡算的基本原理 E. 無化學(xué)反應(yīng)過程的能量衡算 無相變的變溫變壓過程 ???? 21TT vvdTCnUQ ???? 21TT ppdTCnHQ 77/106 167。 1. 恒溫時壓力的變化 2. 恒壓時溫度的變化 3. 恒壓恒溫時相態(tài)的變化 4. 兩個或兩個以上物質(zhì)在恒溫恒壓時的混合與分離 5. 恒溫恒壓時的化學(xué)反應(yīng)過程 。 能量衡算 167。 這些操作大多是流體流入流出貯罐 、 貯槽 、 工藝設(shè)備 、 輸送設(shè)備 、 廢料排放設(shè)備 。 能量衡算 167。 2. 在物料流程框圖上標明已知溫度、壓力、相態(tài)等條件，并查出或計算出每個物料組分的焓值，于圖上注明。 m3 ℃ ） tw — 散熱表面的溫度，有隔熱層時為絕熱層外表溫度（ ℃ ） t— 周圍介質(zhì)溫度 t — 散熱持續(xù)時間（ s） 1）絕熱層外空氣自然對流 當(dāng) tw＜ 150℃ 時 平壁隔熱： aT＝ ＋ (twt) 管和圓筒： aT ＝ － (twt) 2）空氣沿粗糙面強制對流 u≤5m/s時 ： aT ＝ ＋ U＞ 5m/s時 ： aT ＝ 73/106 167?！?） t2 — 設(shè)備各部件加熱后溫度（ ℃ ） （ th＋ te） /2 t1— 設(shè)備各部件加熱前溫度 室溫 72/106 167。 相變化一般可由 手冊查閱 ，無法查閱的汽化熱可由 特魯頓 法 則估算； 反應(yīng)熱由 生成熱和燃燒熱 計算 71/106 167。 能量衡算 167。 能量衡算 167。 能量衡算 167。 能量衡算 二、幾個與能量衡算有關(guān)的重要物理量 熱容 熱容是一定量的物質(zhì)改變一定的溫度所需要的熱量，可以看作是溫度差 ?T和引起溫度變化的熱量 Q之間的比例常數(shù)， 即 Q＝ mC?T 67/106 167。 65/106 167。 在化工中常見的有體積功 （ 體系體積變化時 ， 由于反抗外力作用而與環(huán)境交換的功 ） 、 流動功 （ 物系在流動過程中為推動流體流動所需的功 ） 以及旋轉(zhuǎn)軸的機械功等 。 64/106 167。 能量衡算 167。 能量衡算的基本概念 一、能量的形式 動能（ Ek） : 運動著的流體具有動能； 位能（ EP） : 物體自某一基準面移高到一定距離，由 于這種位移而具有的能量。 能量衡算的基礎(chǔ)是物料衡算 ， 只有在進行完備的物料衡算后才能作出能量衡算 。 帶循環(huán)和旁路過程的物料衡算 解： 循環(huán)液 /新鮮料液： ＝ 最后，對系統(tǒng) 3或蒸發(fā)器進行物料衡算求 F3： F3 ＝ F2＋ F2 ＝ 4500 ＋ ＝ mol/h 由蒸發(fā)器的物料平衡可校核 F3 ： 設(shè)計的蒸發(fā)器與結(jié)晶槽的投料比為： F3 /F4 ＝ ＝ 61/106 167。 帶循環(huán)和旁路過程的物料衡算 解：（ 2）基準： 4500mol/h新鮮原料 濾餅中溶液和結(jié)晶固體之間存在如下關(guān)系： Ps＝ （ Ps＋ Pc） Ps＝ Pc （ 1） 對系統(tǒng) 1中的平衡： F1 ＝ Pc＋ （ 2） （ 1）、（ 2）聯(lián)立得： Pc ＝ 1472 mol K2CrO4 /h Ps ＝ mol溶液 /h 59/106 167。 試計算： （ 1） 蒸發(fā)器中蒸發(fā)出水的量 （ 2） K2CrO4結(jié)晶的產(chǎn)率 （ 3） 循環(huán)液 (mol)/新鮮液 (mol)的比率 （ 4） 蒸發(fā)器和結(jié)晶器的投料比 (mol) 57/106 167。 帶循環(huán)和旁路過程的物料衡算 [例 34] K2CrO4從水溶液重結(jié)晶處理工藝是將每小時 4500mol含 %(mol)的 K2CrO4新鮮溶液和另一股含 % (mol)K2CrO4的循環(huán)液合并加入至一臺蒸發(fā)器中 ， 蒸發(fā)溫度為 120℃ ， 用 。 （ 2） 代數(shù)解法 在循環(huán)存在時 ， 列出物料平衡方程式 ， 并求解 。 物料衡算舉例 167。 如果存在聯(lián)系組分 ， 則可以利用聯(lián)系組分計算 。 有反應(yīng)過程的物料衡算 解： （ 2）計算反應(yīng)器 1的反應(yīng)速率，然后計算物流 4的組成，： r 1＝ Fi, 輸入 xi 式中 xi為 i物質(zhì)的轉(zhuǎn)化率。 有反應(yīng)過程的物料衡算 解： 基準：物流 1為 100mol/h；正反應(yīng)的速率為 r（ mol/h） （ 1）過程先由總單元過程摩爾衡算式進行計算，總衡算式為： N2平衡： F5,N2 ＝ 100 ＝ 78 mol/h CO平衡： F5,CO＝ 100 ＋ － r H2O平衡： F5,H2O ＝ F3－ r CO2平衡： F5,CO2 ＝ 100 ＋ r H2平衡： F5,H2 ＝ ＋ r 50/106 167。原料氣是由發(fā)生爐煤氣（ 78%N2， 20%CO， 2%CO2）和水煤氣（ 50%H2， 50%CO）混合而成的半水煤氣。 有反應(yīng)過程的物料衡算 解： 物料衡算表 輸入 輸出 組分 質(zhì)量， kg/d 組分 質(zhì)量， kg/d HNO3 HNO3 H2SO4 1536 H2SO4 1536 H2O H2O C6H5C2H5 C6H5C2H5 對 硝基乙苯 鄰 硝基乙苯 間 硝基乙苯 1000 880 120 雜質(zhì) 74 雜質(zhì) 74 合計 合計 48/106 167。 有反應(yīng)過程的物料衡算 解： （ 4）硝化 已知轉(zhuǎn)化率為 100%， G3： G4： G5 ＝ ： ： 硝化物產(chǎn)量： ＝ kg 其中硝基乙苯： 對位： ＝ kg 鄰位： ＝ kg 間位： ＝ kg 46/106 167。 有反應(yīng)過程的物料衡算 解： （ 2）原料乙苯量 對 硝基乙苯： G3＝ 300 1000/300 ＝ 1000kg 乙苯量： G1＝ 1000 ( ) ＝ 原料乙苯量： ＝ 雜質(zhì)量： ＝ 74 kg 44/106 167。 配酸 硝化 分離 H2SO4, 93% HNO3, 96% H2O 乙苯 ,95% 廢酸 硝化物 42/106 167。 粗乙苯與混酸質(zhì)量比1:。若以摩爾數(shù)計算，考慮化學(xué)計量系數(shù)，則目的產(chǎn)物 D的收率為 %1001???ADD NdaNY轉(zhuǎn)化率、選擇性與收率三者之間的關(guān)系為 Y = S 40/106 167。 物料衡算舉例 167。若以NA NA2分別表示反應(yīng)物 A輸入及輸出體系的摩爾數(shù)，則反應(yīng)物 A的轉(zhuǎn)化率 一個化學(xué)反應(yīng)，由不同反應(yīng)物可計算得到不同的轉(zhuǎn)化率。 過量百分數(shù)：過量反應(yīng)物超過限制反應(yīng)物所需理論量的部分占所需理論量的百分數(shù) 。 有反應(yīng)過程的物料衡算 有化學(xué)反應(yīng)的過程，物料中的組分比較復(fù)雜 ，物料衡算比無化學(xué)反應(yīng)過程的計算復(fù)雜， 化學(xué)反應(yīng)過程物料衡算的方法有： 1. 直接計算法 2. 利用反應(yīng)速率進行物料衡算 3. 元素平衡 4. 以化學(xué)平衡進行衡算 5. 以結(jié)點進行衡算 6. 利用聯(lián)系組分進行衡算 37/106 167。 體系 A（塔 I）： 總物料 1000 ＝ S2 ＋ S3 (1) 苯 1000 ＝ ＋ x3B S3 (2) 甲苯 1000 ＝ ＋ x3T S3 (3) 體系 B（塔 II）： 總物料 S3 ＝ S4 ＋ S5 (4) 苯 x3B S3 ＝ ＋ S