化工计算能量衡算概述培训讲义

第四章能量衡算第一节概述第二节能量衡算的基本方法和步骤第三节无化学反应过程能量衡算第四节化学反应过程的能量衡算

第五节加热剂、冷却剂及其他能量消耗的计算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:设计型和操作型第一节概述

性质——指物料的特性，它可以被测量出来或者可以计算出来。几个概念：强度性质——不随组成体系的物料的量的变化而变化的性质。

如T、P、ρ等。

广延性质（容量性质）——体系性质的值等于组成体系的各部分相应值之和。如：m、V、H、S、G等等。4—1能量的形式

一、动能（EK）

——物质由于宏观运动而具有的能量。二、位能（EP）（势能）通常与内能相比，体系EK很小，可忽略。——物体由于在高度上位移而具有的能量。化工装置中EP与内能相比很小，通常可忽略三、内能（U）物质除了宏观的动能和势能外所具有的能量。纯组分：U=U（T，V）取全微分通常很小，则有：我们仅可计算内能变化值或计算相对于某个参考态的内能而无法求U的绝对值。所以能量宏观能量动能势能内能分子势能键能分子动能平动能转动能振动能宏观能量——构成体系的物质作为一个整体所具有的能量。内能——构成体系的微观粒子（分子）所具有的能量。4—2几个与能量衡算有关的重要的物理量一、热量（Q）

——为体系和环境间因有温差而引起传递的能量。注意：（1）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。热量无法测量和计算出来（不同过程Q不同）。（2）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Q>0，反之，Q<0。二、功W——力与在力的方向上位移的乘积注意：（1）W也是能量的传递形式，不是体系的性质，仅在过程中体现出来，所以不能说体系有多少功。（2）环境向体系做功，W>0，反之，W<0。功和热是能量传递的两种不同的形式。化工中常见功体积功流动功轴功三、焓H定义式：H=U+PV纯物质：H=H（T，P）对H全微分一般很小，所以高压过程（非理想气体）要考虑，H、U均为状态函数，其仅与体系所处的状态有关，而与过程具体途径无关。（这对能量衡算十分重要）。H可由工具书查取，T—H图，C—H图上查取；焓值表查取（附录八、附录九）。注意：因H绝对值不可求，故图表上均有一定基准态。衡算时各物料H的基准态应一致。四、热容——一定量的物质改变一定温度所需要的热量。P一定，体积一定则则因为若在Ti~Tf间Cp可看为常数，则有第二节能量衡算的基本方法和步骤

依据是能量守恒定律输入的能量－输出的能量=积累的能量注意：各种形式的总能量守恒，但具体至某种形式的能量不一定守恒。5—3总能量衡算

一、连续稳定流动过程的总能量衡算衡算体系：1—1与2—2截面间的部分，地平线为基准面，取1千克物料为计算基准。U1u1P1A1Z1Z2U2u2P2A2泵换热器21WQ项目输入输出物料量m1=1m2=1内能U1U2动能EK1=u12/2EK=u22/2位能EP1=gZ1EP2=gZ2流动功P1V1P2V2传递热量Q（体系获得能量为正）功W（对体系做功为正）由能量守恒关系（稳流过程的热力学第一定律）总能量衡算普遍式由于H=U+PV当物流中有多个组分时，无混合焓变（理想溶液），i组分量为mi时，此时：Q——输入体系的总热量；WS——输入体系的总轴功。（3）无功、热传递过程，且（等焓过程）（1）绝热过程（Q=0），且（2）无做功过程（W=0）且几种特殊情况下总能量衡算普遍式可简化：二、间歇过程的总能量衡算（封闭体系）

设备为刚性，无流动功时，或间歇过程（封闭体系总能量衡算基本方程）间歇过程一般有：（封闭体系的热力学第一定律）稳流过程的热力学第一定律变为：比较两式使用条件例题每小时500千克蒸汽驱动涡轮，进涡轮的蒸汽压力为44atm、450C，线速度为60m/S，蒸汽离开涡轮的部位在涡轮进口位置以下5m，常压，速度为360m/S。涡轮轴功700kW，涡轮热损失估计为10000kcal/h，计算过程的H的变化值(kJ/kg)。解：画出流程简图汽轮机5m500kg44atm、450C60m/S500kg1atm、360m/SQ=-10000kcal/hW=-700kWm=500/3600=0.139kg/S由式W=-700kWQ=－10000×4.186kJ/h=－11.63kJ/S4—4热量衡算

一、热量衡算式若体系和环境无功的传递,且对稳流过程，总能量衡算普遍式变为：对间歇过程，总能量衡算普遍式变为：上两式为热量衡算的基本式若进出体系的物料不止一个，上式写成：间歇过程：∑Q——过程换热量之和，包括热损失；∑H2、∑U2——离开设备（体系）的各物料的焓或内能之和；∑H1、∑U1——进入设备（体系）的各物料的焓或内能之和。注意：H、U的绝对值无法求出，要取一基准态。同一物料的H1与H2，U1与U2的基准态应相同。稳流过程二、热量衡算的基本步骤（1）建立以单位时间为基准的物料流程图（或平衡表）；（以物料衡算为基础）（2）在物料流程框图上标明已知T、P和相态等条件并查出或计算出每个组分的焓值，于图上标明；（3）选定计算基准温度（即输入、输出体系的热量应有同一基准）常取0℃和25℃，若有相变，应确定基准相态；（4）针对衡算体系由（5—16）式列出热量衡算式，用数学方法求未知数；（5）必要时列出热量衡算表。例5－2P122。1、能量衡算前为什么需先进行物料衡算？4、过程采用何种衡算式，为什么？2、由P257~270附录八查得所给条件下的H值求解此题。3、由计算结果分析为何通常过程动能和势能变化对热量衡算的影响可忽略？5－5机械能衡算（略）第三节无化学反应过程能量衡算

利用Q、W求取变成状态函数ΔU和ΔH的求取。其值仅与始态和终态有关，则全过程的ΔH（ΔU）为各阶段ΔH（ΔU）之和。把过程函数设计过程的原则是便于计算，各阶段类型五种：1）恒温时压力的变化；2）恒压时温度变化；4）恒温恒压下的混合或分离；5）恒温恒压时的化学变化（25℃和0℃常用）。如求-5℃，1大气压的冰变为300℃，5大气压的水蒸气的ΔH。3）恒温恒压时相态变化；（正常沸点或已知ΔH相变条件常用）-5℃冰1atm300℃蒸汽，5atm0℃冰，1atm0℃水，1atm100℃水，1atm300℃蒸汽，1atm100℃蒸汽，1atmΔHΔH1ΔH6ΔH2ΔH3ΔH4ΔH5同学写出10大气压，400℃水汽变为0.5大气压，-10℃的冰的ΔH求取过程。400℃(g)10atm-10℃（S)，0.5atm400℃(g)，1atm100℃(g)，1atm100℃(l)，1atm0℃（S），0.5atm0℃(l)，1atmΔHΔH1ΔH6ΔH2ΔH3ΔH4ΔH70℃(S)，1atmΔH5400℃(g)10atm-10℃（S)，0.5atm100℃(g)，10atm100℃(g)，1atm100℃(l)，1atm-10℃（S)，1atm0℃(l)，1atmΔHΔH1ΔH6ΔH2ΔH3ΔH4ΔH70℃(S)，1atmΔH54—6无相变的变温变压过程

物料温度变化所加入或取出的热量计算一、利用热容计算ΔH和ΔU1、恒容过程QV和ΔU的计算ΔUA（T1V1）A（T2V2）A（T1V2）ΔU1

ΔU2

ΔU=ΔU1+ΔU2对理想气体ΔU1=0

,液体、固体，恒温ΔU1≈0（对实际气体ΔU1≠0，需校正。）恒容变温过程ΔU22、恒压过程QP和ΔH的计算A（T1，P1）A（T2P2）A（T1P2）ΔH1

ΔHΔH2

ΔH1为恒温变压过程的焓变，对理想气体ΔH1=0，对液、固体ΔV很小，ΔH1=ΔU+Δ（PV）=ΔU+ΔPV+ΔVP=ΔU+ΔPVΔH2为恒压变温过程的焓变，对理想气体；对液、固体上式只有恒压时方成立,或:上式不适用于实际气体。3、压力对焓的影响根据状态函数的特点，设计如下过程：实际气体T1P1

实际气体T2P2理想气体T1P1

理想气体T2P2ΔHΔH1ΔH3ΔH2ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3压力对实际气体的焓变的影响可由计算解决，但繁琐，工程上常用查图表的方法解决之。见P129图5—7。原理为对比态原理。气体混合物临界参数可由Kay规则（线形加和法则）求取。注意：图上查得的值的单位及表示形式。fh根据需要规定物质的参考态（基准态），将其在参考态的H和U值规定为零。则物质在某一状态的H和U的值，等于物质由参考态变化到该状态时的H和U的变化值。物质的参考态，（即其相态、温度、压力）。对不同组分，原则上可选择不同的相态，有时甚至可选择不同的温度压力。但必须予以指明。参考态的压力一般选取101.3kPa(1atm)。参考态的温度和相态选取通常有以下几种情况：二、单相体系的能量衡算1、选取298K为参考温度2、选取体系某物流的温度为参考温度，此物流的相态为各组分的参考相态3、对于水或某些易挥发的物质的参考态，一般有两种选法：（1）选取0℃的（饱和）液体为参考态（2）取0℃或25℃的蒸汽作为参考态选择不同参考态不影响计算结果，但参考态选取得当，可使计算简便。计算中两种情况：（1）当进出体系的物料的各组分的焓和内能可由图表查得时稳流过程间歇过程（2）进出体系的物料的H和U不能从手册查得时，选参考态，利用求Q的公式求算例5—6P130~1311、不同组分可选择不同基准2、单独求空气出口与进口的焓变，可得何关系？将之与第三章的平均热容的内容比较之。3、气体的焓变为什么将热容视为温度的函数？例5—7废热锅炉的能量衡算，甲醇蒸汽离开合成设备的温度为450ºC，经废热锅炉冷却。废热锅炉产生4.5atm饱和蒸汽。已知进水温度20ºC，压力4.5atm。进料水与甲醇的摩尔比为0.2。假设锅炉是绝热操作，求甲醇的出口温度。解：由题意作图。基准：物料：1molCH3OH，0.2molH2O。能量：H2O（液）0ºC，CH3OH（汽）450ºC。废热锅炉20ºC，4.5atm，0.2molH2O1molCH3OH，TºC1molCH3OH，450ºC4.5atm，0.2molH2O（汽）查附录得：甲醇(汽)热容（H水）20ºC=1507kJ/kmol（H水汽）4.5atm=49460kJ/kmol能量衡算1、甲醇组分可选择的何基准？2、气体的焓变为什么将热容视为温度的函数？3、过程能量衡算式有无问题？例5—7P1314—7相变过程的能量衡算

一、相变热——恒定T、P下单位质量或摩尔物质发生相变时的焓变。三种相变热：（1）汽化潜热ΔHV

恒温恒压单位数量液体汽化所需的热量（2）熔化潜热ΔHM恒温恒压单位数量固体熔化所需的热量；（3）升华潜热ΔHS

恒温恒压单位数量固体气化所需的热量。对应的有冷凝热、凝固热和凝华热。P对相变热的影响一般较小，通常不予考虑。物质在正常沸点（熔点）下，可查手册得相变热，若相变条件与之有异，可设计过程计算之。也可由经验式求相变热.1)特鲁顿（Trouton）法则kJ/molTb——液体的正常沸点，K；b——常数。对非极性液体b=0.088；对于水、低分子醇b=0.109。上式误差小于30%。2)陈氏（Chen）法则J/mol上式适用于烃类及弱极性化合物，误差一般小于4%。3）克劳修斯—克拉贝龙（Clausius-Clapeyron）方程在中低压下，Vg>>Vl，Vg-Vl≈Vg，则：4）沃森（Watson）公式当Tc-T>10K时，误差小于1.8%。5）标准熔化热的计算二、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；画出示意图汽化室Vkmol,50℃苯68.4％，甲苯31.6％Q(kJ/kmol)Lkmol,50℃苯40％，甲苯60％1kmol10℃苯50％，甲苯50％先作物料衡算，再作能量衡算。（1）物料衡算取1kmol进料混合物为计算基准总物料1＝L+V苯0.5＝0.4L+0.684V联立解得V=0.352kmol,L=0.648kmol（2）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+23.4×10－2TkJ/kmol.KCp甲苯（l）＝157kJ/kmol.K（0～50℃）Cp甲苯（l）＝165kJ/kmol.K（0～100℃）Cp苯（g）＝-36.21+48.46×10－2T－31.56×10-5T

2kJ/kmol.KCp甲苯（g）＝－34.40+55.92×10－2T－34.45×10-5T

2kJ/kmol.K正常沸点下：(80.26℃)(110.8℃)进出体系各组分焓值为多少？出体系各组分焓值求取：50℃液体苯50℃液体甲苯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℃气体苯甲苯正常沸点110.8℃，设计如下过程：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：分别计算进出口物料的焓值每kmol进料所需热量Q三、利用焓—温图作能量衡算找出某物质的H~T~P间关系，制成焓—温图，由H~T图作能量衡算方便，不足是有H~T图的物质较少。H~T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,10℃

：H甲苯(l)＝4kcal/kg50℃:H甲苯(l)＝22kcal/kg50℃

：H甲苯(g)＝118kcal/kg苯甲苯4—8溶解和混合过程

一、溶解热和混合热

积分溶解热——1摩尔溶质于恒温恒压下溶于n摩尔溶剂中，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——1摩尔溶质于恒温恒压下溶于无穷多的溶剂中，形成溶液时焓的变化。混合热和溶解热数据可查有关资料得到。表5－1（P142）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（n＝10molH2O/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。(n=10)＝-69.49kJ/molHCl。以25ºCH2O为基准，（106－10）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10molH2O/molHCl溶液的焓差。上问题可看为下面过程:纯组分1molHCl106molH2O溶液1molHCl10molH2O+106－10molH2O（液）25ºC溶液1molHCl106molH2O25ºC25ºC查表5－1得题目所求H＝5.65kJ/molHCl。二、溶解与混合过程的能量衡算（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液为基准：溶液以25℃纯溶质和溶剂为基准对于溶解和混合过程的热量衡算，可以列一进出口焓表，过程即为所求Q。若过程物料有纯溶质，则宜选择25ºC（或已知的其它温度）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25ºC无限稀释的溶液和纯溶剂为基准。T不是25ºC时，其H可按下法求之：（1）先由下两公式求出25ºC的焓值：（2）再加上25ºC至tºC的焓变。例题盐酸由气态HCl用水吸收而制得，用100ºC的HCl（气）和25ºC的H2O（液），生产40ºC、20％（质量）HCl水溶液1000kg/h,问吸收设备应加入或移出多少热量？解（1）先作物料衡算，求出进料的物质量。画出物料流程图5480molHCl(g)/h,100ºC44400molH2O(l)/h,25ºC吸收塔1000kg/h20%(w)HCl40ºC5840molHCl/h44400molH2O/hQ基准进料有纯溶质，且25ºC积分溶解热已知，选取25ºC纯HCl（气）和H2O（液）为基准。出料的焓值。由表5－1数据采用内插法求得25ºC至40ºC的焓变：查得20％盐酸溶液的热容为0.5573kJ/molHCl.K进料物料的焓值：水进料温度为基准温度，其焓值为零。查附录用内插法求HCl的热容能量衡算过程需移出热量为335661kJ/h.实际是设计下过程求Q1000kg(l)25℃20%盐酸5480molHCl(g)100℃44400H2O(液）25℃5480molHCl(g)25℃44400H2O(液）25℃1000kg(l)40℃20%盐酸第四节化学反应过程的能量衡算

4—9反应热及其表示

化学反应热——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。一、恒压反应热ΔHr

——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。恒压下若不作非体积功，则有QP=ΔHr

aA+bBcC+dD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1反应摩尔的反应热，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。（2）

各反应物和产物的相态相态不同，ΔHr不同

（3）各物质所处的状态（温度压力浓度等均有影响）二、恒容反应热ΔUr

——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。当气体为理想气体时5—10反应热的计算

ΔHr、ΔUr的求取仅取决于始终态。（1）由标准生成热求取反应热标准生成热——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——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）。

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）。（2）由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。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如：（3）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。具体方法见例5—16和例5—17。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）例5—15P147~1484—11化学反应过程的能量衡算

一、基准的选取

第一种基准若已知标准反应热，可取298K，101.33千帕为反应物及产物的计算基准。对非反应物可另选适当的温度为基准求过程的ΔH。nAR——过程中消耗或生成的A的摩尔数（此数不一定是进料或出料中A的摩尔数。）μA——A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A——化学方程式中任意一种反应物或产物。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，μA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ΔHr=-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5—18氨氧化反应式为：反应器100molNH3/h200molO2/h100molNO/h150molH2O/h75molO2/h25℃300℃Q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。=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的计算基准。由求出各Hi值。

第二种基准以组成反应物及产物的元素在298K，101.3千帕时的焓为零。非反应物以任意适当的温度为基准。=-22615+（635.25+845.3+1435.5）-0=-19700kJ/h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。这时反应物或产物的焓H是各物质298K的生成热与由298K变到其进出口状态的显热和潜热之和。过程总焓变为：298K，1atm，元素298K，1atm，化合物T进（T出），P进（P出）化合物ΔHHi例5—19P151~153看书后讲解。注意各化合物的H计算应包含生成热的值。建议采用P152表5—2形式计算。反应过程热量衡算分为换热式反应器绝热式反应器二、带换热的反应过程的能量衡算例5—20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：C2H5OH（g）=CH3CHO（g）+H2-Q标准反应热为ΔH=68.95kJ。原料含乙醇90%（mol%）和乙醛10%（mol%），进料温度300℃，当加入反应器的热量为5300kJ/100mol进料，产物出口温度为265℃。计算反应器中乙醇的转化率。已知热容的值为：C2H5OH（g）：Cp=0.110kJ/mol.KCH3CHO（g）：Cp=0.080kJ/mol.KH2（g）：Cp=0.029kJ/mol.K并假定这些热容值都是常数。解：取100mol进料为计算基准由物料衡算得各个组分量标于流程图上相应位置反应器90molC2H5OH10molCH3CHOn1molC2H5OHn2molCH3CHOn3molH2300℃265℃Q=5300kJ/100mol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。（1）对C元素列式：90×2+10×2=2n1+2n2

整理得：n1+n2=100（2）对H元素列式：90×6+10×4=6n1+4n2+2n3

整理得：3n1+2n2+n3=290（3）能量衡算取第一种基准。进料C2H5OH（g）：Cp=0.110kJ/mol.K进料：HC2H5OH=0.110（300-25）=30.3kJ/molHCH3CHO=0.08（300-25）=22.0kJ/mol出料：HC2H5OH=0.110（265-25）=26.4kJ/molHCH3CHO=0.08（265-25）=19.2kJ/molHH2=0.029（265-25）=7.0kJ/mol26.4n1+19.2n2+76.0n3=8247（3）联立求解（1）（2）（3）得：n1=7.5moln2=92.5moln1=82.5mol乙醇转化率：x=(90-7.5)/90=91.7%5300=n368.95+（26.4n1+19.2n2+7.0n3）－（90×30.3+10×22.0）三、绝热反应器的能量衡算设备与外界无热交换(除进出物料带入带出Q外无其它热交换)，故Q=ΔH=0。例5-21P154～155由于反应单一，且标准反应热求取方便，故仍取第一种基准。已知T进、进出物料（x）T出

已知T进、T出进料（x）出料（x）已知T出、进出物料（x）T进

已知T进、T出出料（x）进料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。例：一连续操作反应器，已知仅有反应A+2B→4C+5D反应器进料只有A和B且配比符合化学计量比，进料温度100℃，A的转化率为50%，出反应器的物料温度为300℃。求过程所需移出或移入的热量。已知：△H0fA（298）=40kJ/mol，△H0fB（298）=0kJ/mol，△H0fC（298）=-20kJ/mol，△H0fD（298）=20kJ/molCPA=10kJ/kmol.K，CPB=15kJ/kmol.K，CPC=5kJ/kmol.K，

CPD=4kJ/kmol.K。解：取100kmolA/h进料为计算基准。物料衡算结果标注于图上。反应器100kmolA/h200kmolB/h50kmolA/h100kmolB/h200kmolC/h20250kmolD/h100℃300℃Q取第一种能量衡算基准，△H0r=20×5+（－20）×4－1×40=－20kJ/mol△H反=nAR×△H0r/μA=50×1000×（－20）=-1000000kJ/h（∑niHi）入=（∑niCpi（T－298））入=（100×10+200×15）（373－298）=300000kJ/h（∑niHi）出=（∑niCpi（T－298））出=（50×10+100×15+200×5+250×4）×（573－298）=1100000kJ/h△H=－1000000+1100000－300000=－200000kJ/h反应器需移出热量200000kJ/h。选取能量衡算的第二种基准。HA进=△H0fA（298）+CPA（T进－298）=40×1000+10×（373－298）=40750kJ/kmolHB进=△H0fB（298）+CPB（T进－298）=0+15×（373－298）=1125kJ/kmolHA出=△H0fA（298）+CPA（T出－298）=40×1000+10×（573－298）=42750kJ/kmolHB出=△H0fB（298）+CPB（T出－298）=0×+15×（573－298）=4125kJ/kmolHC出=△H0fC（298）+CPC（T出－298）=-20×1000+5×（573－298）=-18625kJ/kmol△H=（∑niHi）出－（∑niHi）入=（50×42750+100×4125+200×（－18625）+250×21100）－（100×40750+200×1125）=－200000kJ/h。反应器需移出热量200000kJ/h。HD出=△H0fD（298）+CPD（T出－298）=20×1000+4×（573－298）=21100kJ/kmol作业：有一反应A（g）+2B（g）→3C（g）在一绝热式反应器中进行，已知原料混合物只含A和B，且配比等于化学计量比，又知A的转化率为100%，产物混合物出反应器的温度为1200K。求原料混合物进反应器的温度为多少？已知：CpA=30kJ/kmol·K，CpB=40kJ/kmol·K，CpC=70kJ/kmol·K；ΔH°C，A=0，ΔH°C，B=-170kJ/mol，ΔH°C，C=-120kJ/mol。解：取100kmolA/h进料为计算基准。物料衡算结果标注于图上。取第一种计算基准反应器100kmolA/h200kmolB/h300kmolC/hT＝？1200K绝热过程第五节加热剂、冷却剂及其他能量消耗的计算4-12常用加热剂和冷却剂常用加热剂有热水、饱和水蒸汽(低压、高压)、导热油、道生液、烟道气和熔盐等；常用冷却剂有空气、冷却水、冰和冷冻盐水等。1、加热剂和冷却剂的选用原则①在较低压力下可达到较高温度；②化学稳定性高；2、常用加热剂和冷却剂的性能特点和物性参数

见表5-4③无腐蚀；④热容量大；⑤冷凝热大；⑥无火灾和爆炸危险；⑦无毒性；⑧温度易于调节；⑨价格低廉；4-13加热剂和冷却剂消耗量的计算1、水蒸气的消耗量(1)间接蒸汽加热时的蒸汽消耗量若以0℃为基准温度式中：Q2—由蒸汽传递给物料及设备的热量，kJ或kJh-1;H—蒸汽的焓,kJkg-1;Cp—冷凝水的定压比热,取4.18kJkg-1℃-1;T—冷凝水的温度,℃;—热效率。保温设备取0.97～0.98;不保温设备取0.93～0.95。(2)直接蒸汽加热时水蒸汽的消耗量若以0℃为基准温度

式中Tk——被加热液体的最终温度，℃。2、冷却剂的消耗量水、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

式中：W—冷却剂的消耗量，kg或kgh-1；Cp—冷却剂的平均定压比热，kJkg-1℃

-1；T1—冷却剂的初温，℃；T2—冷却剂的终温，℃。一般水的定压比热可取4.18kJkg-1℃-1，空气的定压比热可取1.01kJkg-1℃-1表5-5氯化钠水溶液的定压比热5-14燃料消耗量的计算式中:G—燃料的消耗量,kg或kgh-1;—燃烧炉的热效率,一般燃烧炉的值可取0.3～0.5,锅炉的值可取0.6～0.92;Qp—燃料发热量,kJkg-1。表5-6几种燃料的发热量5-15电能的消耗量的计算式中E—电能的消耗量,kWh(1kWh=3600kJ)；—电热装置的热效率,一般可取0.85～0.95。5-16压缩空气的消耗量的计算一般压缩空气的消耗量折算成常压(1.013105Pa)下的空气体积或体积流量。（1）压送液体时，压缩空气在设备内所需压强∑le——管路系统全部管件、阀门以及进、出口等的当量之和1、压送液体物料时压缩空气的消耗量(2)每次操作均将设备中的液体全部压完时的压缩空气消耗量

以常压(1.013105Pa)下的空气体积计，一次操作所需的压缩空气消耗量为式中Vb——一次操作所需的压缩空气体积，m3次-1；VT——设备容积，m3；P——压缩空气在设备内建立的压强，Pa。若每天压送物料的次数为n，则每天操作所需的压缩空气体积式中Vd—每天操作所需压缩空气体积,m3d-1。每小时操作所需的压缩空气体积为式中Vh—每小时操作所需压缩空气体积,m3h-1。—每次压送液体所持续的时间，h。(2)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式中——设备的装料系数；V1——每次压送的液体体积，m3。每天或每小时操作所需的压缩空气体积与前同。2、搅拌液体时压缩空气的消耗量压缩空气的最低压强P＝1.2ρgh+P0管路阻力按液柱高度的20％计。压缩空气消耗量为式中K——系数，缓和搅拌取24，中等强度搅拌取48，强烈搅拌取60；A——被搅拌液体的横截面积，m2；——一次搅拌操作持续的时间，h。5-17真空抽气量的计算1、抽吸液体物料一次抽吸操作所需的抽气量为Pk——设备中的剩余压强，Pa。2、真空抽滤C——经验常数，可取15～18；A——真空过滤器的过滤面积，m2；——一次抽滤操作持续的时间，h。3、真空蒸发（1）间壁式冷凝器式中Gh——从冷凝器抽走的空气量，kgh-1；Dh——进入冷凝器的蒸汽量，kgh-1。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

(2)直接混合式冷凝器以标准状态下的空气体积计，每小时应从冷凝器抽走的空气体积为式中Wh—进入冷凝器的冷却水量，kgh-1。4、建立真空时每小时需抽走的空气体积5、维持真空所需抽气量式中——抽气时间，h；P1——设备内的初始压强，Pa；

P2——设备内的终了压强，Pa。Gh—真空系统的气体泄漏量,kgh-1;G1—由真空系统容积确定的气体泄漏量,kgh-1;G2—真空系统中各连接件的气体泄漏量之和,kgh-1;K—校正系数。密封性能较好的小型装置,K值取0.5～0.75;密封性能较差及有腐蚀的装置,K值取2～3。真空系统中常见连接件的气体泄漏量如下表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。能耗系数计算，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，最后可编制出能耗一览表，第一章因次与单位1、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。2、

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化工过程及过程参数1、概念：化工计算、化工过程、单元操作、流程图、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1、常用的获取物性数据的方法。2、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。第四章物料衡算

1、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。2、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。3、画物料流程简图的步骤和要点。4、物料衡算的步骤及注意问题。5、计算基准一般有几种，基准选取中应注意的问题，怎样选取一个合适的计算基准。6、熟练进行无化学反应过程的物料衡算（简单过程与复杂过程），对简单过程，至多可列出的独立物料衡算式的数目为C，对多单元过程至多可列出的独立物料衡算式的数目为MC个。7、练掌握x、s、y、限制反应物、过量反应物、过量百分数、单程转化率、总转化率的定义、定义式，并熟练地运用其进行有关计算。8、能熟练地运用直接求算法、利用联系物和结点做物料衡算。9、能熟练地进行具有循环、排放及旁路过程的物料衡算。10、了解元素衡算法和有平衡反应过程的物料衡算。5、掌握无化学反应过程能量衡算设计过程的原则是便于计算，过程类型有哪5种，无相变的变温变压过程能量衡算，相变过程的能量衡算，物质的参考态（基准态）选取，利用焓—温图作能量衡算溶解热和混合热6、熟练掌握化学反应过程的能量衡算由标准生成热

，由标准燃烧热

基准的选取第一种基准

若已知标准反应热，可取298K，101.33千帕为反应物及产物的计算基准。对非反应物可另选适当的温度为基准。第二种基准以组成反应物及产物的元素在298K，101.3千帕时的焓为零。非反应物以任意适当的温度为基准。带换热的反应过程的能量衡算绝热反应器的能量衡算第五章能量衡算1、掌握概念：性质、强度性质、广延性质、相变热、恒压反应热ΔHr、恒容反应热ΔUr、标准生成热、标准燃烧热2、弄清能量的传递形式

热量、功，注意问题3、熟记总能量衡算普遍式，几种特殊情况下热量衡算式4、掌握热量衡算的基本步骤5、掌握无化学反应过程能量衡算，设计过程的原则是便于计算，过程类型有哪5种，无相变的变温变压过程能量衡算，相变过程的能量衡算，物质的参考态（基准态）选取，利用焓—温图作能量衡算溶解热和混合热带换热的反应过程的能量衡算绝热反应器的能量衡算6、熟练掌握化学反应过程的能量衡算，由标准生成热

，由标准燃烧热基准的选取第一种基准

若已知标准反应热，可取298K，101.33千帕为反应物及产物的计算基准。对非反应物可另选适当的温度为基准。第二种基准以组成反应物及产物的元素在298K，101.3千帕时的焓为零。非反应物以任意适当的温度为基准。课堂练习题1.、硝化混酸配制过程的物料衡算。已知混酸组成为H2SO465%(质量百分含量，下同)、HNO35%、H2O30%，配制混酸用的原料为92.5%的工业硫酸、98%的硝酸及含H2SO467%的硝化废酸。试通过物料衡算确定配制1000kg混酸时各原料的用量。为简化计算，设原料中除水外的其它杂质可忽略不计。2、含H2和CO混合气和空气燃烧，燃烧后废气分析结果如下：N2，79.8%（mol%)；O2，18.0%；CO2，2.4%(为干基）。计算：（1）H2和CO混合燃料的组成；（2）混合燃料和空气的比率。3、原料A与B进行下列反应，反应式：若新鲜原料中B过剩20％，A的单程转化率为60％，A的总转化率为90％，反应器出来的产物进分离器将产物C与D分离，剩下未反应的A与B组分，一部分排放，其余返回反应器流程如下：反应器分离器FABMFRPCDWAB求：（1）循环气R的摩尔组成；（2）排放气W与循环气R的摩尔比；（3）循环气R与进反应器原料MF的摩尔比第五章能量衡算

第四节化学反应过程的能量衡算5—9反应热及其表示5—10反应热的计算5—11化学反应过程的能量衡算

《化妆品术语》起草情况汇报中国疾病预防控制中心环境与健康相关产品安全所一、标准的立项和下达时间2006年卫生部政法司要求各标委会都要建立自己的术语标准。1