化工設(shè)計(jì)物料和能量衡算-閱讀頁
2025-01-11 14:55本頁面
【正文】 ? 4 、轉(zhuǎn)化率（ x ） 某一反應(yīng)物反應(yīng)掉的量占其輸入量的百分?jǐn)?shù)。 ? 6 、收率（ Y ） 目的產(chǎn)物的量除以反應(yīng)物（通常指限制反應(yīng)物）輸入量，以百分?jǐn)?shù)表示。 轉(zhuǎn)化率、選擇性與收率三者之間的關(guān)系 : Y = S x 順酐的選擇性： S=Y/x＝ (%)/(%) =% % 二）、一般反應(yīng)過程的物料衡算 ? 對(duì)有化學(xué)反應(yīng)過程的物料衡算，由于各組分在過程中發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，因此就不能簡(jiǎn)單地列組分的衡算式，必須考慮化學(xué)反應(yīng)中生成或消耗的量， 應(yīng)該根據(jù)化學(xué)反應(yīng)式，列衡算方程。 直接求解法 ? 有些化學(xué)反應(yīng)過程的物料衡算，有時(shí)只含一個(gè)未知量或組成，這類問題比較簡(jiǎn)單，通?？筛鶕?jù)化學(xué)反應(yīng)式直接求解，不必列出衡算式。在作這類衡算時(shí)，并不需要考慮具體的化學(xué)反應(yīng)，而是按照元素種類被轉(zhuǎn)化及重新組合的概念表示為： 輸入（某種元素） =輸出（同種元素） ? 對(duì)反應(yīng)過程中化學(xué)反應(yīng)很復(fù)雜，無法用一、兩個(gè)反應(yīng)式表示的物料衡算題，可以列出元素衡算式，用代數(shù)法求解。 如果體系中存在聯(lián)系組分，那么輸入物料和輸出物料之間就可以根據(jù)聯(lián)系組分的含量進(jìn)行關(guān)聯(lián)。 ? 在化工過程中具有循環(huán)、排放及旁路的過程的物料衡算與以上介紹的方法相類似，只是需要先根據(jù)已知的條件及所求的未知量選擇合適的衡算體系，列出一般過程物料衡算式再加上結(jié)點(diǎn)關(guān)系求解。 ? 能量衡算的基礎(chǔ)是物料衡算，只有在進(jìn)行完備的物料衡算后才能作出能量衡算。 一、能量衡算的依據(jù) ? 能量守恒定律 輸入能量 +生成能量 = 消耗能量 +積累能量 +輸出能量 二、總能量衡算方程式 連續(xù)穩(wěn)態(tài)流動(dòng)過程 [能量輸入速率 ][能量輸出速率 ] =[能量積累速率 ] △ H+ △ Ek+ △ Ep=Q+W Q輸入體系的熱量 W輸入體系的總功 在實(shí)際中，上式視不同情況而有不同的形式： 1） 絕熱過程 Q=0， 動(dòng)、位能差可忽略 △ H=W 即用焓差計(jì)算環(huán)境向體系作功 2） 無作功過程 （多數(shù)化工操作過程） W=0， 動(dòng)、位能差可忽略 △ H=Q 3） 無功、熱傳遞過程 Q=0， W=0， 動(dòng)、位能差可忽略 △ H=0（焓平衡） 間歇過程 間歇過程（封閉體系）中，因體系與環(huán)境間沒有物質(zhì)交換，但有能量的交換。 對(duì)有些化工過程如 流體流動(dòng)過程 ，此時(shí)傳熱量?jī)?nèi)能的變化較其他小，次要。化工原理中的流體流動(dòng) —柏努力方程。此時(shí)（無外功 W=0） 總能量衡算簡(jiǎn)化為熱量衡算。也可以 100mol 或 100kmol 原料為基準(zhǔn)，但前者更常用。 ③ 選定計(jì)算基準(zhǔn)（溫度和相態(tài)）。由于手冊(cè)、文獻(xiàn)上查到的熱力學(xué)數(shù)據(jù)大多是 298K 時(shí)的數(shù)據(jù)，故選298K 為基準(zhǔn)溫度，計(jì)算比較方便。 ④ 列出熱量衡算式，然后用數(shù)學(xué)方法求解未知值。 水蒸氣動(dòng)能： 17atm的 v= u = 202m/s Ek=1/2(295)(202)2 = 1000kJ/min Q= 10(5)+ 10(3) = 10(5) kJ/min 動(dòng)能占總能量的 10(3)/ 10(5)=% 故本題可視為單純的 熱量衡算。 由于焓是狀態(tài)函數(shù)，所以一個(gè)過程△ H ，可以用假想的，由始態(tài)到終態(tài)幾個(gè)階段代替原過程，每一階段的 △ Hi之和即為全過程的 △ H 。 二）有化學(xué)反應(yīng)過程的熱量衡算 化學(xué)反應(yīng)過程也常伴隨有大量的熱效應(yīng) ——吸熱或放熱。 反應(yīng)熱及其表示 1） 恒壓反應(yīng)熱 反應(yīng)物按化學(xué)計(jì)量式完全反應(yīng)，物料在反應(yīng)前后的焓差稱為恒壓反應(yīng)熱或反應(yīng)熱，以△ Hr表示。如果 uA是反應(yīng)物或生成物 A的化學(xué)計(jì)量系數(shù)， nA為溫度時(shí)所消耗而成生成的 A的摩爾數(shù)，則化學(xué)反應(yīng)的總焓差為： △ H= nA △ Hr/ uA 2） 恒容反應(yīng)熱 在恒 T恒 V下，反應(yīng)物在溫度 T時(shí)按化學(xué)計(jì)量系數(shù)完全反應(yīng)后內(nèi)能的變化，即為恒容反應(yīng)熱或恒容熱 Qv= △ Ur Qp與 Qv的關(guān)系：若果 ui是氣態(tài)反應(yīng)物或生成物 i的化學(xué)計(jì)量系數(shù)，且氣體為理想氣體，設(shè)液、固容積變化可忽略，則 △ Ur=△ Hr － △ nRT 反應(yīng)熱的計(jì)算 反應(yīng)熱來源：實(shí)測(cè) 由已有數(shù)據(jù)估算（蓋斯定律） 由標(biāo)準(zhǔn)生成熱 △ Hf計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱 △ Hr 1） 標(biāo)準(zhǔn)生成熱 △ Hf 在 1atm、 25℃ 由穩(wěn)定的單質(zhì)生成 1mol化合物的恒壓反應(yīng)熱。 注意：燃燒熱指的 1mol化合物與正好足夠的 O2反應(yīng)，生成指定的燃燒產(chǎn)物。一般有兩種基準(zhǔn)： 一、已知 △ Hr （標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱） 則可選 1atm、 25℃ 為反應(yīng)物及產(chǎn)物的計(jì)算基準(zhǔn)。 二、未知 △ Hr （用標(biāo)準(zhǔn)生成熱） 只能用反應(yīng)物及產(chǎn)物元素在 1atm、 25℃ ，在時(shí)的焓為零，非反應(yīng)組分另選適當(dāng)溫
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