补充资料10 能量衡算

1、 第一节第一节 概述概述 选择最佳操作条件，制定既经济又合理的能量消耗方案。选择最佳操作条件，制定既经济又合理的能量消耗方案。 ：能量既不能产生，也不能消灭：能量既不能产生，也不能消灭 一类是对使用中的装置或设备一类是对使用中的装置或设备 ； 另一类是在设计新装置或设备时另一类是在设计新装置或设备时 。 第二节第二节 能量的基本形式能量的基本形式 能量衡算和物料衡算类似，要用到守恒的概念，即能量衡算和物料衡算类似，要用到守恒的概念，即要计算进入和离开特定体系的能量值，因此必须分清不同要计算进入和离开特定体系的能量值，因此必须分清不同形式的能量形式及表示的方法。由于能量存在有多种形式，形式的能量

2、形式及表示的方法。由于能量存在有多种形式，因此能量衡算要比物料衡算复杂。因此能量衡算要比物料衡算复杂。 一、位能（一、位能（Ep） 位能又称势能，是物体由于在高度上的位移而具有的位能又称势能，是物体由于在高度上的位移而具有的能量。其值的大小与物体所在的力场有关，物体在重力场能量。其值的大小与物体所在的力场有关，物体在重力场中所具有的位能可用下式表示：中所具有的位能可用下式表示：mgZE p第二节第二节 能量的基本形式能量的基本形式分析：分析： 位能的大小和基准面有关，因此物体距基准位能的大小和基准面有关，因此物体距基准面的高度差决定了位能的大小，当物体处于基准面的高度差决定了位能的大小，当物体

3、处于基准面上时其位能为零。由于多数化工生产过程基本面上时其位能为零。由于多数化工生产过程基本上是在地表或接近地表的高度进行的，位能对整上是在地表或接近地表的高度进行的，位能对整个能量衡算的影响一般不大，除在计算物料的输个能量衡算的影响一般不大，除在计算物料的输送功率时物料的位能变化是不可忽略的外，在能送功率时物料的位能变化是不可忽略的外，在能量衡算中位能皆可忽略。量衡算中位能皆可忽略。第二节第二节 能量的基本形式能量的基本形式22muEk22kmuE 第二节第二节 能量的基本形式能量的基本形式),(mVTnfU dTCnUUTTmv21,12第三节第三节 几个与能量衡算有关的重要物理量几个与能

4、量衡算有关的重要物理量LFdxW0 第三节第三节 几个与能量衡算有关的重要物理量几个与能量衡算有关的重要物理量 第三节第三节 几个与能量衡算有关的重要物理量几个与能量衡算有关的重要物理量 第四节第四节 能量衡算的基本方法能量衡算的基本方法WQEUEEEpkWQU22222211121122VpgZUUWQVpgZUU第四节第四节 能量衡算的基本方法能量衡算的基本方法WhpZguf22 有关hf的计算方法，在化工原理课程中已作详细讨论，此处不再叙述。第四节第四节 能量衡算的基本方法能量衡算的基本方法第四节第四节 能量衡算的基本方法能量衡算的基本方法 以热量传递为主的设备，在连续稳态流动的以热量传

5、递为主的设备，在连续稳态流动的情况下其热量衡算可采用下式表示：情况下其热量衡算可采用下式表示： 在间歇操作情况下其热量衡算可采用下式表在间歇操作情况下其热量衡算可采用下式表示：示： 12HHHQ12UUUQ 第四节第四节 能量衡算的基本方法能量衡算的基本方法 第四节第四节 能量衡算的基本方法能量衡算的基本方法 例5-5：两股不同温度的水用作锅炉进水，它们的流量及温度分别是A：120 kgmin-1，30；B：175 kgmin-1，65，锅炉压力为17103kPa（绝压）。出口蒸汽通过内径为60mm的管子离开锅炉。如产生的蒸汽是锅炉压力下的饱和蒸汽，计算每分钟要供应锅炉多少千焦的热量，忽略进口

6、的动能。 解：作水的物料衡算 可知产生的蒸汽流量为120+175=295kgmin-1。 确定各流股的比焓 由水蒸气表查得30、65液态水及17103kPa时的饱和水蒸气的焓。查得的数据已填入流程图中。30、120kgmin-1 、H=125.7kJkg-1 65、175kgmin-1、H=271.9kJkg-1 295kgmin-1 、H=2793kJkg-1 1.7103kPa饱和水蒸气(204) 0PEQEHK写出能量衡算方程并求解 对体系来说WQEEHPK由于没有运动的部件，W=0；由于高度差较小，所以第四节第四节 能量衡算的基本方法能量衡算的基本方法)9 .2711757 .1251

7、20()2793295()()(12iiiiHmHmH=7.61105 kJmin-1=1.27104 kJs-1 由水蒸气表查得17atm饱和蒸气比容为0.1166 m3kg-1，内径0.06m管子的截面积为232m1083. 206. 04A蒸汽流速为13sm6 .2021083. 2601166. 0295u第四节第四节 能量衡算的基本方法能量衡算的基本方法由于进水的动能可以忽略,则 )2()(2KKumEE蒸汽132skJ45.501026 .20260295144kskJ10275. 145.501027. 1EHQ%4 . 00040. 010275. 145.504KQE 可见动

8、能的变化约占过程所需总热量的0.4%，对于带有相变、化学反应或较大温度变化的过程，动能和位能的变化相对于焓变来说，常常是可忽略的（至少在作估算时可以这样）。第五节第五节 无化学反应过程的能量衡算无化学反应过程的能量衡算 无化学反应过程的能量衡算，一般应用于计无化学反应过程的能量衡算，一般应用于计算指定条件下进出过程物料的焓差或内能差，用算指定条件下进出过程物料的焓差或内能差，用来确定过程的热量，进而计算出冷却或加热介质来确定过程的热量，进而计算出冷却或加热介质的用量或温差，因此当过程中各物料的焓或内能的用量或温差，因此当过程中各物料的焓或内能可以从手册中查到时，直接采用式可以从手册中查到时，直

9、接采用式 或或式式 进行计算比较简单。进行计算比较简单。12HHQ12UUQ第五节第五节 无化学反应过程的能量衡算无化学反应过程的能量衡算例例5-6：某锅炉每分钟产生800kPa的饱和水蒸气，现有两股不同温度的水作为锅炉进水，其中20的水为80 kgmin-1，60的水为50 kgmin-1。试求锅炉每分钟的供热量。解：根据题意画出流程示意图 20、80kgmin-1800kPa水蒸气，130kgmin-1 60、50kgmin-1第五节第五节 无化学反应过程的能量衡算无化学反应过程的能量衡算 根据题意可知锅炉每分钟产生130kg的水蒸气，由饱和水蒸气表知当压力为800kPa时，其温度为170

10、.4，比焓为2773 kJkg-1。20的水比焓为83.74kJkg-1，60的水比焓为251.21 kJkg-1，代入式 Q=H2H1，可求每分钟需供热量： Q=1302773（8083.74+50251.21） =36049019260=341230 kJmin-1第五节第五节 无化学反应过程的能量衡算无化学反应过程的能量衡算 化工过程中无相变、无化学反应过程的热量化工过程中无相变、无化学反应过程的热量衡算主要是指物料温度变化所需加入或取出的热衡算主要是指物料温度变化所需加入或取出的热量的计算，化工生产中常见的加热或冷却过程就量的计算，化工生产中常见的加热或冷却过程就属于这种情况。属于这种

11、情况。 1利用热容计算利用热容计算 U或或H 恒压过程恒压过程Qp或或H的计算的计算 TCnHQmpTTpd,21 恒容过程恒容过程QV或或U的计算的计算 TCnUQmVTTVd,21第五节第五节 无化学反应过程的能量衡算无化学反应过程的能量衡算 压力对焓的影响压力对焓的影响 压力变化对压力变化对U、H的影响，对于理想气体和真的影响，对于理想气体和真实气体是不同的。对理想气体，实气体是不同的。对理想气体，U是温度的函数，是温度的函数，与压力无关；对固体或液体，在恒温变化时，与压力无关；对固体或液体，在恒温变化时，U0，=U+（PV）VP。对于真实气体，。对于真实气体，在低压高温情况，接近理想气

12、体，可忽略压力对在低压高温情况，接近理想气体，可忽略压力对焓的影响，其它情况下，可根据气体的焓校正图焓的影响，其它情况下，可根据气体的焓校正图加以校正。加以校正。第五节第五节 无化学反应过程的能量衡算无化学反应过程的能量衡算解：根据题意画出流程示意图解：根据题意画出流程示意图 富油 30F3=12000kgh-1 F1=10000kgh-1 贫油150 65 换热器 F2=10000kgh-1 F4=12000kgh-1T4=？第五节第五节 无化学反应过程的能量衡算无化学反应过程的能量衡算 基准：基准：1h、30 因无热量损失，故贫油与富油带入系统的焓与贫油与富油离开系统时的焓相等，即热量衡算

13、式为4231HHHH 式中 H1, H3分别为贫油和富油进入换热器时和基准态比较所具有的焓变，kJ h-1 H2, H4分别为贫油和富油离开换热器时和基准态比较所具有的焓变，kJ h-1 由已知，有焓变计算式 TCnHpm,，代入数据得： H1100002.240（15030）2688000kJh-1 H2 100002.240（6530）784000kJh-1 H3 120002. 093（3030）0 H4 120002. 093（T4 30 ）=25116(T4 30 ）第五节第五节 无化学反应过程的能量衡算无化学反应过程的能量衡算将将数数据据或或表表达达式式代代入入：4231HHHH

14、有有：)30(25116784000026880004T 解解得得： T4 4= =105.8 所所以以富富吸吸收收油油的的出出口口温温度度为为 105.8 第五节第五节 无化学反应过程的能量衡算无化学反应过程的能量衡算 。 第五节第五节 无化学反应过程的能量衡算无化学反应过程的能量衡算 例例5-10：每小时100mol液体正已烷，在25、709.1kPa下恒压气化并加热至300。忽略压力对焓的影响，计算每小时的供热量。解：根据题意，W=EK=EP=0，所以能量衡算式变为： Q=H 因此算出H便为所求的加热量。第五节第五节 无化学反应过程的能量衡算无化学反应过程的能量衡算 从手册中查得101.

15、3kPa正已烷的沸点为342K，H汽化 28.87kJmol-1，而正已烷在709.1kPa时的沸点为419K，但由于无法查到419K时的气化热数据，因此设计如图5-13所示的途径，使正已烷在342K由液体气化为蒸气，而不是在实际温度419K下汽化。正已烷（液）298K正已烷（气）573K正已烷（气）342K正已烷（液）342K正已烷（液）419K正已烷（气）419K正已烷 （气）298KHm,1Hm,2Hm,3Hm,4Hm,5Hm,6Hm,7Hm,8第五节第五节 无化学反应过程的能量衡算无化学反应过程的能量衡算 上图表示从298K液态正已烷汽化并加热为573K正已烷蒸气的几条可能的途径。如果

16、已知419K的 Hv，H可由 Hm,1 Hm,4 Hm,5 Hm,6计算，如果已知298K的Hv， H可由 Hm,7 Hm,8计算，由于只有342K时的 Hv，H应由Hm,1 Hm,2 Hm,3计算。 查液体正已烷的 Cp,m(l) 215.5 kJkmol-1K-1。 Hm,1 =Cp,m(l)(T2T1)=215.5（342298）103 9.482kJ.mol-1 Hm,2 = Hv(342K) =28.87kJ.mol-1第五节第五节 无化学反应过程的能量衡算无化学反应过程的能量衡算气体正已烷： 39252)m(g,1066.571064.281019.5593. 6TTTCpkJkm

17、ol-1K-17 .41d)1066.57d1064.281019.5593. 6(d39573342252573342)m(g,3,mTTTTTTCHp kJmol-1 8545) 1 .4787.28482. 9(100)()(m,3m,2m,1,mHHHnHnHQi所以每小时的加热量为8545 kJ。 kJh-1第五节第五节 无化学反应过程的能量衡算无化学反应过程的能量衡算 例例5-11：浓度为0.50（摩尔分数，下同）的苯、甲苯混合液，温度为10，连续送入气化室内，在气化室内混合物被加热至50，压力为34.8mmHg。液相中苯的浓度为0.4，气相中苯的浓度为0.684，问1kmol进料

18、要多少热量？解：根据题意画出流程示意图 气气化化室室1kmol，10 0.5kmol苯/kmol 0.5kmol甲苯/kmol V（ kmol）,50,34.8mmHg Q(kJ/kmol) L（kmol）,50 0.4 mol苯/kmol,0.6 kmol甲苯/kmol 第五节第五节 无化学反应过程的能量衡算无化学反应过程的能量衡算由物料衡算求由物料衡算求V和和L： 由手册可查得：Cp（苯、液）=62.55+23.410-2T kJkmol-1K-1Cp（甲苯、液）=157 kJkmol-1K-1 (273323K)Cp（甲苯、液）=165 kJkmol-1K-1 (273373K)Cp（苯

19、、气）=36.21+48.4610-2T31.5610-5T2(kJkmol-1K-1)Cp（甲苯、气）=34.40+55.9210-2T34.4510-5T2 (kJkmol-1K-1)Hv(苯)=30760 kJkmol-1Hv(甲苯)=33470 kJkmol-1(1)苯(液)503232831(1kmolkJ5338dTCHp 苯，液）第五节第五节 无化学反应过程的能量衡算无化学反应过程的能量衡算(2)甲苯(液)50 H2=Cp（甲苯、液）（5010）=157（5010）=6280 kJkmol-1(3)苯(气)50苯(液,10)苯（液，80.26）苯（气，80.26）苯（气，50）3

20、532831323353()v(3kmolkJ37600ddTCHTCHpp苯，气）苯苯，液）(4)甲苯（气）50甲苯(液,10)甲苯（液，110.8）甲苯（气，110.8）甲苯（气，50）3233841(v(4kmolkJ42780d108 .110TCHCHpp甲苯，气）甲苯）甲苯，液）（第五节第五节 无化学反应过程的能量衡算无化学反应过程的能量衡算将计算填入进出口焓表将计算填入进出口焓表 物质n 进/kmolH m,进, / (kJkmol-1)n 出/ kmolH m,出/ (kJkmol-1)苯(液)0.500.2595338甲苯(液)0.500.3896280苯(气)0.24137

21、600甲苯(气)0.11142780总能量衡算 Q=H=n出H m,出-n进H m,进 =(0.2595338)+(0.3896280)+(0.24137600)+(0.11142780)0 =17630 kJkmol-1第五节第五节 无化学反应过程的能量衡算无化学反应过程的能量衡算 溶解热是指1mol溶质（气体或固体）于恒温、恒压下溶于n mol溶剂中，形成溶液时引起的焓的变化，称该浓度下溶液的积分溶解热，记作 Hs(T,n)。随着n的增大即溶液的浓度无限稀释，Hs趋于一极限值，称为无限稀释积分溶解热 Hs(T,) 。 混合热与溶解热有相同的含意，只不过混合热是指两种液体混合过程的焓变。第五

22、节第五节 无化学反应过程的能量衡算无化学反应过程的能量衡算第五节第五节 无化学反应过程的能量衡算无化学反应过程的能量衡算 例例5-12：盐酸由气态HCl用水吸收而制得，如果用25的H2O吸收100的HCl气体，每小时生产40、25%（质量分数）HCl水溶液2000kg，计算吸收设备应加入或移出多少热量？ 解：先作物料衡算，计算HCl（气体）和H2O（液体）的流率。基准：2000kg 25%（质量分数）HCl水溶液1HClhkmol7 .135 .3625. 02000n1OHhkmol333.831875. 020002n第五节第五节 无化学反应过程的能量衡算无化学反应过程的能量衡算 H2O

23、25（液） 83.333kmolh-1 25%HCl（水溶液）402000kgh-1 HCl 100（气） 13.7kmolh-1 图 5-15 例 5-12 流程示意图 能量衡算基准： 由于 25HCl 的根据题意画流程示意图 能量衡算基准：由于25HCl的Hs已知，又过程中有纯HCl（气），所以选25、HCl(气)、H2O(液)为基准。设HCl带入的焓为，其过程表示为）气，）气，25(HCl100(HCl查出HCl的平均热容 11m,KmolJ17.29pCHm,1=29.17（10025）1032.188kJmol-1第五节第五节 无化学反应过程的能量衡算无化学反应过程的能量衡算溶解过程

24、的焓变为Hs，其过程表示为 ）水溶液，）液，）气，25(HCl25(OH25(HCl2n12)molHCl()OmolH084. 67 .13333.83（n1s(molHCl)kJ23.65)084. 6 ,25(H设HCl水溶液带出的热量为，其过程表示为：）水溶液，）水溶液，40(HCl25(HCl由手册查得25%（质量）盐酸的热容为0.4185kJmol-11m,2molkJ278. 6)2540(4185. 0H1533,hkJ10275. 8188. 2107 .13)278. 623.65(107 .13)()(进出imiimiHnHnHQ吸收装置每小时需移出8.375105 kJ

25、热量。第六节第六节 化学反应过程的热量衡算化学反应过程的热量衡算 在化学反应中反应物质分子结构的改变使分子内部质在化学反应中反应物质分子结构的改变使分子内部质点间的相互作用发生变化，因而常伴随着吸热或放热现象。点间的相互作用发生变化，因而常伴随着吸热或放热现象。为了使化学反应在适宜的温度下进行以达到适当的转化率为了使化学反应在适宜的温度下进行以达到适当的转化率或使目的产物达到尽可能高的收率，就要向反应系统提供或使目的产物达到尽可能高的收率，就要向反应系统提供或移出一定的热量。或移出一定的热量。 化学反应通常伴随较大的热效应化学反应通常伴随较大的热效应吸收热量或放出吸收热量或放出热量，称为反应热

26、。热量，称为反应热。 有关反应热的定义及标准反应热的定义和计算方法，有关反应热的定义及标准反应热的定义和计算方法，在第二章化工基础数据有关章节中已作较详细的介绍，在在第二章化工基础数据有关章节中已作较详细的介绍，在此不再叙述，直接将反应热结合到能量衡算中去。此不再叙述，直接将反应热结合到能量衡算中去。第六节第六节 化学反应过程的热量衡算化学反应过程的热量衡算 对于化学反应过程，同反应系统中物料的焓对于化学反应过程，同反应系统中物料的焓变相比，其位能、动能的变化皆可忽略，系统与变相比，其位能、动能的变化皆可忽略，系统与环境间一般也无功的传递。这样，反应系统的能环境间一般也无功的传递。这样，反应系

27、统的能量衡算就简化为热量衡算即焓衡算。量衡算就简化为热量衡算即焓衡算。 1基准一：基准一：298K、101.3kPa 各反应物及产物状态各反应物及产物状态第六节第六节 化学反应过程的热量衡算化学反应过程的热量衡算 此基准适合已知标准反应热，且化学反应式单一。对非反应物质可另选适当的温度为基准（如反应器的进、出口温度，或热容表的参考温度）。此时反应过程的焓差用下式计算：iiiiHnHnHnH输入输出AAr第六节第六节 化学反应过程的热量衡算化学反应过程的热量衡算 例例5-13：氨氧化反应器的热量衡算，在25、101.3kPa下氨氧化反应的标准反应热为 ，其氨氧化反应式为：4NH3（气）+5O2（

28、气） 4NO（气）+6H2O（气）kJ6 .904rH 现将每小时200molNH3和400molO2在25下连续送入反应器，氨在反应器内全部反应，产物于300呈气态离开反应器。如操作压力为101.3kPa，计算反应器所需要输入或输出的热量。解：由物料衡算得到的各组分流率示于流程图中 NH3200molh-1 O2400molh-1 25 NO 200molh-1 H2O 300molh-1 O2 150molh-1 300 第六节第六节 化学反应过程的热量衡算化学反应过程的热量衡算输入物料的焓因进口的两股物料的温度均为298K，故焓均为零。输出物料的焓查表300时：O2： H2O： NO：

29、11)O(m,KmolJ50.302pC11)OH(m,KmolJ80.342pC39252m,103652. 0102925. 01088188. 050.29TTTCp计算： TCnHpd573298m,)NO( 139252573298hkJ4 .1690103652. 0102925. 01088188. 050.29200TTT1m,)O(hkJ2 .125827550.30150)298573(2pCnH1m,)OH(hkJ297127580.34300)298573(2pCnH基准：题给的进料量，基准：题给的进料量，25，101.3kPa，物料均为气态，物料均为气态第六节第六节

30、化学反应过程的热量衡算化学反应过程的热量衡算已知氨的消耗量为200molh-11AAhkJ452304)6 .904(200rHn此过程的焓 iiiiHnHnHnH输入输出AAr0)29714 .16902 .1258(452301hkJ39310 即为了维持产物温度为300，每小时需从反应器移走39310kJ热量。第六节第六节 化学反应过程的热量衡算化学反应过程的热量衡算 当一个过程的反应为复杂反应体系时，当一个过程的反应为复杂反应体系时，有时会难以写出发生在体系中的各个化学反有时会难以写出发生在体系中的各个化学反应式，即使能写出反应式，有时也难以确定应式，即使能写出反应式，有时也难以确定一

31、种原料参加不同反应的量的比例，即个反一种原料参加不同反应的量的比例，即个反应的选择性不确定，这时利用第一种基准进应的选择性不确定，这时利用第一种基准进行化学反应过程的能量衡算就显得力不从心。行化学反应过程的能量衡算就显得力不从心。例如石油的催化裂解，反应如此之多，以致例如石油的催化裂解，反应如此之多，以致无法判别出每个单独的反应，更谈不上各反无法判别出每个单独的反应，更谈不上各反应间的比例关系，标准反应热也无法知道，应间的比例关系，标准反应热也无法知道，这时可用下列基准二求解。这时可用下列基准二求解。第六节第六节 化学反应过程的热量衡算化学反应过程的热量衡算此时反应过程的总焓变用下式计算。ii

32、iiHnHnH输入输出 这里反应物或产物的是各物质25的生成热与物质由25变到它进口状态或出口状态所需显热和潜热之和，可以分为单质和化合物两种情况来讨论。 例，现假定某物质处在T温度下，用第二种基准计算时，其焓如何计算？该物质为化合物TCHHTpiifd298m,或 TCHHpiifm,2.基准二：基准二： 25，101.3kPa 组成反应物及产物各稳定态的单组成反应物及产物各稳定态的单质时焓为零质时焓为零 非反应分子以任意适当的温度为基准非反应分子以任意适当的温度为基准第六节第六节 化学反应过程的热量衡算化学反应过程的热量衡算 该物质为稳定态的单质 TCHTpid298m,或 TCHpim,

33、 所以第二种基准中的物质，是组成反应物和产物的、以自然形态存在的原子。第六节第六节 化学反应过程的热量衡算化学反应过程的热量衡算 这类反应器除了热量的自然损失外没有专门的换热设这类反应器除了热量的自然损失外没有专门的换热设施，或者由于反应速度很快而无法及时换热，反应过程的施，或者由于反应速度很快而无法及时换热，反应过程的热效应将导致反应物料温度的上升或下降，反应热效应越热效应将导致反应物料温度的上升或下降，反应热效应越大，温度上升或下降的效果越明显，所以这类反应器只适大，温度上升或下降的效果越明显，所以这类反应器只适合于反应热效应不大，单程转化率不高的场合。合于反应热效应不大，单程转化率不高的

34、场合。 这类反应过程借助与外界换热，使反应维持在合适的这类反应过程借助与外界换热，使反应维持在合适的温度条件。在连续稳定的操作条件下，通过能量衡算，算温度条件。在连续稳定的操作条件下，通过能量衡算，算出与外界交换的热量，为换热设备的设计提供依据。如果出与外界交换的热量，为换热设备的设计提供依据。如果反应是吸热的，就要有蒸汽管道、载热体、锅炉或加热炉；反应是吸热的，就要有蒸汽管道、载热体、锅炉或加热炉；相反的，如果反应是放热的，就要有移热装置，如换热器、相反的，如果反应是放热的，就要有移热装置，如换热器、冷凝器等。对这种反应器主要是计算反应过程的总焓差，冷凝器等。对这种反应器主要是计算反应过程的

35、总焓差，总焓差即是所需的换热量。总焓差即是所需的换热量。第六节第六节 化学反应过程的热量衡算化学反应过程的热量衡算 例例5-15：甲烷和水蒸汽在反应器中反应，生成H2、CO和CO2。物料衡算结果列于下表中。设进料和出料均为500。求为保持反应器恒温所需的加热量。 组分进料/（kmolh-1）出料/（kmolh-1 ）CH4H2O(气)COCO2H21.002.500000.251.500.50.252.50共计3.505.001.换热式反应器的热量恒算第六节第六节 化学反应过程的热量衡算化学反应过程的热量衡算 解：分析反应过程，反应过程为复杂反应，所以选择第二种基准进行能量衡算。 基准：计算时

36、间基准为1h，温度基准 25各元素稳定单质。由已知物料流量表，画出流程示意图 CH4 0.25kmolh-1 H2O 1.50kmolh-1CO 0.5kmolh-1 CO2 0.25kmolh-1 H2 2.50kmolh-1 500 CH4 0.25kmolh-1 H2O 1.50kmolh-1500 第六节第六节 化学反应过程的热量衡算化学反应过程的热量衡算iiiiHnHnH输入输出本题中由于进出口温度相同，即同一种物质的Hi输出=Hi输入，则上式可化成：）输入输出iiinnHH(计算各组分在500的焓值CH4：查 1CHfmolkJ85.744）（H11500(m,KkmolkJ76.

37、48）pC231611085.74)298773()(3)500m(,CHf)(CH44pCHH-1kmolkJ 51689H2O：查 1O(g)HfmolkJ2 .2422）（H11500(m,KkmolkJ76.35）pC16986102 .242)298773()(3)500(m,OHfO)(H22pCHH1kmolkJ225214第六节第六节 化学反应过程的热量衡算化学反应过程的热量衡算CO：查 11500(m,KkmolkJ19.30）pC14340106 .110)298773()(3)500(m,COf(CO)pCHH1kmolkJ96260CO2：查 1COfmolkJ6 .1

38、10）（H1(g)COfkmolkJ7 .3932）（H11500(m,KkmolkJ11.45）pC21427107 .393)298773()(3)500(m,)g(COf)(CO22pCHH1kmolkJ372273H2：查 0(g)Hf2）（H11500(m,KkmolkJ29.29）pC1)500(m,)H(kmolkJ13913)298773(02CpCH总焓变应为()51689(0.25 1.0)225214(1.52.5)96260 0.5372273 0.25 13.913 2.5iiiHH nn 输出输入1hkJ157566第六节第六节 化学反应过程的热量衡算化学反应过程的

39、热量衡算2.绝热式反应器的热量衡算绝热式反应器的热量衡算 绝热反应器与外界没有热量交换，此时 0HQ 按第一种基准计算时，下式成立 iiiiHnHnHn输出输入ArA按第二种基准计算时，下式成立iiiiHnHn输出输入第六节第六节 化学反应过程的热量衡算化学反应过程的热量衡算 由绝热反应器的特征，在化学反应过程中与外界无热量交换，无论采用哪一种基准，绝热反应过程进出物料的总焓是相等的，但它们的温度是不同的。当化学反应是吸热反应时，即 ,出料温度低于进料温度，即出料温度下降；当化学反应是放热反应时，即 出料温度高于进料温度，即出料温度上升。对绝热反应过程的热量衡算，通常是根据反应热计算物料的出口

40、温度。 0rH0rH第六节第六节 化学反应过程的热量衡算化学反应过程的热量衡算 例例5-16：在绝热反应器中发生乙醇脱氢生成乙醛的化学反应，反应式如下： C2H5OH(g) CH3CHO(g)+H2(g)已知标准反应热为： ，乙醇蒸气于300进入反应器，转化率为30%，在该操作温度范围内各物质的平均摩尔热容值为： kJ95.68rHC2H5OH(g)： 11m,KmolkJ110. 0pCCH3CHO(g)： 11m,KmolkJ080. 0pC H2(g)： 11m,KmolkJ029. 0pC求反应器出口产物的温度。第六节第六节 化学反应过程的热量衡算化学反应过程的热量衡算解：由题意进行简

41、单的物料衡算后将得到的结果示于流程示意图 反应器100mol C2H5OH(g) 300 70mol C2H5OH(g) 30mol CH3CHO(g) 30mol H2(g) T=？基准: 物料基准 100mol乙醇进料 温度基准 第一种基准 25，C2H5OH(g)，CH3CHO(g)，H2(g)由第一种基准，能量衡算式为：iiiiHnHnHnH,m,mAmr,A输入输出25反应的焓： kJ2069195.6830Amr,AHn第六节第六节 化学反应过程的热量衡算化学反应过程的热量衡算计算各物质焓值各物质焓值的计算采用以下公式： )25(m,m,TCTCHppiC2H5OH 1输入OH)H

42、(Cm,molkJ25.30)25300(110. 052H1输出OH)H(Cm,molkJ)25(110. 052THCH3CHO 1输出CHO)(CHm,molkJ)25(080. 03THH2 1)H( ,mmolkJ)25(029. 02TH输出根据式（5-38）iiiiHnHnHn,mAmr,A,m输出输入 代入数据得： )25(029. 030)25(080. 030)25(110. 070206925.30100TTT)25(0 .11956T解得： T=111.9 第七节第七节 稳态流动过程物能联合衡算稳态流动过程物能联合衡算 我们分别讨论了物料衡算和能量衡算，一般我们分别讨论

43、了物料衡算和能量衡算，一般应在作能量衡算之前先要作物料衡算；但有时根应在作能量衡算之前先要作物料衡算；但有时根据物料衡算式不能直接计算出物料量，还需对物据物料衡算式不能直接计算出物料量，还需对物料衡算和能量衡算进行联立求解。本节主要讨论料衡算和能量衡算进行联立求解。本节主要讨论物料衡算和能量衡算联合应用的问题。物料衡算和能量衡算联合应用的问题。第七节第七节 稳态流动过程物能联合衡算稳态流动过程物能联合衡算 对于任何一个体系，都可以写出：对于任何一个体系，都可以写出： 1.总的物料算式；总的物料算式； 2.每一组分的物料算式；每一组分的物料算式； 3.总能量衡算式。总能量衡算式。第七节第七节 稳

44、态流动过程物能联合衡算稳态流动过程物能联合衡算 例5-17：某连续蒸馏塔每小时分离10000kg含40%（质量分率，下同）苯、60%氯苯的溶液，进料温度294K，塔顶液体产物为99.5%的苯，塔底(从再沸器出来的物料)含1%苯。冷凝器进水温度为288.7K，出水温度为333K，再沸器用温度为411K的饱和水蒸汽加热，回流比（返回塔顶的液体量与取出塔顶液体产物之比）为6:1，设再沸器和冷凝器均在101.3kPa下操作，冷凝器的计算温度为354K，再沸器温度为404K，算得再沸器气相中苯为3.9%（相当于5.5mol%）。 计算下列各项：塔顶产物和塔底产物每小时各为多少kg？每小时回流多少kg？进

45、再沸器的液体和再沸器的蒸汽每小时各为多少kg？每小时耗用的水蒸汽和冷却水各为多少kg？第七节第七节 稳态流动过程物能联合衡算稳态流动过程物能联合衡算解：根据题意画出流程示意图解：根据题意画出流程示意图,并注明已知条件。并注明已知条件。第七节第七节 稳态流动过程物能联合衡算稳态流动过程物能联合衡算已知液态苯和氯苯的热容数据如下表所示：已知液态苯和氯苯的热容数据如下表所示：温度温度/KCp/ (kJ Jkg-1K-1)Hv / (kJ Jkg-1)氯苯氯苯苯苯氯苯氯苯苯苯2943053223393553723894051.2551.3391.4021.4431.5061.5691.6321.674

46、1.6951.7361.7991.8831.9662.0292.0922.176325.43313.80302.17292.88395.18385.97371.92357.73第七节第七节 稳态流动过程物能联合衡算稳态流动过程物能联合衡算基准：每小时10000kg进料总物料衡算 F=D+W整个系统物料衡算10000=D+WW=6040 kgh-1 D=3960kgh-1 100000.4=D0.995+(10000D)0.01100000.4=D0.995+W0.01苯的衡算 FxFi=DxDi+WxWi第七节第七节 稳态流动过程物能联合衡算稳态流动过程物能联合衡算冷凝器物料衡算 LbxLb=6040