物料衡算与能量衡算概论(一)

第四章物料衡算物料衡算的定义计算输入或输出的物流量及组分等。是工艺设计的基础！物料衡算的理论依据是质量守恒定律，即在一个孤立物系中，不论物质发生任何变化，它的质量始终不变（不包括核反应，因为核反应能量变化非常大，此定律不适用）。设计一种新的设备或装置，必须根据设计任务，先作物料衡算，求出进出各设备的物料量，然后再作能量衡算，求出设备或过程的热负荷，从而确定设备尺寸及整个工艺流程。物料衡算与热量衡算计算是化工工艺设计中最基本，也是最主要的计算内容。物料衡算是热量衡算的基础。4.1物料衡算的基本方法

4.1.1物料衡算进行的主要步骤（1）确定衡算的范围（对象、体系与环境），并画出物料衡算方框图。对于整个生产流程，要画出物料流程示意图（或流程方框图）。绘制物料流程图时，要着重考虑物料的种类和走向，输入和输出要明确。（2）写出化学反应方程式，包括主反应和副反应。（计算分子量）（3）确定计算任务，确定过程所涉及的组分，明确哪些是已知项，哪些是待求项，如年产量、生产能力、年工作日、产率、产品纯度要求等。要进行衡算计算，就要确定衡算的范围。化工流程设计衡算的范围可能有如下几种情况：a、流程中某一个单元设备；b、流程中某几个单元设备组合的子流程；c、整个流程。衡算计算范围示意图：边界线（BoundaryLine）围起来的区域构成衡算范围。（2）写出化学反应方程式，包括主反应和副反应。（计算分子量）（3）确定计算任务，确定过程所涉及的组分，明确哪些是已知项，哪些是待求项，如年产量、生产能力、年工作日、产率、产品纯度要求等。（4）选择计算基准（5）收集计算需要数据资料（6）列出物料衡算方程式,进行物料衡算列出过程的全部独立物料平衡方程式及其他相关约束式,当未知变量数等于独立方程个数，可以用代数法求解。当未知变量数多于独立方程个数，只能采用试差法或计算机来解题。（7）将物料衡算结果列成输入－输出物料表(物料平衡表)，画出物料平衡图。

校核计算结果。4.1.2物料衡算式进行物料衡算时，根据质量守恒定律，对某一个衡算体系，物料衡算的基本关系式应该表示为：进行行物物料料、、能能量量衡衡算算时时，，必必须须选选择择一一个个计计算算基基准准。。从从原原则则上上说说选选择择任任何何一一种种计计算算基基准准，，都都能能得得到到正正确确的的解解答答。。但但是是，，计计算算基基准准选选择择得得恰恰当当，，可可以以使使计计算算简简化化，，避避免免错错误误。。根据据过过程程特特点点，，计计算算基基准准一一般般可可以以从从以以下下几几个个方方面面考考虑虑：：4.1.3物料料衡衡算算的的基基准准当已已知知进进料料（（出出料料））时时，，则则用用100Kmol或100Kg进料料（（出出料料））作基基准准4.2物料料计计算算中中用用到到的的基基本本量量4.2.1流体体的的流流量量和和流流速速4.2.2摩尔尔分分数数和和质质量量分分数数4.2.3混合合物物的的平平均均分分子子量量4.2.4气体体的的体体积积4.2.5气体体的的密密度度4.2.6液体体的的密密度度4.2.7物质质的的饱饱和和蒸蒸汽汽压压4.2.8溶液液上上方方蒸蒸汽汽中中各各组组分分的的分分压压4.2.9转化化率率、、收收率率和和选选择择性性4.2.10汽液液平平衡衡常常数数化工工基基础础数数据据(1)基本本物物性性数数据据—如临临界界常常数数（（临临界界压压力力、、临临界界温温度度、、临临界界体体积积））、、密密度度或或比比容容、、状状态态方方程程参参数数、、压压缩缩系系数数、、蒸蒸气气压压、、气气一一液液平平衡衡关关系系等等。。(2)热力力学学物物性性数数据据—如内内能能、、焓焓、、熵熵、、热热容容、、相相变变热热、、自自由由能能、、自自由由焓焓等等。。(3)化学学反反应应和和热热化化学学数数据据—如反反应应热热、、生生成成热热、、燃燃烧烧热热、、反反应应速速度度常常数数、、活活化化能能，，化化学学平平衡衡常常数数等等。。(4)传递递参参数数—如粘粘度度、、扩扩散散系系数数、、导导热热系系数数等等。。通常这些些数据可可用下列列方法得得到：1、查手册册或文献献资料2、计算。。可以应应用物理理和化学学的一些些基本定定律计算算各种物物质的性性质参数数（如经经验公式式）。3、用实验验直接测测定。4.3物理过程程的物料料衡算在系统中中，物料料没有发发生化学学反应的的过程，，称为为无反应应过程。。这类过过程通常常又称为为化工单单元操作作，诸如如流体输输送、粉粉碎、换换热、混混合、分分离（吸吸收、精精馏、萃萃取、结结晶、过过滤、干干燥）等等。这种过程程的物料料衡算比比较简单单，在物物料流程程简图中中，设备备边界就就是衡算算体系边边界。对有多个个设备的的过程，，进行物物料衡算算时，可可以划分分多个衡衡算体系系。此时时，必须须选择恰恰当的衡衡算体系系，这是是很重要要的步骤骤。不然然会使计计算繁琐琐，甚至至无法求求解。4.3.1混合过程程例1一种废酸酸，组成成为23％(质量％)HNO3，57％H2SO4和20％H2O，加入93％的浓H2SO4及90％的浓HNO3，要求混混合成27％HNO3及60％H2SO4的混合酸酸，计算算所需废废酸及加加入浓酸酸的质量量。总式x+y+z=100(1)硫酸衡算算式0.57x+0.93y=60(2)4.3.2连续蒸馏馏过程例14.3.3增湿4.3.4气体混合合物的部部分冷凝凝4.3.5液体混合合物的部部分气化化4.3.6闪蒸4.3.7物理吸收收*/4.3.8提浓4.3.9脱水4.4用元素的的原子平平衡的方方法作物物料衡算算元素衡算算是物料料衡算的的一种重重要形式式。在作作这类衡衡算时，，并不需需要考虑虑具体的的化学反反应，而而是按照照元素种种类被转转化及重重新组合合的概念念表示为为：输入(某种元素素)＝输出(同种元素素)对反应过过程中化化学反应应很复杂杂，无法法用一、、两个反反应式表表示（无无法写出出）的物物料衡算算题，可可以列出出元素衡衡算式，，用代数数法求解解。丙烷A=93.76molB=3.148mol4.5直接使用用反应计计量方程程式作物物料衡算算直接求解解法有些化学学反应过过程的物物料衡算算，有时时只含一一个未知知量或组组成，这这类问题题比较简简单，通通常可根根据化学学反应式式直接求求解，不不必列出出衡算式式。4.6利用联系系物料作作物料衡衡算“联系组组分”是是指随物物料输入入体系，，但完全全不参加加反应，，又随物物料从体体系输出出的组分分，在整整个反应应过程中中，它的的数量不不变（惰性组分分）。如果体系系中存在在联系组组分，那那么输入入物料和和输出物物料之间间就可以以根据联联系组分分的含量量进行关关联。用联系组组分作衡衡算，尤尤其是对对含未知知量较多多的物料料衡算，，可以使使计算简简化。N4.7复杂反应应体系使使用产物物、副产产物各自自的收率率数据作作物料衡衡算１.反应转化化率、选选择性及及收率等等概念（1）限制反反应物：：化学反反应原料料不按化化学计量量比配料料时，其其中以最最小化学学计量数数存在的的反应物物称为限限制反应应物。（2）过量反反应物：：不按化化学计量量比配料料的原料料中，某某种反应应物的量量超过限限制反应应物完全全反应所所需的理理论量，，该反应应物称为为过量反反应物。。（3）过量百百分数：：过量反反应物超超过限制制反应物物所需理理论量的的部分占占所需理理论量的的百分数数。（4）转化率率（以x表示）：：某一反反应物反反应掉的的量占其其输入量量的百分分数。应用时必必须指明明某个反反应物的的转化率率。若没没有指明明时，则则往往是是指限制制反应物物的转化化率。（5）选择性性（以S表示）：：反应物物反应成成目的产产物所消消耗的量量占反应应物反应应掉的量量的百分分数。若反应物物为A，生成的的目的产产物为D，转化率与与选择性性是反应应过程的的两个主主要技术术指标。。（6）收率（（以Y表示）：：目的产产物的量量除以反反应物（（通常指指限制反反应物））输入量量，以百百分数表表示。它它可以用用物质的的量（摩摩尔数））或质量量进行计计算。转化率、、选择性性与收率率三者之之间的关关系为Y=S·x例题分析析见教材材P1614.8带有物料料循环流流程的物物料衡算算这类过程程的物料料衡算与与以上介介绍的方方法相类类似，只只是需要要先根据据已知的的条件及及所求的的未知量量选择合合适的衡算体系系，列出物物料衡算算式再求求解。如如果存在在联系组分分，则可以以利用联联系组分分计算。。例题分析析见教材材P165p80(代数解法法)试差法。估计循循环流量量，并继继续计算算至循环环回流的的那一点点。将估估计值与与计算值值进行比比较，并并重新假假定一个个估计值值，一直直计算到到估计值值与计算算值之差差在一定定的误差差范围内内。3、在只有有一个或或两个循循环物流流的简单单情况，，只要计计算基准准及系统统边界选选择适当当，计算算常可简简化。一一般在衡衡算时，，先进行行总的过过程衡算算，再对对循环系系统，列列出方程程式求解解。对于于这类物物料衡算算，衡算算系统选选取得好好坏是关关键的解解题技巧巧。4.9多步串串联过过程的的物料料衡算算一般是是按照照生产产过程程的顺顺序从从前向向后依依次计计算。。例题分分析见见教材材P168例题4合成氨氨原料料气中中的CO通过变变换反反应器器而除除去，，如图图3-3所示。。在反反应器器1中大部部分转转化，，反应应器2中完全全脱去去。原原料气气是由由发生生炉煤煤气（（78％N2，20％CO，2％CO2）和水水煤气气（50%H2，50％CO）混合合而成成的半半水煤煤气。。在反反应器器中与与水蒸蒸汽发发生反反应。。得到到物流流中Ｈ２与Ｎ３之比为为３：：１，，假定定水蒸蒸汽流流率是是原料料气总总量（（干基基）的的两倍倍，同同时反反应器器1中CO的转化化率为为80%,试计算算中间间物流流（4）的组组成。。图3－－3解基准：：物流流1为100mol/h；正反反应的的反应应速率率为r（mol/h）（1）过程程先由由总单单元过过程摩摩尔衡衡算式式进行行计算算，总总衡算算式为为：N2衡算F5，N2=0.78×100＝78mol/hCO平衡0＝0.2×100+0.5F2–rH2O平衡F5,H2O＝F3––rCO2平衡F5,CO2＝0.02××100+rH2平衡F5,H2＝0.5F2+r已知H2与N2之比为为3：1F5,H2＝3F5,N2＝3×78＝234mol/h原料气气（干干基））与水水蒸汽汽之比比为1：2F3＝2（F1+F2）将H2和CO平衡式式相加加，消消去r，得：：F2＝234-20＝214mol/h将F2值代入入CO平衡式式中，，得：：r＝20+107＝127mol/hF3＝2×（100+214）＝628mol/h最后，由CO2和H2O平衡得：F5,CO2＝129mol/h；F5,H2O＝628-127＝501mol/h（2）计算反应应器1的反应速率率，然后计计算物流4的组成由反应速率率的定义式式得：r＝＝＝式中为为I物质的转化化率。已知反应器器1中CO的转化率为为0.80，由此得反反应器1的反应速率率：r＝＝＝0.8[0.2×100+0.5×214]＝101.6mol/h物流4中每一物流流的流率已知r后，物流4中每一物流流的流率可可以用物料料衡算求得得，即：N2平衡：F4,N2＝0.78××100＝78mol/hCO平衡：F4,co＝127––r＝25.4mol/hH2O平衡：F4,H2O＝628––r＝526.4mol/hCO2平衡：F4,CO2＝2+r＝103.6mol/hH2平衡：F4,H2＝107+r＝208.6mol/h物流4的组成（摩摩尔分率））为：N2：0.083；CO：0.027；H2O：0.559；CO2：0.110；H2：0.221。例题5K2CrO4从水溶液重重结晶处理理工艺是将将每小时4500mol含33.33％（mol）的K2CrO4新鲜溶液和和另一股含含36.36％（mol）K2CrO4的循环液合合并加入至至一台蒸发发器中，蒸蒸发温度为为120℃，用0.3MPa的蒸汽加热热。从蒸发发器放出的的浓缩料液液含49.4％（mol）K2CrO4进入结晶槽槽，在结晶晶槽被冷却却，冷至40℃，用冷却水水冷却（冷冷却水进出出口温差5℃）。然后过过滤，获得得含K2CrO4结晶的滤饼饼和含36.36％（mol）K2CrO4的滤液（这这部分滤液液即为循环环液），滤滤饼中的K2CrO4占滤饼总物物质的量的的95％。K2CrO4的分子量为为195。试计算：：蒸发器蒸发发出水的量量；K2CrO4结晶的产率率；循环液（mol）/新鲜液（mol）的比率；；蒸发器和结结晶器的投投料比（mol）。解：为了明确理理解该重结结晶处理工工艺，先画画出流程框框图，如图图示。将每每一流股编编号且分析析系统：图3－4基准准：：4500mol/h新鲜鲜原原料料，，以以K表示示K2CrO4，W表示示H2O。设：：F1————进入入蒸蒸发发器器的的新新鲜鲜物物料料量量（（mol/h）；；F2————进入入蒸蒸发发器器的的循循环环物物料料量量即即滤滤液液量量（（mol/h）；；F3————新鲜鲜液液和和循循环环液液混混合合后后的的物物料料量量（（mol/h）；；F4————出蒸蒸发发器器的的物物料料量量（（mol/h）；；F5————结晶晶过过滤滤后后的的滤滤饼饼总总量量（（mol/h）；；F6————蒸发发器器蒸蒸出出的的水水量量（（mol/h）；；Pc————结晶晶过过滤滤后后滤滤饼饼中中K的物物质质量量（（mol/h）；；Ps————结晶晶过过滤滤后后滤滤饼饼中中滤滤液液的的物物质质量量（（mol/h）；；x3————新鲜鲜液液和和循循环环液液混混合合后后的的K2CrO4组成成(mol/h）。。从已已知知条条件件可可看看出出，，滤滤饼饼里里的的溶溶液液和和结结晶晶固固体体之之间间存存在在如如下下的的关关系系（（mol）：：Ps=0.05××（Pc+Ps）Ps=0.05263Pc对系系统统1物质质K平衡衡：：0.3333××F1=Pc+0.3636××Ps联立立解解得得：：Pc=1472molK2CrO4/h，Ps=77.5mol溶液液/hH2O物料料平平衡衡：：F1（1-0.3333）=F6+F5××0.05××（1-0.3636）得：：F6=2950.8mol/h结晶晶过过滤滤的的总总物物料料平平衡衡：：F4=Pc+Ps+F2F4=F2+1549.5结晶晶器器水水的的平平衡衡：：F4（1-0.494）=（F2+1549.5××0.05）×（1-0.3636）联立立求求解解得得：：F2=5634.6mol/h；F4=7184mol/h则：：循循环环液液/新鲜鲜料料液液＝＝5634.6/7184＝1.25最后后，，通通过过混混合合点点系系统统3的物物料料平平衡衡或或蒸蒸发发器器的的物物料料平平衡衡求求出出F3。混合合点点的的物物料料平平衡衡：：（（F1+F2）＝＝F3得：：F3=10134.6mol/h由蒸蒸发发器器的的物物料料平平衡衡可可校校核核F3的计计算算是是否否正正确确：：F3=F4+F6因此此，，设设计计的的蒸蒸发发器器与与结结晶晶槽槽的的投投料料比比为为：：F3/F4=10134.6/7184=1.41作业业题题1、物物料料衡衡算算的的方方法法和和基基本本步步骤骤有有哪哪些些？？2、丙丙烷烷充充分分燃燃烧烧时时要要使使空空气气过过量量25%，燃燃烧烧反反应应为为C3H8+5O2=3CO2+4H2O求每每100moL燃烧烧产产物物（（烟烟道道气气））需需要要加加入入多多少少丙丙烷烷和和空空气气？？（（元元素素衡衡算算法法））3、某某厂厂用用空空气气氧氧化化邻邻二二甲甲苯苯生生产产苯苯酐酐。。原原料料流流量量为为：：205Kg/h邻二甲苯，4500m3（STP）/H空气。从反应应计量关系可可知，生成1mOL的苯酐需要反反应掉1mOL邻二甲苯。经经化验得到反反应器出口组组成如下组成苯酐顺酐邻二甲苯O2N2其它合计%（mOL0.650.040.0316.58784.7100试计算（1）邻二甲苯的转转化率，苯酐酐的收率、反反应的选择性性；（2）苯酐的年产产量（年工作作日330天）（用联系系组分衡算法法）4、作氨合成系系统的物料衡衡算。已知（（1）新鲜原料气气组成如下（2）氨合成塔入入口气体含氨氨2.5%（摩尔分数））（3）氨合成塔出出口气体含氨氨11%；（4）放空空气中中（Ar+CH4）的含含量为为19.296%；（5）忽略略气体体在液液氨中中的溶溶解；；（6）氨合合成塔塔出口口气体体含氨氨量与与放空空气中中氨的的含量量近似似相等等。组成H2N2CH3Ar合计%（mOL73.72924.5581.4200.2931005、有一个个蒸馏馏塔，，输入入和输输出物物料量量及组组成如如下图图。输输入物物料中中A组分的的98。7％自塔塔顶蒸蒸出。。求每每千克克输入入物料料可得得到塔塔顶馏馏出物物2的量及及其组组成。。第五章章热热量衡衡算主要内内容1、热量衡衡算基本原原理、、方法和步骤骤；2、加热热剂与与冷却却剂；；3、热量量衡算算举例例。。5.1热量衡衡算在在化工工设计计工作作中的的意义义能量衡衡算的的基础础是物物料衡衡算，，只有有在进进行完完整的的物料料衡算算后才才能作作出能能量衡衡算。。而物物料衡衡算和和能量量衡算算又是是设备备计算算的基基础。。化工设设计中中的能能量衡衡算主主要是是热量量衡算算。通过热热量衡衡算可可确定定传热热设备备的热负荷荷、反反应器器的换换热量量、设设备进进出口口温度度等，，以此为为依据据计算算传热面面积换换热设设备的的蒸汽汽用量量或冷冷却水水用量量、以以及传传热设设备的的形式式、尺尺寸等等，并为为反应应器、、结晶晶器、、塔式式设备备、输输送设设备、、压缩缩系统统、分分离及及各种种控制制仪表表等提提供参参数，，以确确定单单位产产品的的能耗耗指标标；同同时也也为非非工艺艺专业业（热热工、、电、、给水水、冷冷暖））设计提提供设设计条条件作准备备。5.2热量衡衡算的的基本本方法法能量衡衡算是是能量量守恒恒定律律的应应用，，能量量是热热能、、电能能、化化学能能、动动能、、辐射射能的的总称称。化工生生产中中最常常用的的能量量形式式为热热能，故化化工设设计中中经常常把能能量衡衡算称称为热热量计计算。。热量衡衡算的的一般般步骤骤与物物料衡衡算相相同，，亦包包括画出流流程简简图、、划分分衡算算系统统、列列写衡衡算方方程式式与约约束式式，求求解方方程组组及结结果整整理等等若干干步骤骤。5.2.1热量衡衡算的的基本本关系系式热量衡衡算的的基本本关系系式5.2.2热量的的计算算方法法根根据据能量量守恒恒原理理，能能量衡衡算的的基本本方法法可表表示为为：输入的的能量量一一输输出的的能量量＝＝积积累的的能量量总能量量衡算算连续流流动过过程的的总能能量衡衡算（（热力力学第第一定定律））Q+W＝∆∆H+∆Ek+∆∆EP或Q+W=∆H+g∆z+∆u2/2动能（（Ek）运运动动着的的流体体具有有动能能；位能（（EP）物物体体自某某一基基准面面移高高到一一定距距离，，由于于这这种位位移而而具有有的能能量。。静压能能（Ez）流体体由于于一定定的静静压强强而具具有的的能量量。内能（（U）内内能能是指指物体体除了了宏观观的动动能和和位能能外所所具有有的能能量。。焓(H)H＝U＋PV对于纯纯物质质，焓焓可表表示成成温度度和压压力的的函数数：H=H(T，P)ΔH-单位质质量流流体的的焓变。。在进行行设备备热量量衡算算时，，位能能变化化，动动能变变化，，外功功变化化都相相对较较小，，可忽忽略不不计，，简化化Q=∆H∆H=Hin-Hout热量量衡衡算算就就是是计计算算在在指指定定的的条条件件下下进出出物物料料的的总总焓焓变变，，从而而确确定定过过程程传传递递的的热热量量。。在在实实际际计计算算时时，，由由于于进进出出设设备备的的物物料料不不止止一一个个，，因因此此可可改改写写为为：：ΣQ=ΣΣH1––ΣΣH2另外外在在热热量量衡衡算算中中，，如如果果无无轴轴功功条条件件下下（（其其它它能能量量变变化化忽忽略略不不计计）），，进进入入系系统统加加热热量量与与离离开开系系统统的的热热量量应应平平衡衡，，即即在在实实际际应应用用中中对对传传热热设设备备的的热热量量衡衡算算也也可可表表示示为为：：∑Q进＝＝∑Q出Q1+Q2+Q3＝Q4+Q5+Q6+Q7式中中：：Q1－所所处处理理的的物物料料带带到到设设备备中中去去的的热热量量；；Q2－过过程程放放出出的的热热量量；；Q3－由由加加热热剂剂传传给给设设备备的的热热量量；；Q4－物物料料由由设设备备中中带带出出的的热热量量；；Q5－冷冷却却剂剂带带出出的的热热量量；；Q6－过过程程吸吸收收的的热热量量；；Q7－设设备备向向四四周周散散失失的的热热量量。。5.2.2热量量的的计计算算方方法法（1）等等压压条条件件下下，，在在没没有有化化学学反反应应和和聚聚集集状状态态变变化化时时，，物物质质温温度度从从T1变化化到到T2时，，过过程程显热热在化化工工计计算算中中常常用用恒恒压压热热容容Cp，由由于于比比热热容容是是温温度度的的函函数数，，常常用用幂幂次次方方程程式式表表示示，，因因此此其其计计算算式式可可表表示示为为：：Q＝n式中中：：n－物物料料量量（（mol）；；Cp－物物料料比比热热容容（（kJ/mol··℃℃）,Cp=a+bT+cT2+dT3+eT4T－温温度度（（℃）或或(k)，也可可以以用用下下式式表表示示：：Q＝nCpm（T2-T1）Cpm－物物料料平平均均定定压压比比热热容容（（kJ/mol··℃℃）（2）计计算算过过程程的的焓焓变变Q=△△H可设设计计途途径径计计算算焓焓差差（△H只与与始始态态和和终终态态有有关关，，与与过过程程无无关关））5.2.3热量量衡衡算算的的基基准准热量量衡衡算算的的基基准准：：数量量基基准准、温度度基基准准和相态态基基准准。数量量基基准准是是指指选选那那个个量量作作基基准准来来衡衡算算热热量量。。对对于于连连续续操操作作一一般般以以单单位位时时间间进料量（（即进料料速率））为基准准1Kmol/h、1Kg/h。温度相态态的基准准(任意规定定），温温度（298K）和相态态基准的的确定才才能从有有关手册册中查得得相关的的热力学学数据以以便用于于衡算。。同一物料料，进出出口的基基准态必必须相同同。5.3热量衡算算中使用用的基本本数据(1)热力学物物性数据据—如内能、、焓、熵熵、热容容、相变变热、自自由能、、自由焓焓等。(2)化学反应应和热化化学数据据—如反应热热、生成成热、燃燃烧热等等。通常这些些数据可可用下列列方法得得到：1、查手册册或文献献资料。。2、计算。。可以应应用物理理和化学学的一些些基本定定律计算算各种物物质的性性质参数数。3、用实验验直接测测定。举举例见教教材5.3.15.3.35.3.45.4一些物质质的热力力学性质质图焓温图(H-T)温熵图(T-S)蒸汽的焓焓熵图(H-S)溶液焓浓浓图压焓图(P-H)5.5物理过程程的热量量衡算5.5.1气化5.5.2分流5.5.3溶液稀释释5.5.4增湿5.5.5非等温吸吸收5.5.6连续蒸馏馏5.5.7提浓无化学反反应过程程的能量量衡算，，一般应应用于计计算指定定条件下下进出过过程物料料的焓差差，用来来确定过过程的热热量，进进而计算算冷却或或加热介介质的用用量和温温差。为了计算算一个过过程的∆∆H，可以用用假想的、、由始态态到终态态几个阶阶段来代代替原过过程，这这些阶段段的焓变变应该是是可以计计算的，，所需的数数据也可可以得到到的。由由于焓是是状态函函数，∆∆H与过程无无关，只只与始终终状态有有关。所以每一一阶段的的∆H之和即为为全过程程的∆H。△H＝△H1+△H2途径中各各个阶段段的类型型，一般般有下面面五种：：（1）恒温时时压力的的变化；；（2）恒压时时温度的的变化；；（3）恒压恒恒温时相相态的变变化；（（相变热热）（4）两个或或两个以以上物质质在恒压压恒温的的混合和和分离；；（5）恒温恒恒压时的的化学反反应过程程。（如如有化学学反应））相变热汽化和冷冷凝、熔熔化和凝凝固、升升华和凝凝华等相相变过程程往往伴伴有显著著的内能能和焓的的变化，，在在恒定定的温度度和压力力下，单单位质量量或摩尔尔的物质质发生相相的变化化时的焓焓变称为为相变热热。例如如100oC、latm时液体水水转变成成水汽的的焓变∆∆H等于40.6kJ/mol，称为在在该温度度和压力力下水的的汽化潜潜热。相变热获获得方法法：纯物质正正常沸点点（熔点点）相变变热查手手册。设计途径径求算。。用经验方方程计算算相变热热。例在一热交交换器中中用压强强为136kpa的饱和蒸蒸汽加热热298k的空气，，空气流流量为1kg/s，蒸汽的的流量为为0.01kg/s，冷凝水水在饱和和温度381K下排出。。若取空空气的平平均比热热为1.005kJ/kg·k，试计算算空气出出口温度度（热损损失忽略略不计））。解：过程程如图示示：数数量基准准每秒秒钟蒸汽汽、空气气的流量量

温度度基准取取进口口空气温温度298K，因而其其焓为零零，即H冷空气=0压强为136kpa的饱和蒸蒸汽，查查得其焓焓H蒸汽.281K=2690KJ/kg，同时查查得H冷凝水281K=452.9KJ/kg衡算范围围封闭闭虚线所所示范围围对此连续续稳定过过程ΣQ入=ΣQ出其其中：：ΣQ入=ΣQ蒸汽+ΣQ冷空气=0.001××H蒸汽+1××H冷空气ΣQ出=ΣQ热空气+ΣQ冷凝水=1×1.005（T-298）+0.001×H冷凝水T：热空气气温度将将数据据代入解解得T=320.3K5.6伴有化学学反应过过程的热热量衡算算一般有两两种情况况：已知知25℃的反应热热数据和和已知反反应温度度下的反反应热数数据。进口温度度，反应应前物料料出口温度度，反应应后物料料反应前物物料反应后物物料，25C若已知反反应温度度下的反反应热数数据，则则仍可按按假设的的热力学学途径进进行，只只是温度度为反应应温度，，且在计计算反应应焓变△H2时，应使使用反应应温度下下的反应应热数据据。5.7化工生产产常用热热载体在较低压压力下可可达到较较高温度度；化学稳定定性高；；没有腐蚀蚀作用；；热容量大大；冷凝热大大；无火灾或或爆炸危危险性；；无毒性；；价廉；温度易于于调节。。加热剂的的选择要要求加热剂和和冷却却剂序号加热剂冷却剂使用温度范围℃给热系数w/(m2·℃)优缺点及使用场合1热水40～10050～1400对于热敏性的物料用热水加热较为保险,但传热情况不及蒸汽好,且本身易冷却,不易调节2饱和蒸汽100～180300～3200冷凝潜热大,热利用率高,温度易于调节控制,如用中压或高压蒸汽,使用温度还可提高3过热蒸汽180～300可用于需较高温度的场合,但传热效果比蒸汽低的多,且不易调节,较少使用4导热油180～25058～175不需加热即可得到较高温度,使用方便,加热均匀5道生液180～250110～450为C6H5-C6H526.5%与C6H5-O-C6H573.5%的混合物,加热均匀,温度范围广,易于调节,蒸汽冷凝潜热大,热效率高,需道生炉及循环装置6道生蒸汽250～350340～6807烟道气500～100012～50可用煤、煤气或燃油燃烧得到，可得到较高温度，特别适用于直接加热空气的场合8电加热500设备简单、干净、加热快，温度高，易于调节。但成本高，适用于用量不太大、要求高的场合。9熔盐400～540NaNO240%；KNO353%NaNO37%的混合物。可用于需高温的工业生产。但本身熔点高，管道和换热器都需要保温。传热系数高，蒸汽压低，稳定。10冷却水30～20是最普遍的保温剂，使用设备简单，控制方便，廉价11冰0～30大多用于染料工业中直接防于锅内调节反应，稳定效果较好，但会使反应液冲淡，并使反应锅体积增大12冷冻盐水-15～30使用方便，冷却效果好，但需冷却系统，投资大，一般用于冷却水无法达到的低温冷却。5.8冷冻剂和和载冷体体5.8.1冷冻剂（1）氨（2）二氧化化碳（3）氟利昂昂（4）乙烯、丙稀稀等5.8.2载冷体（1）冷冻盐水（2）氯化钠（3）氯化钙（4）氯化镁5.9加热剂和冷却却剂的用量的的计算（