【正文】 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）。如果已知標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱，則可選 298K， l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 能量衡算167。167。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。 能量衡算的基本原理F. 能量衡算167。恒容反應(yīng)熱 Qp＝ ?Hr2. 化學(xué)反應(yīng)過程的能量衡算這里主要討論反應(yīng)熱的計算方法，反應(yīng)熱可用生成熱或燃燒熱來計算，所以先要討論燃燒熱和生成熱，及其用于反應(yīng)熱的計算，然后將反應(yīng)熱結(jié)合到能量衡算中去。 能量衡算167。167。如 鄰二甲苯氧化制苯二甲酐、乙烯氧化制環(huán)氧乙烯 這些主要的工業(yè)過程，就是 放熱反應(yīng) ， 乙苯脫氫制苯乙烯就是吸熱反應(yīng) 。 能量衡算的基本原理F. 能量衡算167。lnP*常用的幾種相變熱計算方法：特魯頓（ Trouton）法則是計算標(biāo)準(zhǔn)汽化熱（正常沸點時的 ?H 能量衡算167。Chiton)167。1984Handbook》 6thPrausnitz,Sherwood)《 Chemicalandof如果查到的數(shù)據(jù)，其條件不符合要求時，可設(shè)計一定計算途徑求算。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。無化學(xué)反應(yīng)過程的能量衡算相變過程的能量衡算 能量衡算的基本原理E. 能量衡算167。 ② 熔化潛熱 (?Hm)翩當(dāng) T和 P不變，單位數(shù)量的固體熔化所需的熱量。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?！? 、 l在恒定的溫度和壓力下，單位質(zhì)量或摩爾的物質(zhì)發(fā)生相的變化時的焓變稱為相變熱。 能量衡算167。無化學(xué)反應(yīng)過程的能量衡算無相變的變溫變壓過程167。 能量衡算的基本原理E. 能量衡算167。恒溫恒壓時的化學(xué)反應(yīng)過程。兩個或兩個以上物質(zhì)在恒溫恒壓時的混合與分離5. 恒壓恒溫時相態(tài)的變化4. 恒壓時溫度的變化3. 恒溫時壓力的變化2. 1. 由于焓是狀態(tài)函數(shù)，所以每一階段 無化學(xué)反應(yīng)過程的能量衡算，一般應(yīng)用于計算指定條件下進(jìn)出過程物料的焓差，用來確定過程的熱量。無化學(xué)反應(yīng)過程的能量衡算 能量衡算的基本原理E. 能量衡算167。或在這些設(shè)備之間流動。但在另一類操作中，情況剛好相反，即傳熱量、內(nèi)能的變化與動能變化、位能變化、功相比，卻是次要的了。在反應(yīng)器、蒸餾塔、蒸發(fā)器、換熱器等化工設(shè)備中，功、動能、位能的變化，較之傳熱量、內(nèi)能和燴的變化，是可以忽略的。機械能衡算 能量衡算的基本原理D. 能量衡算167。3. 選擇基準(zhǔn)4. 列出熱量衡算式，利用數(shù)學(xué)方法求解未知值。熱量衡算的基本方法及步驟熱量衡算的基本步驟：1. 建立以單位時間為基準(zhǔn)的物料流程圖（或平衡表），也可以 100mol或100kmol原料為基準(zhǔn)，但前者更常用。 能量衡算167。＝ 167。＝ ＋ U＞ 5m/s時 ： ＝ － (twt)2）空氣沿粗糙面強制對流u≤5m/s時 ： aTt— 散熱表面的溫度，有隔熱層時為絕熱層外表溫度（ ℃ ）℃ ）F— 設(shè)備散熱表面積（ m2） 能量衡算167。室溫167。t1— 設(shè)備各部件加熱前溫度 t2Cp— 設(shè)備各部件比熱容（ kJ/kg＝ ∑GCp(t2t1) 能量衡算167。則估算；化學(xué)反應(yīng)熱由 生成熱和燃燒熱 計算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（ 4） Q2等于負(fù)值為熱量計算中各種熱量的說明（ 3） Q2熱負(fù)荷的計算， B. 能量衡算的基本原理 能量衡算167。＋ eT4T— 溫度（ ℃ ＋ cT2℃ )， 能量衡算167。167。Q6Q5Q4Q3輸入（加熱）為正；輸出（冷卻）為負(fù)— 由加熱劑（冷卻劑）傳給設(shè)備的熱量或加熱與冷卻物料所— 物料帶到設(shè)備中去的熱量 Q5＋ ＝ 能量衡算的基本原理在無外功條件下，進(jìn)入系統(tǒng)加熱能與離開系統(tǒng)的熱能平衡：∑Q進(jìn) ＝ ∑Q出Q1＋ Q2 能量衡算167。根據(jù)熱力學(xué)第一定律，能量衡算方程式的一般形式為： 能量衡算的基本原理A、能量衡算的基本方程式 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 焓 (H): 定義 ? H＝ U＋ PV對于純物質(zhì)，焓可表示成溫度和壓力的函數(shù)： H=H(T， P)對 H全微分：　因此焓差可表示成：Cp很小167。 能量衡算167。1 k cal = k J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。 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。 能量衡算的基本概念二、幾個與能量衡算有關(guān)的重要物理量 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，才會有熱量的傳遞。熱量（ Q） 能量衡算167。167。內(nèi)能（ U） :靜壓能（ Ez） : 能量衡算167。167。能量衡算有兩種類型的問題 ， 一種 是先對使用中的裝置或設(shè)備，實際測定一些能量，通過衡算計算出另外一些難以直接測定的能量，由此作出能量方面的評價，即由裝置或設(shè)備進(jìn)出口物料的量和溫度，以及其它各項能量，求出裝置或設(shè)備的能量利用情況；另一類 是在設(shè)計新裝置或設(shè)備時，根據(jù)已知的或可設(shè)定的物料量求得未知的物料量或溫度， 最終求得需要加入或移出的熱量 。 能量衡算167。＝ F3設(shè)計的蒸發(fā)器與結(jié)晶槽的投料比為：由蒸發(fā)器的物料平衡可校核 F3＋ ＝ F2＋ F3 物料衡算舉例167。mol/h＝ F2(1))＝ (1結(jié)晶器中水平衡：F2＋ F4Pc＋ ＝ 系統(tǒng) 2（結(jié)晶過濾）的總物料平衡：＝ ＝ F6＋ 3000（ Pc＋ ＝ F6＋ F5（ ） 帶循環(huán)和旁路過程的物料衡算解： mol溶液 /h167。＝ /hmol＝ （ 1）、（ 2）聯(lián)立得：F1Ps＝ 濾餅中溶液和結(jié)晶固體之間存在如下關(guān)系： 帶循環(huán)和旁路過程的物料衡算解：（ 2）基準(zhǔn)： 4500mol/h新鮮原料— 新鮮液和循環(huán)液混合后的 K2CrO4組成（ mol/h）167?！?結(jié)晶過濾后濾餅中 K2CrO4的物質(zhì)量（ mol/h）PS— 出蒸發(fā)器的物料量（ mol/h）F6— 新鮮液和循環(huán)液混合后的物料量（ mol/h）F4— 進(jìn)入蒸發(fā)器的新鮮物料量（ mol/h）F2 物料衡算舉例167。試計算：（ 1）蒸發(fā)器中蒸發(fā)出水的量（ 2） %（ mol） ℃ ）。K2CrO4進(jìn)入結(jié)晶槽，在結(jié)晶槽被冷卻至 40（ 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 。 帶循環(huán)和旁路過程的物料衡算[例 34]167。（ 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。MF＝ F＋ R節(jié)點 BMFF＝ P＋ W反應(yīng)器 具有循環(huán)及排放過程的物料衡算 W— 排放物料S— 分離產(chǎn)物R/W— 循環(huán)比每個平衡體系各物料之間關(guān)系：總物料 —— 反應(yīng)物 A輸入、輸出反應(yīng)器的摩爾數(shù)—— 反應(yīng)物 A輸入、輸出過程的摩爾數(shù)反應(yīng)器整個過程167。 物料衡算舉例167。＝ P如果存在聯(lián)系組分，則可以利用聯(lián)系組分計算。 物料衡算舉例167。 3)注意配平 。友情提示 : 1)審題 。CO2H2OCOr107F4,H2r2F4,CO2r628F4,H2Or127F4,CO78100F4,N2mol/h物流 4中每一物質(zhì)分別為：N2平衡 輸入 cCO /sCO＝ （ 100＋ 214） r已知反應(yīng)器 1中 CO轉(zhuǎn)化率為 ，由此得反應(yīng)器 1的反應(yīng)速率： 物料衡算舉例167。 物料衡算舉例167。 物料衡算舉例167。2H2O, F3F4N2, H2， H2OCO， CO2 F5N2, H2,H2O, CO2 最后得到物流中 H2與 N2之比為 3： 1，假定水蒸氣流量是原料氣總量（干基）兩倍，同時反應(yīng)器 1中， CO轉(zhuǎn)化率為 80%，計算中間物流（ 4）的組成。CO2＋ H2N2 78%, CO 20%CO2 2%, F1H2 50%, CO 50%, F2反應(yīng)器 原料氣是由 發(fā)生爐煤氣（ 78%N 2， 20%CO ，2%CO 2） 和 水煤氣（ 50%H 2， 50%CO ） 混合而成的 半水煤氣 。工業(yè)上，合成氨原料氣中的 CO通過變換反應(yīng)器而除去 ，同時產(chǎn)氫，如圖所示。 有反應(yīng)過程的物料衡算[例 33] 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/dHNO3 HNO3 H2SO4 1536 H2SO4 1536H2O H2O C6H5C2H5 C6H5C2H5對 硝基乙苯鄰 硝基乙苯間 硝基乙苯1000880120雜質(zhì) 74 雜質(zhì) 74合計 合計 167。 有反應(yīng)過程的物料衡算解：（ 4）廢酸量HNO3消耗量： 63/ ＝ kg/d水生成量： ＝ kg/d廢酸中 HNO3量： ＝ kg H2SO4量： kg H2O量： ＋ ＝ kg廢酸總量： ＋ 1536 ＋ ＝ kg/d廢酸組成： HNO3 % ， H2SO4 % ， H2O %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/d其中硝基乙苯： 對位： ＝ kg/d鄰位： ＝ kg/d間位： ＝ kg/d167。167。kg