化工计算能量衡算概述培训课件

1、第第四四章章 能量衡算能量衡算第一节第一节 概述概述 第二节第二节 能量衡算的基本方法和步骤能量衡算的基本方法和步骤 第三节第三节 无化学反应过程能量衡算无化学反应过程能量衡算第四节第四节 化学反应过程的能量衡化学反应过程的能量衡算算 第五节 加热剂、冷却剂及其他能量消耗加热剂、冷却剂及其他能量消耗的计算的计算能量衡算的重要性能量衡算的重要性 影响设备选型、结构、尺寸设计及操作；影响经济性。两类问题两类问题:设计型和操作型第一节第一节 概述概述 性质性质指物料的特性，它可以被测量出来或指物料的特性，它可以被测量出来或 者者可以计算出来。可以计算出来。 几个概念：几个概念：强度性质强度性质不随组

2、成体系的物料的量的变化而不随组成体系的物料的量的变化而 变化的性质。变化的性质。 如T、P、等。 广延性质广延性质（容量性质）（容量性质）体系性质的值等于组成体体系性质的值等于组成体 系的各部分相应值之和系的各部分相应值之和 。如：m、V、H、S、G等等。 41 能量的形式能量的形式 一、动能（一、动能（EK） 物质由于宏观运动而具有的能量。物质由于宏观运动而具有的能量。 221muEK二二 、位能（、位能（EP）（）（势能）势能） 通常与内能相比，体系通常与内能相比，体系EK很小，可忽略。很小，可忽略。 物体由于在高度上位移而具有的能量。物体由于在高度上位移而具有的能量。 mgzEP化工装置

3、中化工装置中EP与内能相比很小，通常可忽略与内能相比很小，通常可忽略 三、内能（三、内能（U） 物质除了宏观的动能和势能外所具有的能量。物质除了宏观的动能和势能外所具有的能量。 纯组分：纯组分：U=U（T，V） 取全微分取全微分 dVVUdTTUdUTVTVU0dTCdUV通常很小，则有：通常很小，则有： 我们仅可计算内能变化值或计算相对于某个我们仅可计算内能变化值或计算相对于某个参考态的内能而无法求参考态的内能而无法求U的绝对值。的绝对值。 2112TTVdTCUU所以所以能量能量 宏观能量宏观能量 动能动能 势能势能内能内能 分子势能分子势能 键能键能 分子动能分子动能 平动能平动能 转动

4、能转动能振动能振动能 宏观能量宏观能量构成体系的物质作为一个整体所具有构成体系的物质作为一个整体所具有 的能量。的能量。内能内能构成体系的微观粒子（分子）所具有的能量。构成体系的微观粒子（分子）所具有的能量。 42 几个与能量衡算有关的重要的物理量几个与能量衡算有关的重要的物理量 一、热量（一、热量（Q） 为体系和环境间因有温差而引起传递的能量。为体系和环境间因有温差而引起传递的能量。 注意：注意：（1）热量是能量传递的一种形式，仅在过程中体）热量是能量传递的一种形式，仅在过程中体现出来，它不是体系的性质。热量无法测量和计现出来，它不是体系的性质。热量无法测量和计算出来（不同过程算出来（不同过

5、程Q不同）。不同）。（2）只有存在温差时才会有热量传递。）只有存在温差时才会有热量传递。（3）热量由环境向体系传递）热量由环境向体系传递Q0，反之，反之，Q0，反之，反之，WVl，Vg-VlVg，则： 2lnRTHdTPdvlgvVVTHdTdP4）沃森（）沃森（Watson）公式公式 38. 01212)()(TTTTHHCCvv当Tc-T10K时，误差小于1.8%。 5）标准熔化热的计算）标准熔化热的计算 molJHm有机化合物无机化合物金属元素）mmmTTT5025(2 . 9二、有相变过程的能量衡算举例二、有相变过程的能量衡算举例 选定参考态时，不仅要选参考温度，还要选参考相态。通常选

6、已知的温度和相态的物流作为参考态。例题 有一含苯50（mol）、甲苯50的混合液，温度为10，连续加入气化室内并被加热至50 ，压力34.8mmHg。液相中含苯40(mol)，气相中含苯68.4，问每 kmol进料需要多少热量？解；画解；画出示意图出示意图 汽汽 化化 室室Vkmol,50苯苯68.4，甲苯甲苯31.6Q(kJ/kmol)L kmol ,50苯苯40，甲苯甲苯601kmol 10苯苯50，甲苯甲苯50先作物料衡算，再作能量衡算。（1）物料衡算）物料衡算取1kmol进料混合物为计算基准总物料 1L+V苯 0.50.4L+0.684V联立解得 V=0.352kmol, L=0.64

7、8kmol（2）能量衡算能量衡算选取基准： 10液体苯和甲苯为基准 因混合物为同系物，看为理想溶液，忽略混合热。查资料得；Cp苯（l）62.55+23.4102 T kJ/kmol.KCp甲苯（l）157kJ/kmol.K（050 ）Cp甲苯（l）165kJ/kmol.K（0100 ）Cp苯（g）-36.21+48.46102T 31.5610-5T 2kJ/kmol.KCp甲苯（g）34.40+55.92102T 34.4510-5T 2kJ/kmol.K正常沸点下：kJ/kmol30760Hv苯(80.26 )kJ/kmol33470Hv甲苯(110.8 )进出体系各组分焓值为多少？出体系

8、各组分焓值求取：50 液体苯l5338kJ/kmodTT104 .2355.62dTCp3232832-323283ll）苯（）苯（H50 液体甲苯kJ/kmol62801050157TTCpHl(l)基准）甲苯（甲苯50 气体苯，正常沸点80.26 ，设计如下过程：80.26 气体苯液体苯10 80.26 液体苯50 气体苯kJ/kmol37600dTT1056.31-T1048.4636.21-30760dT1023.462.55dTCpHdTCpH32326.35325-2-26.3532832-32326.353(g)v26.353283(l)(g)苯苯苯苯甲苯正常沸点110.8 ，设

9、计如下过程：110.8 液体甲苯110.8 气体甲苯50 气体甲苯液体甲苯10 50 气体甲苯：kJ/kmol42780dTT1045.34-T1055.9234.4-33470108 .110165dTCpH108 .110CpH3238 .38325-2-3238 .383(g)vl(g)甲苯甲苯）甲苯（甲苯分别计算进出口物料的焓值005.005.0Hnii进进kJ1763062806 . 053384 . 0648. 042780316. 037600684. 0352. 0Hnii出出每kmol进料所需热量QkJ/kmonHnHQiiii进进出出三、利用焓三、

10、利用焓温图作能量衡算温图作能量衡算 找出某物质 的HTP间关系，制成焓温图，由HT图作能量衡算方便，不足是有HT图的物质较少。HT图选取参考态有-129 (200 F)和0两种，应注意查得的H值的零点要一致。利用H-T图作上述例题，查图得各状态下焓值10 ：H苯（l）=4kcal/kg50 ：H苯（l）=20.5kcal/kg50 ：H苯（g）=121kcal/kg,kmol/kJ18173kmol/kcal29.43414925 . 04785 . 022926 . 05 .20784 . 0648. 011892316. 012178684. 0352. 0HQ10 ：H甲苯(l)4kca

11、l/kg50 :H甲苯(l)22kcal/kg50 ：H甲苯(g)118kcal/kg苯甲苯48 溶解和混合过程溶解和混合过程 一、溶解热和混合热一、溶解热和混合热 积分溶解热积分溶解热1摩尔溶质于恒温恒压下溶于摩尔溶质于恒温恒压下溶于n 摩摩 尔溶剂中，形成溶液时焓的变化。尔溶剂中，形成溶液时焓的变化。 溶解及混合过程，会伴随有能量吸收或放出，这两种过程的热分别称为溶解热和混合热。 无限稀释积分溶解热无限稀释积分溶解热1摩尔溶质于恒温恒压摩尔溶质于恒温恒压 下溶于无穷多的溶剂中，形成溶液时焓下溶于无穷多的溶剂中，形成溶液时焓 的变化。的变化。混合热和溶解热数据可查有关资料得到。表51（P14

12、2）给出25 盐酸、烧碱和硫酸溶液的积分溶解热和积分混合热。该表取纯物质（纯溶质和纯溶剂）为基准（此时焓为零）。BIAO 溶解热和混合热 也可选用25 纯溶剂和一个指定的稀溶液为基准，可与前一种基准下的值进行换算。如：氯化氢的水溶液（n10molH2O/molHCl),该溶液以25 纯HCl（g）和纯H2O(l)为基准的焓求以25 纯H2O(l) 和极稀的HCl溶液(n=106molH2O/molHCl)为基准时该溶液的焓 。SH(n=10)-69.49kJ/molHCl。以25C H2O为基准，（10610）molH2O的焓为零，则上过程的焓变为由HCl含量为1mol的极稀溶液变化为10mo

13、lH2O/molHCl溶液的焓差。上问题可看为下面过程:纯组分 1mol HCl 106molH2O溶液 1molHCl10molH2O +10610 molH2O（液）25C溶液 1mol HCl 106molH2OH25C25C)10( nSH)(nSH)n(S)10n(SHHHmolHCl/kJ49.69H)10n(S查表51得molHCl/kJ65. 514.7549.69H题目所求H5.65kJ/molHCl。molHClkJHnS14.75二、溶解与混合过程的二、溶解与混合过程的能量衡算（略）能量衡算（略） 可知，nmolH2O/mol溶质的溶液的焓为：以25 纯溶剂和无限稀释的溶

14、液为基准：溶液以25 纯溶质和溶剂为基准)n(HHS)(H)n(HHSS对于溶解和混合过程的热量衡算，可以列一进出口焓表，过程H即为所求Q。若过程物料有纯溶质，则宜选择25C（或已知SH的其它温度）溶质和溶剂作为计算焓的基准。 若进出口物料是稀溶液，则宜选择25C无限稀释的溶液和纯溶剂为基准。T不是25C时，其H可按下法求之：)n(HHS)(H)n(HHSS（1）先由下两公式求出25C的焓值：（2）再加上25C至tC的焓变。例题 盐酸由气态HCl用水吸收而制得，用100 C 的HCl（气）和25C的H2O（液），生产40 C、20（质量）HCl水溶液1000kg/h,问吸收设备应加入或移出多少

15、热量？解（1）先作物料衡算，求出进料的物质量。hmolhkmolnHCl/5480/480. 55 .36%201000hmolhkmolnOH/44400/400.440 .18%8010002画出物料流程图画出物料流程图5480molHCl(g)/h,100C44400molH2O(l)/h,25C 吸 收 塔 1000kg/h 20%(w)HCl40C5840molHCl/h44400molH2O/hQ 基准进料有纯溶质，且25C积分溶解热已知，选取25C纯HCl（气）和H2O（液）为基准。出料的焓值。molHClOmolHmolHClOmolHn221 .8548044400由表51

16、数据采用内插法求得SHmolHClkJHS/423.6701. 81051005.6449.6949.6925C至40C的焓变：查得20盐酸溶液的热容为0.5573kJ/molHCl.KmolHClkJH/360. 8)2540(5573. 0进料物料的焓值：水进料温度为基准温度，其焓值为零。molHClkJHHHs/064.59360.8423.67查附录用内插法求HCl 的热容KmolkJCpHCl./176.2937340029840013.2919.2919.29molHCl/188.2298373176.29kJHHCl进能量衡算kJ/h335661188.254805480064.

17、59HnHnQ 进进出出过程需移出热量为335661kJ/h.实际是设计下过程求Q321HHHH1000kg(l)25 20%盐酸5480molHCl(g) 100 44400H2O(液）25 5480molHCl (g)25 44400H2O(液）25 1000kg(l)40 20%盐酸H1H2H3H第四节第四节 化学反应过程的能量衡算化学反应过程的能量衡算 49 反应热及其表示反应热及其表示 化学反应热化学反应热在等温条件下，不作非体积功时反应在等温条件下，不作非体积功时反应系统所吸收或放出的热量。系统所吸收或放出的热量。一、恒压反应热一、恒压反应热Hr 恒温恒压下，反应物按化学计量式完全

18、反应，恒温恒压下，反应物按化学计量式完全反应，物料在反应前后的焓差。物料在反应前后的焓差。 恒压下若不作非体积功，则有 QP=Hr aA + bB cC + dD 讨论反应热时注意的几点：讨论反应热时注意的几点： （1）反应热是对一定反应方程式而言，又叫）反应热是对一定反应方程式而言，又叫1反应反应摩尔的反应热，即各反应物反应的摩尔数和产物生成摩尔的反应热，即各反应物反应的摩尔数和产物生成的摩尔数等于其相应的化学计量系数。的摩尔数等于其相应的化学计量系数。 （2） 各反应物和产物的相态各反应物和产物的相态 相态不同，Hr不同 （3）各物质所处的状态）各物质所处的状态（温度压力浓度等均有影响）A

19、ArnHH二、恒容反应热二、恒容反应热Ur 在恒温恒容条件下，反应物在温度T时按化学计量关系完全反应后的内能变化。)(TUQrV 当气体为理想气体时 nRTTHPVTHTUrrr)()()()(气态反应物）气态产物）(iin510 反应热的计算反应热的计算 Hr、Ur的求的求 取仅取决于始终态。取仅取决于始终态。 （1）由标准生成热）由标准生成热 求取反应热求取反应热标准生成热标准生成热在标准状态下（298K，101.3千 帕）由稳定单质生成1摩尔化合物的恒压反应热。 标准状态标准状态在温度为T,压力为101.3千帕时纯物质状态称为该物质反应的标准态（对气体还应为具有理想气体性质的纯气体）。

20、标准反应热标准反应热在标准状态下，反应物在温度T按化学计量关系完全反应后所放出或吸收的热量能写出所给物质的生成反应（例子）。反应物生成物)()(000fiifiirHHH（2）由标准燃烧热）由标准燃烧热 00rCHH求 标准燃烧热标准燃烧热298K，1大气压下，各种处于稳定状态的物质进行燃烧反应生成燃烧产物时的焓变。稀的水溶液）()()()()(2222HClClgSOSgNNlOHHgCOC对氯化物，若无足够的H形成氯化氢，则一般添加水作为反应物00,2OHCH如： （3）由标准燃烧热求标准生成热）由标准燃烧热求标准生成热 根据盖斯定律，由化学方程式组合根据由标准燃烧热求标准反应热 。 具体

21、方法见例516和例517 。会写物质的燃烧反应。作业：C2H2Cl4、C2Cl4CHCl3+1/2O2+H2O （l） CO2+3HCl（稀的水溶液）CCl4+2H2O（l） 2CO2+4HCl（稀的水溶液）产物反应物（iCiicirHH)()H000例515 P147148411 化学反应过程的能量衡算化学反应过程的能量衡算 一、基准的选取一、基准的选取 第一种基准第一种基准 若已知标准反应热，可若已知标准反应热，可取取298K，101.33千帕为反应物及产物的计算千帕为反应物及产物的计算基准。基准。对非反应物可另选适当的温度为基准求过程的H。dTCHTpii298nAR过程中消耗或生成的A

22、的摩尔数（此数不一 定是进料或出料中A 的摩尔数。） AA的化学计量系数。 当过程中有多个反应时，上式应包含每个反应的 ArARHn0A化学方程式中任意一种反应物或产物。 输入输出（)(0iiiiArARHnHnHnH 注意：每个反应只考虑一个反应物，nAR应为相应反应消耗的A 的量，A应为相应反应物的化学计量系数。 输入输出项中的ni应包括所有的组分（如惰性物质）。 计算中注意单位的一致性。（如反应热与热容单位往往不同。） 取此反应在25，1atm的反应热为Hr =-904.6kJ。现有25的100molNH3/h和200molO2/h连续进入反应器，氨在反应器内全部反应，产物于300呈气态

23、离开反应器。如操作压力1atm，计算反应器应输入或输出的热量。4NH3（g）+5O2（g）= 4NO（g）+6H2O（g）例518氨氧化反应式为： 反反 应应 器器100molNH3/h200molO2/h100molNO/h150molH2O/h75molO2/h25300Q 解：取100molNH3/h进料为计算基准（单位时间）由物料衡算得各个组分流率标于流程图上 注意，积分式中温度是用摄氏温度还是热力学温度要由热容与温度关系而定。 ArARHn0=100（-904.6）/4=-22615kJ/h 选取第一种基准，即取298K，101.33千帕反应物及产物NH3、O2、NO和H2O的计算基

24、准。由 求出各Hi值。 30025dTCnHnpiii 第二种基准第二种基准 以组成反应物及产物的元素以组成反应物及产物的元素在在298K298K，101.3101.3千帕时的焓为零。非反应物以任千帕时的焓为零。非反应物以任意适当的温度为基准。意适当的温度为基准。 =-22615+（635.25+845.3+1435.5）-0=-19700 kJ/h输入输出（)(0iiiiArARHnHnHnH 第二种基准中的基准物质是组成反应物和产第二种基准中的基准物质是组成反应物和产物的以自然形态存在的原子。这时反应物或产物物的以自然形态存在的原子。这时反应物或产物的焓的焓H H是各物质是各物质298K2

25、98K的生成热与由的生成热与由298K298K变到其进变到其进出口状态的显热和潜热之和。过程总焓变为：出口状态的显热和潜热之和。过程总焓变为： 298K ，1atm，元元 素素298K， 1atm，化合物化合物T 进进（T出出），），P进进（P出出）化合物）化合物0298fHHHi输入输出（)(iiiiHnHnH例519 P151153 看书后讲解。注意各化合物的注意各化合物的H H计算应包含生成热的值。计算应包含生成热的值。 建议采用建议采用P152P152表表5252形式计算形式计算 。反应过程热量衡算分为反应过程热量衡算分为 换热式反应器换热式反应器绝热式反应器绝热式反应器dTCHHTp

26、ifii298)298(二、带换热的反应过程的能量衡算二、带换热的反应过程的能量衡算 例例520 520 带换热的反应器，在反应器中进行乙醇脱氢带换热的反应器，在反应器中进行乙醇脱氢生成乙醛的反应：生成乙醛的反应：C C2 2H H5 5OHOH（g g）= CH= CH3 3CHOCHO（g g）+H+H2 2-Q-Q标准反应热为标准反应热为H=68.95kJH=68.95kJ。原料含乙醇原料含乙醇90%90%（mol%mol%）和乙和乙醛醛10%10%（mol%mol%），），进料温度进料温度300300，当加入反应器的热量为，当加入反应器的热量为5300kJ/100mol5300kJ/1

27、00mol进料，产物出口温度为进料，产物出口温度为265265。计算反应器中乙醇的转化率。已知热容的值为：计算反应器中乙醇的转化率。已知热容的值为： C C2 2H H5 5OHOH（g g）：）：C Cp p=0.110kJ/mol.K=0.110kJ/mol.K CH CH3 3CHOCHO（g g）：）：C Cp p=0.080kJ/mol.K=0.080kJ/mol.K H H2 2（g g）：）：Cp=0.029kJ/mol.KCp=0.029kJ/mol.K 并假定这些热容值都是常数。并假定这些热容值都是常数。解：取解：取100mol100mol进料为计算基准进料为计算基准由物料衡

28、算得各个组分量标于流程图上相应位置由物料衡算得各个组分量标于流程图上相应位置反反 应应 器器90molC90molC2 2H H5 5OHOH10molCH10molCH3 3CHOCHOn n1 1molCmolC2 2H H5 5OHOHn n2 2molCHmolCH3 3CHOCHOn n3 3molHmolH2 2300300265265Q=5300kJ/100mol Q=5300kJ/100mol 三个未知数，只能列两个物料衡算式，需借助能三个未知数，只能列两个物料衡算式，需借助能量衡算式求解，为一物能联算问题。量衡算式求解，为一物能联算问题。（1 1）对）对C C元素列式：元素列

29、式：90902+102+102=2n2=2n1 1+2n+2n2 2 整理得：整理得： n n1 1+n+n2 2=100=100（2 2）对）对H H元素列式：元素列式： 90906+106+104=6n4=6n1 1+4n+4n2 2+2n+2n3 3 整理得：整理得： 3n3n1 1+2n+2n2 2+n+n3 3=290=290（3 3）能量衡算）能量衡算 取第一种基准。取第一种基准。进料进料C C2 2H H5 5OHOH（g g）：）：C Cp p=0.110kJ/mol.K=0.110kJ/mol.K进料：进料： H H C2H5OH C2H5OH =0.110=0.110（30

30、0-25300-25）=30.3kJ/mol=30.3kJ/molH H CH3CHO CH3CHO =0.08=0.08（300-25300-25）=22.0kJ/mol=22.0kJ/mol出料：出料：H H C2H5OH C2H5OH =0.110=0.110（265-25265-25）=26.4kJ/mol=26.4kJ/molH H CH3CHO CH3CHO =0.08=0.08（265-25265-25）=19.2kJ/mol=19.2kJ/molH H H2H2=0.029=0.029（265-25265-25）=7.0kJ/mol=7.0kJ/mol输入输出（)(0iiiiA

31、rARHnHnHnH26.4n26.4n1 1+19.2n+19.2n2 2+76.0n+76.0n3 3=8247 =8247 （3 3）联立求解（联立求解（1 1）（）（2 2）（）（3 3）得：）得：n n1 1=7.5mol=7.5moln n2 2=92.5mol =92.5mol n n1 1=82.5mol=82.5mol乙醇转化率：乙醇转化率：x=(90-7.5)/90=91.7%x=(90-7.5)/90=91.7%5300=n5300=n3 3 68.95+ 68.95+（26.4n26.4n1 1+19.2n+19.2n2 2+7.0n+7.0n3 3） （90 90 3

32、0.3+1030.3+10 22.0 22.0）三、绝热反应器的能量衡算三、绝热反应器的能量衡算 设备与外界无热交换设备与外界无热交换( (除进出物料带入带出除进出物料带入带出Q Q外无其它热交换外无其它热交换) )，故，故Q=H=0Q=H=0。PTPTHH. 21.输出。输入例例5-21 P1545-21 P154155 155 由于反应单一，且标准反应热求取方便，故由于反应单一，且标准反应热求取方便，故仍取第一种基准。仍取第一种基准。1212,0,0TTHTTHrr放热反应：吸热反应：已知已知T T进进、进出物料（、进出物料（x x） T T出出 已知已知T T进进、 T T出出进料（进料

33、（x x） 出料（出料（x x）已知已知T T出出、进出物料（、进出物料（x x） T T进进 已知已知T T进进、 T T出出出料（出料（x x） 进料进料 绝热过程通常通过热量衡算求进出物料组成及进绝热过程通常通过热量衡算求进出物料组成及进出口温度。出口温度。例：一连续操作反应器，已知仅有反应例：一连续操作反应器，已知仅有反应 A+2B4C+5D A+2B4C+5D 反应器进料只有反应器进料只有A A和和B B且配比符合化学计量比，进料且配比符合化学计量比，进料温度温度100100，A A的转化率为的转化率为50%50%，出反应器的物料温，出反应器的物料温度为度为300300。求过程所需移

34、出或移入的热量。求过程所需移出或移入的热量。已知：已知：H H0 0fAfA（298298）=40kJ/mol=40kJ/mol， H H0 0fBfB（298298）=0kJ/mol=0kJ/mol， H H0 0fCfC（298298）=-20kJ/mol=-20kJ/mol，H H0 0fDfD（298298）=20kJ/mol=20kJ/mol C CPAPA=10 kJ/=10 kJ/kmol.Kkmol.K， C CPBPB=15 kJ/=15 kJ/kmol.Kkmol.K， C CPCPC=5 kJ/=5 kJ/kmol.Kkmol.K， C CPDPD=4 kJ/=4 kJ/

35、kmol.Kkmol.K。解：取解：取100kmolA/h100kmolA/h进料进料 为计算基准。物料衡算结果为计算基准。物料衡算结果标注于图上。标注于图上。反反 应应 器器100kmolA/h 100kmolA/h 200kmolB/h200kmolB/h50kmolA/h50kmolA/h100kmolB/h100kmolB/h200kmolC/h20200kmolC/h20250kmolD/h250kmolD/h100100300300Q Q 取第一种能量衡算基准，取第一种能量衡算基准， H0r=205+（20）4140=20kJ/molH H反反=n=nARARH H0 0r r/A

36、 A=50=5010001000（2020） =-1000000kJ/h=-1000000kJ/h（n ni iH Hi i）入入= =（n ni iCpiCpi（T T298298）入入= =（10010010+20010+2001515）（）（373373298298）=300000kJ/h=300000kJ/h（n ni iH Hi i）出出= =（n ni iCpiCpi（T T298298）出出 = =（505010+10010+10015+20015+2005+2505+2504 4） （573573298298） =1100000kJ/h=1100000kJ/hH=H=10000

37、00+11000001000000+1100000300000=300000=200000kJ/h200000kJ/h反应器需移出热量反应器需移出热量200000kJ/h200000kJ/h。选取能量衡算的第二种基准。选取能量衡算的第二种基准。dTCHHTpifii298)298(H HA A进进= =H H0 0fAfA（298298）+ C+ CPAPA（T T进进298298） =40=401000+101000+10（373373298298） =40750kJ/kmol=40750kJ/kmolH HB B进进= =H H0 0fBfB（298298）+ C+ CPBPB（T T进进

38、298298） =0+15=0+15（373373298298） =1125kJ/kmol=1125kJ/kmolH HA A出出= =H H0 0fAfA（298298）+ C+ CPAPA（T T出出298298） =40=401000+101000+10（573573298298） =42750kJ/kmol=42750kJ/kmolH HB B出出= =H H0 0fBfB（298298）+ C+ CPBPB（T T出出298298） =0=0+15+15（573573298298） =4125kJ/kmol=4125kJ/kmolH HC C出出= =H H0 0fCfC（29829

39、8）+ C+ CPCPC（T T出出298298） =-20=-201000+51000+5（573573298298） =-18625kJ/kmol=-18625kJ/kmolH=H=（n ni iH Hi i）出出（n ni iH Hi i）入入 = =（505042750+10042750+1004125+2004125+200（1862518625） +250+2502110021100）（）（10010040750+20040750+20011251125） = =200000kJ/h200000kJ/h。反应器需移出热量反应器需移出热量200000kJ/h200000kJ/h。H

40、HD D出出= =H H0 0fDfD（298298）+ C+ CPDPD（T T出出298298） =20=201000+41000+4（573573298298） =21100kJ/kmol=21100kJ/kmoln作业：有一反应作业：有一反应A A（g g）+2B+2B（g g）3C3C（g g）在一绝在一绝热式反应器中进行，已知原料混合物只含热式反应器中进行，已知原料混合物只含A A和和B B，且且配比等于化学计量比，又知配比等于化学计量比，又知A A的转化率为的转化率为100%100%，产，产物混合物出反应器的温度为物混合物出反应器的温度为1200K1200K。求原料混合物求原料混

41、合物进反应器的温度为多少？进反应器的温度为多少？n已知：已知：CpCpA A=30kJ/kmolK=30kJ/kmolK，CpCpB B=40 kJ/=40 kJ/kmolKkmolK，nCpCpC C=70 kJ/=70 kJ/kmolKkmolK；nHHC C， A A=0=0，HHC C， B B=-170kJ/mol=-170kJ/mol，nHHC C ，C C=-120 kJ/mol=-120 kJ/mol。解：解：取取100kmolA/h100kmolA/h进料进料 为计算基准。物料衡算为计算基准。物料衡算结果标注于图上。结果标注于图上。n取取第一种计算基准第一种计算基准反反 应应

42、 器器100kmolA/h 100kmolA/h 200kmolB/h200kmolB/h300kmolC/h300kmolC/hT T？1200K1200K输入输出（)(0iiiiArARHnHnHnHn绝热过程绝热过程molkJHHiCiicir20120301702)()H000产物反应物（TTTHnHnHnHiiiiArAR110002422000029840200298301002981200703002010100)(30输入输出（0HKTT220211000242200000第五节第五节 加热剂、冷却剂及其他能量消耗的加热剂、冷却剂及其他能量消耗的计算计算n4 4-12-12常用

43、加热剂和冷却剂常用加热剂和冷却剂n常用加热剂有热水、饱和水蒸汽常用加热剂有热水、饱和水蒸汽( (低压、高压低压、高压) )、导、导热油、道生液、烟道气和熔盐等；热油、道生液、烟道气和熔盐等；n常用冷却剂有空气、冷却水、冰和冷冻盐水等。常用冷却剂有空气、冷却水、冰和冷冻盐水等。n1 1、加热剂和冷却剂的选用原则、加热剂和冷却剂的选用原则n在较低压力下可达到较高温度；在较低压力下可达到较高温度；n化学稳定性高；化学稳定性高；2 2、常用加热剂和冷却剂的性能特点和物性参数、常用加热剂和冷却剂的性能特点和物性参数见表见表5-45-4n无腐蚀；无腐蚀；n热容量大；热容量大；n冷凝热大；冷凝热大；n无火灾

44、和爆炸危险；无火灾和爆炸危险；n无毒性；无毒性；n温度易于调节；温度易于调节；n价格低廉；价格低廉；4 4-13-13加热剂和冷却剂消耗量的计算加热剂和冷却剂消耗量的计算n1 1、水蒸气的消耗量、水蒸气的消耗量n(1) (1) 间接蒸汽加热时的蒸汽消耗量间接蒸汽加热时的蒸汽消耗量n若以若以0 0为基准温度为基准温度式中：式中：Q Q2 2由蒸汽传递给物料及设备的热量，由蒸汽传递给物料及设备的热量，kJkJ或或kJkJ h h-1-1; ;HH蒸汽的焓蒸汽的焓,kJ,kJ kgkg-1-1; ;C Cp p冷凝水的定压比热冷凝水的定压比热, ,取取4.18kJ4.18kJ kgkg-1-1 -1

45、-1; ;TT冷凝水的温度冷凝水的温度, ,; ; 热效率。保温设备取热效率。保温设备取0.970.970.98;0.98;不保温设备取不保温设备取0.930.930.950.95。TCHQWP2(2) (2) 直接蒸汽加热时水蒸汽的消耗量直接蒸汽加热时水蒸汽的消耗量n若以若以0 0为基准温度为基准温度 式中式中 T Tk k被加热液体的最终温度，被加热液体的最终温度，。KPTCHQW22 2、冷却剂的消耗量、冷却剂的消耗量n水、冷冻盐水和空气均为常用的冷却剂，其消耗量水、冷冻盐水和空气均为常用的冷却剂，其消耗量可用下式计算可用下式计算 式中：式中： WW冷却剂的消耗量，冷却剂的消耗量，kgk

46、g或或kgkg h h-1-1； C Cp p冷却剂的平均定压比热，冷却剂的平均定压比热，kJkJ kgkg-1-1 -1-1； T T1 1冷却剂的初温，冷却剂的初温，； T T2 2冷却剂的终温，冷却剂的终温，。 一般水的定压比热可取一般水的定压比热可取4.18kJ4.18kJ kgkg-1-1 -1-1，空气的定压，空气的定压比热可取比热可取1.01kJ1.01kJ kgkg-1-1 -1-1122TTCQWP表表5-5 5-5 氯化钠水溶液的定压比热氯化钠水溶液的定压比热温度/oCNaCl 的质量百分数/%0102030405024.0464.0574.0734.0894.1044.1

47、1763.8683.8783.8923.9053.9203.934103.7093.7223.7383.7483.7603.769143.5743.5853.6023.6083.6163.629183.4593.4703.4843.4923.5003.509223.3553.3633.3743.3823.3903.399263.2533.2623.2663.2783.2833.2915-145-14燃料消耗量的计算燃料消耗量的计算n式中式中: :nGG燃料的消耗量燃料的消耗量,kg,kg或或kgkg h h-1-1; ;n 燃烧炉的热效率燃烧炉的热效率, ,一般燃烧炉的一般燃烧炉的 值可取值可

48、取0.30.30.5,0.5,锅炉锅炉的的 值可取值可取0.60.60.92;0.92;nQpQp燃料发热量燃料发热量,kJ,kJ kgkg-1-1。表表5-6 5-6 几种燃料的发热量几种燃料的发热量 p2QQG燃料名称褐煤烟煤无烟煤燃料油天然气发热量/kJkg-184001460014600335001460029300406004310033500377005-15电能的消耗量的计算电能的消耗量的计算n式中式中nEE电能的消耗量电能的消耗量,kWh(1kWh=3600kJ),kWh(1kWh=3600kJ)；n 电热装置的热效率电热装置的热效率, ,一般可取一般可取0.850.850.9

49、50.95。3600QE25-16压缩空气的消耗量的计算压缩空气的消耗量的计算n一般压缩空一般压缩空气的消耗量气的消耗量折算成常压折算成常压(1.013(1.013 10105 5P Pa)a)下的空气下的空气体积或体积体积或体积流量。流量。n（1 1）压送液体时，压缩空气在设备内所需压强）压送液体时，压缩空气在设备内所需压强220udllghPPel le e管路系统全部管件、阀门以及进、出口等管路系统全部管件、阀门以及进、出口等的当量之和的当量之和1 1、压送液体物料时压缩空气的消耗量、压送液体物料时压缩空气的消耗量(2)(2)每次操作均将设备中的液体全部压完时的压缩空气每次操作均将设备中

50、的液体全部压完时的压缩空气消耗量消耗量以常压以常压(1.013(1.013 105Pa)105Pa)下的空气体积计，一次操下的空气体积计，一次操作所需的压缩空气消耗量为作所需的压缩空气消耗量为5Tb10013.1PVV式中式中 V Vb b一次操作所需的压缩空气体积，一次操作所需的压缩空气体积，m m3 3 次次-1-1；V VT T设备容积，设备容积，m m3 3； PP压缩空气在设备内建立的压强，压缩空气在设备内建立的压强，PaPa。 若每天压送物料的次数为若每天压送物料的次数为n n，则每天操作所，则每天操作所需的压缩空气体积需的压缩空气体积n式中式中V Vd d每天操作所需压缩空气体积

51、每天操作所需压缩空气体积,m,m3 3 d d-1-1。n 每小时操作所需的压缩空气体积为每小时操作所需的压缩空气体积为式中式中V Vh h每小时操作所需压缩空气体积每小时操作所需压缩空气体积,m,m3 3 h h-1-1。 每次压送液体所持续的时间，每次压送液体所持续的时间，h h。bdnVVbhVV(2) (2) 每次操作仅将设备中的部分液体压出时的每次操作仅将设备中的部分液体压出时的压缩空气消耗量压缩空气消耗量n式中式中 设备的装料系数；设备的装料系数；n V V1 1每次压送的液体体积，每次压送的液体体积，m m3 3。n 每天或每小时操作所需的压缩空气体积与前同。每天或每小时操作所需

52、的压缩空气体积与前同。P10013. 1V)1 (VV51Tb2 2、搅拌液体时压缩、搅拌液体时压缩空气的消耗量空气的消耗量n压缩空气的最压缩空气的最低压强低压强 P P1.21.2gh+Pgh+P0 0n管路阻力按液管路阻力按液柱高度的柱高度的2020计。计。压缩空气消耗量为压缩空气消耗量为式中式中 KK系数，缓和搅拌取系数，缓和搅拌取2424，中等强度搅，中等强度搅拌取拌取4848，强烈搅拌取，强烈搅拌取6060；AA被搅拌液体的横截面积，被搅拌液体的横截面积，m m2 2； 一次搅拌操作持续的时间，一次搅拌操作持续的时间，h h。5b10013. 1PKAV5-175-17真空抽气量的计

53、算真空抽气量的计算n1 1、抽吸液体物料、抽吸液体物料n一次抽吸操作所需的抽气量为一次抽吸操作所需的抽气量为P Pk k设备中的剩余压强，设备中的剩余压强，PaPa。)10013.1Pln(VV5kTb2 2、真空抽滤、真空抽滤CAVbCC经验常数，可取经验常数，可取15151818；AA真空过滤器的过滤面积，真空过滤器的过滤面积，m m2 2； 一次抽滤操作持续的时间，一次抽滤操作持续的时间，h h。3 3、真空蒸发、真空蒸发n（1 1）间壁式冷凝器）间壁式冷凝器hhh5hD01. 0D01. 0D105 . 2G式中式中G Gh h从冷凝器抽走的空气量，从冷凝器抽走的空气量，kgkg h

54、h-1-1； D Dh h进入冷凝器的蒸汽量，进入冷凝器的蒸汽量，kgkg h h-1-1。 以标准状态下的空气体积计，每小时应从冷以标准状态下的空气体积计，每小时应从冷凝器抽走的空气体积为凝器抽走的空气体积为h353h00hhD1073. 7 10013. 115.273314. 82910D01. 0 PRTMGV (2) (2) 直接混合式冷凝器直接混合式冷凝器 以标准状态下的空气体积计，每小时应从冷凝以标准状态下的空气体积计，每小时应从冷凝器抽走的空气体积为器抽走的空气体积为 式中式中 W Wh h进入冷凝器的冷却水量，进入冷凝器的冷却水量，kgkg h h-1-1。 hhh5hD01

55、. 0)WD(105 . 2Gh3hh500hhD1073.7)WD(1093.1PRTMGV4 4、建立真空时每小时需抽走的空气体积、建立真空时每小时需抽走的空气体积5 5、维持真空所需抽气量、维持真空所需抽气量式中式中 抽气时间，抽气时间，h h； P P1 1设备内的初始压强，设备内的初始压强，PaPa； P P2 2设备内的终了压强，设备内的终了压强，PaPa。21ThPPlnVV)GG(KG21hG Gh h真空系统的气体泄漏量真空系统的气体泄漏量,kg,kg h h-1-1; ;G G1 1由真空系统容积确定的气体泄漏量由真空系统容积确定的气体泄漏量,kg,kg h h-1-1;

56、;G G2 2真空系统中各连接件的气体泄漏量之和真空系统中各连接件的气体泄漏量之和,kg,kg h-h-1 1; ;KK校正系数。密封性能较好的小型装置校正系数。密封性能较好的小型装置,K,K值取值取0.50.50.75;0.75;密密封性能较差及有腐蚀的装置封性能较差及有腐蚀的装置,K,K值取值取2 23 3。真空系统中常见连接件的气体泄漏量如下表真空系统中常见连接件的气体泄漏量如下表连接件或部件名称平均泄漏量/kgh-1连接件或部件名称平均泄漏量/kgh-1Dg500.045视镜0.45aaa丝扣连接Dg500.09Dg1500.23玻璃液位计(含旋塞)0.91150 Dg600(含人孔)

57、0.36带液封填料箱的搅拌器、泵轴等0.14600 Dg18000.5法兰连接Dg18000.91普通填料箱(以每mm轴径计)0.027d150.23 阀门(有密封圈)d150.45安全阀、放气口(以每mm公称直径计)0.018润滑旋塞0.045普通2.3泄放用小型旋塞0.09轴封十分严密0.51计算应考虑输送过程中的损失。通常的做法是计算应考虑输送过程中的损失。通常的做法是将所求得的能量消耗再乘上适当的能耗系数。将所求得的能量消耗再乘上适当的能耗系数。能耗系数能耗系数 n计算，可确定每吨产品的各种能量消耗定额、每小计算，可确定每吨产品的各种能量消耗定额、每小时的最大用量、日消耗量和年消耗量，

58、最后可编制时的最大用量、日消耗量和年消耗量，最后可编制出能耗一览表，出能耗一览表，名 称水水蒸汽冷冻盐水 压缩空气 真空抽气 量能耗系数1.201.251.201.301.30名 称规 格单 位每 吨 产 品 消 耗 定 额 每 小 时 最 大 用 量 日 消 耗 量年 消 耗 量备 注23456789第一章 因次与单位 n1、概念：因次、因次式、单位、基本单位、单位制度，国际单位制的基本单位和辅助单位，米制中绝对单位制和工程单位制及其区别。n2、 单位换算单位换算的名词解释、换算方法，具体单位换算 第二章第二章 化工过程及过程参数化工过程及过程参数n1、概念：化工计算、化工过程、单元操作、流

59、程图、化工过程开发、过程参数、温度、温标、干基和湿基。2、四种温标的零点及分度方法，各种温标的换算关系及换算。 3、物料的百分组成，表示方法及各种组成表示方法间的换算4、干基与湿基组成间的换算第三章化工基础数据第三章化工基础数据n1、常用的获取物性数据的方法。 n2、由压缩因子结合理想气体状态方程进行真实气体的有关计算 3、热容的定义，平均热容与真热容的关系，怎样由平均CP求过程的QP,注意的问题。第四章第四章 物料衡算物料衡算 n1、化工操作的类型 稳定操作、不稳定操作、连续操作、间歇操作和半连续操作的定义及特点。n2、体系、环境、边界的定义，物料衡算的依据，有几种物料衡算式，内容及使用条件、注意问题。 n3、画物料流程简图的步骤