物料衡算和能量衡算(热量).ppt

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1、3.2能量衡算化工生产中，需要通过能量衡算解决的问题：⑴确定物料输送机械和其他操作机械所需功率。⑵确定各单元过程所需热量或冷量及其传递速率。⑶化学反应所需的放热速率和供热速率。⑷做好余热综合利用。能量衡算的基本方程式在物料衡算基础上进行能量衡算，能量衡算的步骤与物料衡算相同。根据热力学第一定律，能量衡算方程可写为：E=Q-W=Ek+Ep+UE——体系总能量的变化；Q——体系从环境中吸收的能量；W——体系对环境所作的功。一.封闭体系的能量衡算方程封闭体系特点：与环境只有能量交换，而无物质交换，

2、如间歇操作过程，体系物质的动能、位能、压力能无变化，则：U=Q-W若体系与环境没有功的交换，即W=0，则：Q=U二.流动体系的能量衡算方程——物料连续通过边界进出能量输入速率-能量输出速率=能量积累速率连续稳定流动过程的总能量衡算方程为：W=Wf+Ws，Wf为流动功，Ws为轴功；三.热量衡算式及说明⑴热量衡算式在反应器、蒸馏塔、蒸发器、换热器等化工设备中，W、Ek、EP与Q、U和H的相比，可以忽略。总能量衡算式为：封闭体系Q=∆U敞开体系Q=∆H对这些设备做能量衡算的实质就是进行热量衡

3、算。连续稳定流动体系的热量衡算：Q=(niHi)out–(njHj)in进出系统的物料往往不止一股，热量的交换也有多处，这时热量平衡方程式可写成：Q=H2–H1或Q=U2–U1Q1＋Q2＋Q3＝Q4＋Q5＋Q6＋Q7式中Q1—物料带入热；Q2—过程放出的热，包括反应放热、冷凝放热、溶解放热等等；Q3—从加热介质获得的热；Q4—物料带出热；Q5—冷却介质带出的热；Q6—过程吸收的热，包括反应吸热、气化吸热、溶解吸热等等；Q7—热损失。实际计算时，还常使用下式：Qin=Qout例

4、题：两种组成不同的煤气在预热器中混合。并从25℃加热到127℃，以供燃烧炉使用。两种煤气的流量分别为0.4kmol/s和0.1kmol/s。预热器的热损失为150kJ/s。试计算预热器应提供的热量。计算中煤气的焓取下列数值：25℃时，第一种煤气为765kJ／kmol；第二种煤气为846kJ／kmol。127℃时，混合煤气的焓值为3640kJ／kmol。解：以1s为计算基准。根据公式：四.热量的计算方法(1)等压条件下在没有化学反应和聚集状态变化时，物质温度从Tl变化到T2时，过程放出或吸收的热按下

5、式计算：Q也可以用T1－T2温度范围的平均摩尔热容计算出来，计算式为：(2)通过计算过程的焓变求过程放出或吸收的热根据Q＝△H，如果能求出过程的焓变，则Q可求得。五.热量衡算的基准和步骤（1）基准：包括两方面：一是数量上，常用设备的小时进料量进行计算；二是焓没有绝对值，所查的数据往往是来自不同基准态的，故必须指定。基准态可以任意规定，不同物料可使用不同的基准，但对同一种物料只能用一个基准。⑵热量衡算的步骤①建立单位时间为基准的物料流程图或物料平衡表。②选定计算基准温度和计算相态：可选0℃(273K

6、)、25℃(298K)或其他温度作为基准温度。③在物料流程图上标明已知温度、压力、相态等条件，查出或计算每个物料的焓值，标注在图上。④列出热量衡算式，用数学方法求解。⑤当生产过程及物料组成较复杂时，可列出热量衡算表。画出系统标有物流特性的流程简图如进出系统的物料流量及组成未知，则首先应进行物料衡算选取热量衡算的基准温度计算物料的焓值列出热量衡算表列出热量衡算式并进行求解六.热量衡算中使用的基本数据1、热容2、焓3、汽化热4、反应热1.热容(1)热容与温度的关系热容是给定条件下，系统每升高1K所吸收

7、的热。随温度而变。根据过程不同，用分为等压热容和等容热容。描述定压热容Cp与温度之间的关系一般有三种方法：第一种是在图上描绘出Cp－T关系曲线；第二种方法是把不同温度下的Cp列成表；第三种方法是用函数式表达Cp－T关系。液体常用的Cp－T关系有如下的函数形式:Cp＝a＋bTCp＝a＋bT＋cT2＋dT3气体常用的热容与温度的函数关系式：Cp＝a＋bTCp＝a＋bT＋cT2Cp＝a＋bT＋cT2＋dT3Cp＝a＋bT＋cT-2(2)平均热容在工程计算中，常使用物质的平均定压摩尔热容，使用数据可以计算

8、出Q的值而不必进行积分计算，但准确度比积分差。例题：已知常压下气体甲烷0～t℃的平均定压摩尔热容数据如下：试求常压下甲烷在200℃到800℃温度范围的平均定压摩尔热容，并计算15kmol甲烷在常压下从800℃降温到200℃所放出的热量。解：假设如下热力学途径：从表中查得，代入（E）式得：因此那么，15kmol甲烷在常压下从800℃降温到200℃所放出的热量为：(3)热容与压力的关系压力仅仅对真实气体热容的影响比较明显。各种真实气体在温度T和压力p时的热容Cp，与同样温度条件下的理想