3-物料衡算和能量衡算

1、12一般表示式為 系統(tǒng)中積累 = 輸入 輸出 + 生成 消耗穩(wěn)態(tài)過程時(shí) 輸入 = 輸出 生成 + 消耗無化學(xué)反應(yīng)的穩(wěn)態(tài)過程 輸入 = 輸出 第三章 物料衡算與能量衡算3物料平衡形式物料平衡形式 總平衡式總平衡式 * *總質(zhì)量平衡式總質(zhì)量平衡式 總摩爾平衡式總摩爾平衡式 組分平衡式組分平衡式 組分質(zhì)量平衡式組分質(zhì)量平衡式 組分摩爾平衡式組分摩爾平衡式 元素原子平衡式元素原子平衡式 * *元素原子質(zhì)量平衡式元素原子質(zhì)量平衡式 * *元素原子摩爾平衡式元素原子摩爾平衡式第三章 物料衡算與能量衡算4物料衡算的基本步驟 畫出流程示意圖畫出流程示意圖 列出已知數(shù)據(jù)列出已知數(shù)據(jù) 列出由物料平衡所需求解的問題

2、列出由物料平衡所需求解的問題 決定系統(tǒng)的邊界決定系統(tǒng)的邊界 寫出主、副產(chǎn)品的化學(xué)反應(yīng)方程式寫出主、副產(chǎn)品的化學(xué)反應(yīng)方程式 約束條件約束條件 選擇計(jì)算基準(zhǔn)選擇計(jì)算基準(zhǔn) 進(jìn)行物料平衡計(jì)算進(jìn)行物料平衡計(jì)算 列出物料和能量平衡表，并進(jìn)行校核列出物料和能量平衡表，并進(jìn)行校核 結(jié)論結(jié)論第三章 物料衡算與能量衡算5關(guān)于基準(zhǔn) 時(shí)間基準(zhǔn)時(shí)間基準(zhǔn) 連續(xù)（小時(shí)，天連續(xù)（小時(shí)，天） 間歇（釜，批間歇（釜，批） 質(zhì)量基準(zhǔn)質(zhì)量基準(zhǔn) kgkg，molmol， kmol kmol 體積基準(zhǔn)體積基準(zhǔn) m m3 3（STPSTP） 干濕基準(zhǔn)干濕基準(zhǔn) 干基（不含水），濕基（含水）干基（不含水），濕基（含水）例：例：100kg100

3、kg濕物料，其中含水濕物料，其中含水10kg10kg， 按按 濕基：含水率為濕基：含水率為10%10%； 若按若按 干基：含水率為干基：含水率為 10/(100-10)10/(100-10)100%=11.11%100%=11.11%第三章 物料衡算與能量衡算6 例：例：C C3 3H H8 8 + 5O + 5O2 2 = 3CO = 3CO2 2 + 4H + 4H2 2O O每每100kmol100kmol燃燒產(chǎn)物需要多少摩爾空氣？燃燒產(chǎn)物需要多少摩爾空氣？1. 1.基準(zhǔn)：基準(zhǔn)：1kmol1kmol原料氣原料氣C C3 3H H8 8燃燒用氧燃燒用氧 5kmol5kmol；實(shí)際供氧實(shí)際供

4、氧 5 51.25 = 6.25kmol1.25 = 6.25kmol；供給空氣量供給空氣量 29.76kmol29.76kmol； 其中氮?dú)饬科渲械獨(dú)饬?23.51kmol23.51kmol；產(chǎn)生：產(chǎn)生：COCO2 2 3kmol 3kmol； H H2 2O 4kmolO 4kmol； O O2 2 1.25kmol 1.25kmol； N N2 2 23.51kmol 23.51kmol；合計(jì)合計(jì) 31.76kmol31.76kmol；x =76.3176.29100= 93.7kmol第三章 物料衡算與能量衡算72. 2.基準(zhǔn)：基準(zhǔn)：1kmol1kmol空氣空氣實(shí)際耗氧實(shí)際耗氧 0.2

5、1/1.25 = 0.168 kmol0.21/1.25 = 0.168 kmol；燃燒燃燒C C3 3H H3 3 0.168/5 = 0.0336 kmol 0.168/5 = 0.0336 kmol；供給空氣量供給空氣量 1kmol1kmol； 其中氮?dú)饬科渲械獨(dú)饬?0.79kmol0.79kmol；產(chǎn)生：產(chǎn)生：COCO2 2 0.101kmol 0.101kmol； H H2 2O 0.135kmolO 0.135kmol； O O2 2 0.042kmol 0.042kmol； N N2 2 0.79kmol 0.79kmol；合計(jì)合計(jì) 1.068kmol1.068kmol；x =0

6、68.1100= 93.7kmol第三章 物料衡算與能量衡算 例：例：C3H8 + 5O2 = 3CO2 + 4H2O每每100kmol燃燒產(chǎn)物需要多少摩爾空氣？燃燒產(chǎn)物需要多少摩爾空氣？8（3 3）基準(zhǔn)：）基準(zhǔn)：100kmol100kmol煙道氣煙道氣以元素平衡法：以元素平衡法：C C3 3H H8 8 + 5O + 5O2 2 = 3CO = 3CO2 2 + 4H + 4H2 2O O預(yù)設(shè)：預(yù)設(shè)：空氣量空氣量 A A ； C C3 3H H8 8 B B ； N N2 2 N N ； 過量過量O O2 2 M M ； COCO2 2 P P ； H H2 2O Q O Q 。第三章 物料

7、衡算與能量衡算 例：例：C3H8 + 5O2 = 3CO2 + 4H2O每每100kmol燃燒產(chǎn)物需要多少摩爾空氣？燃燒產(chǎn)物需要多少摩爾空氣？9（3 3）基準(zhǔn)：）基準(zhǔn)：100kmol100kmol煙道氣煙道氣以元素平衡法：以元素平衡法：C C3 3H H8 8 + O + O2 2 CO CO2 2 + H + H2 2O OC C平衡平衡 3B = P3B = P；H H2 2平衡平衡 4B = Q4B = Q；O O2 2平衡平衡 0.21A = M + Q/2 + P0.21A = M + Q/2 + P；N N2 2平衡平衡 0.79A = N0.79A = N；煙道氣總量煙道氣總量

8、N + M + P + Q = 100N + M + P + Q = 100；過剩氧氣過剩氧氣 0.21A0.21A（0.25/1.250.25/1.25）= M= M解出：空氣量解出：空氣量 A = 93.7kmolA = 93.7kmol； C C3 3H H8 8 B = 3.148kmol B = 3.148kmol； N N2 2 N = 74.02kmol N = 74.02kmol； O O2 2 M = 3.935 kmol M = 3.935 kmol； COCO2 2 P = 9.445 kmol P = 9.445 kmol ； H H2 2O Q = 12.59 kmo

9、lO Q = 12.59 kmol。第三章 物料衡算與能量衡算 例：例：C3H8 + 5O2 = 3CO2 + 4H2O每每100kmol燃燒產(chǎn)物需要多少摩爾空氣？燃燒產(chǎn)物需要多少摩爾空氣？空氣量空氣量 A A ；C C3 3H H8 8 B B ；N N2 2 N N ；過量過量O O2 2 M M ；COCO2 2 P P ；H H2 2O Q O Q 。10物料平衡計(jì)算的條件. .方程式方程式 物料平衡方程式物料平衡方程式 物流約束式物流約束式構(gòu)成物流各組分的分率之和等于構(gòu)成物流各組分的分率之和等于1 11jx第三章 物料衡算與能量衡算112. 2.變量變量有有N Ns s股物流，股物流

10、， N Nc c個(gè)組分?jǐn)?shù)，個(gè)組分?jǐn)?shù)，N Np p個(gè)設(shè)備參數(shù)個(gè)設(shè)備參數(shù)總變量數(shù)：總變量數(shù)： N Nv v= N= Ns s（N Nc c +1 +1）+ N+ Np p 設(shè)計(jì)變量？設(shè)計(jì)變量？操作變量？操作變量？第三章 物料衡算與能量衡算12 轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化率 = %100反應(yīng)物的進(jìn)料量反應(yīng)物的反應(yīng)量00AAAnnn 選擇性選擇性 =%100原料中含的反應(yīng)物率反應(yīng)物率生成目的產(chǎn)物所消耗的anncnnAACC/ )(/ )(00 xA = = 第三章 物料衡算與能量衡算有化學(xué)反應(yīng)的物料衡算13 產(chǎn)率產(chǎn)率 = 轉(zhuǎn)化率選擇性 =反應(yīng)物的進(jìn)料率反應(yīng)物率生成目的產(chǎn)物所消耗的ancnnACC/ )(00=xA =

11、第三章 物料衡算與能量衡算14無化學(xué)反應(yīng)的物料衡算 料漿 濾餅 90%固體 F1=2000kg/h 過濾機(jī) F3=？kg/h 10%液體 75%液體 25%固體 濾液 F2=？kg/h 1%固體 99%液體例：過濾過程第三章 物料衡算與能量衡算15總平衡式 輸入的料漿=輸出的濾液+輸出的濾餅 F1= F2+F3液體平衡式 F1x11= F2x21+F3x31第三章 物料衡算與能量衡算16精餾過程 餾出液 F3 乙醇 水 24% F1 料液 苯 75% 乙醇 40% 水 60% F2 苯 乙醇產(chǎn)品 F4=1000kg/h三個(gè)未知數(shù)需三個(gè)方程總物料平衡式 F1+ F2= F3+ F4 組分物料平衡

12、式苯平衡 F2=0.75 F3 水平衡 0.6F1= 0.24F3 醇平衡 （10.6）F1第三章 物料衡算與能量衡算精餾計(jì)算的基本概念精餾計(jì)算的基本概念精餾計(jì)算分為設(shè)計(jì)型計(jì)算和操作型計(jì)算：精餾計(jì)算分為設(shè)計(jì)型計(jì)算和操作型計(jì)算：（1 1）設(shè)計(jì)型計(jì)算）設(shè)計(jì)型計(jì)算 給定進(jìn)料狀況，指定操作壓力，計(jì)算在達(dá)到分離要求的前給定進(jìn)料狀況，指定操作壓力，計(jì)算在達(dá)到分離要求的前提下，經(jīng)濟(jì)合理的回流比、理論塔板數(shù)和最佳進(jìn)料位置。提下，經(jīng)濟(jì)合理的回流比、理論塔板數(shù)和最佳進(jìn)料位置。（2 2）操作型計(jì)算）操作型計(jì)算 給定操作壓力、進(jìn)料狀況、進(jìn)料位置、塔板數(shù)、回流比、一給定操作壓力、進(jìn)料狀況、進(jìn)料位置、塔板數(shù)、回流比、一端

13、產(chǎn)品量，計(jì)算確定產(chǎn)品組成、各板上的濃度和溫度，以及冷端產(chǎn)品量，計(jì)算確定產(chǎn)品組成、各板上的濃度和溫度，以及冷凝器和再沸器的熱負(fù)荷。凝器和再沸器的熱負(fù)荷。 兩種計(jì)算所用數(shù)學(xué)模型相同。兩種計(jì)算所用數(shù)學(xué)模型相同。MESHMESH方程方程組分物料衡算方程組分物料衡算方程(M)(M)：相平衡關(guān)聯(lián)方程相平衡關(guān)聯(lián)方程(E)(E)： 歸一化方程歸一化方程(S)(S)： 熱量衡算方程熱量衡算方程(H)(H)： u、l、w、v、f 分別代表分別代表i i組分的摩爾流率，組分的摩爾流率，H、h分別為汽、液相摩爾焓。分別為汽、液相摩爾焓。 j=1j=1時(shí)，為冷凝器，時(shí)，為冷凝器， ； j=Nj=N時(shí)，為再沸器時(shí)，為再沸

14、器01,1,ijjijiijijijijflvvwlu), 1;, 1(Njci0)()(1111jFjjjjjjjjjjjjQhFhLHVHVWhLUiijijijijjijFfVvLl1/ijjjijijlLVKv000ilL01,1NiNvV（1 1）除）除MESHMESH方程還需要的方程方程還需要的方程 平衡常數(shù)關(guān)聯(lián)方程：平衡常數(shù)關(guān)聯(lián)方程： 焓計(jì)算方程：焓計(jì)算方程： 側(cè)線組分摩爾流率：側(cè)線組分摩爾流率： ), 1(Nj),(ijijjjijijlvTpKKijjjijvVWw), 1;, 1(Njci),(ijjjjjlTphh ), 1(Nj),(ijjjjjvTpHH ijjjij

15、lLUu), 2;, 1(Njci) 1, 1;, 1(Njci（2 2）模型自由度分析）模型自由度分析方程編號方程個(gè)數(shù)變量變量個(gè)數(shù)變量變量個(gè)數(shù)(2-102)(2-103)(2-104)(2-105)(2-106)(2-107)(2-108)(2-109)(2-110)NcNc3NNNcNN(N-1)c(N-1)clijvijuijwijKijfijFjhFjQjNcNc(N-1)c(N-1)cNcNcNNNLjVjUjWjpjTjhjHj塔板數(shù)NNNN-1N-1NNNN1總 計(jì)方程總數(shù)(5c+6)N-2c變量總數(shù)(6c+11)N-2c-1模型自由度：模型自由度： 自由度自由度=變量個(gè)數(shù)變量個(gè)

16、數(shù)-方程個(gè)數(shù)方程個(gè)數(shù)=(c+5)N-1 所以，計(jì)算時(shí)必須先指定所以，計(jì)算時(shí)必須先指定(c+5)N-1個(gè)變量方程才有定解。個(gè)變量方程才有定解。 由于模型方程組為非線性的，通常需要迭代求解。由于模型方程組為非線性的，通常需要迭代求解。對操作型問題可以指定以下變量對操作型問題可以指定以下變量：(c+5)N-1(c+5)N-11 1、進(jìn)料信息：、進(jìn)料信息：f fijij、h hFjFj N N（c+1c+1）個(gè)）個(gè)2 2、各級壓力：、各級壓力：P Pj j N N個(gè)個(gè)3 3、各級側(cè)線采出：、各級側(cè)線采出：U Uj j、W Wj j 2 2（N N1 1）個(gè)）個(gè)4 4、各級換熱：、各級換熱：Q Qj j

17、 N-2 N-2個(gè)個(gè)5 5、回流比、回流比R R、V V1 1（即（即D DV V）和級數(shù)）和級數(shù)N N： 3 3個(gè)個(gè) 未知量：未知量： 1 1、液相流率：、液相流率：l li,ji,j 、L Lj j N(c+1) N(c+1)個(gè)個(gè)2 2、氣相流率：、氣相流率：v vi,ji,j 、V Vj j N(c+1) N(c+1)個(gè)個(gè)3 3、各級溫度：、各級溫度：T Tj j N N個(gè)個(gè)4 4、Q Q1 1、Q QN N以及以及K Kijij、h hj j、和、和H Hj j N(c+2)+2N(c+2)+2有唯一解有唯一解 （3 3）迭代算法的選擇）迭代算法的選擇 迭代變量的選擇迭代變量的選擇 選

18、擇易收斂的變量作迭代變量，其余變量的值可從選擇易收斂的變量作迭代變量，其余變量的值可從迭代變量算得。迭代變量算得。 迭代算法的組織迭代算法的組織 整體迭代：將所有方程構(gòu)成一個(gè)整體，每一輪迭代整體迭代：將所有方程構(gòu)成一個(gè)整體，每一輪迭代都計(jì)算一遍所有方程。都計(jì)算一遍所有方程。 分割迭代：將方程組中的方程按關(guān)聯(lián)性的強(qiáng)弱分成分割迭代：將方程組中的方程按關(guān)聯(lián)性的強(qiáng)弱分成若干組，分別對每個(gè)組進(jìn)行迭代計(jì)算。若干組，分別對每個(gè)組進(jìn)行迭代計(jì)算。 迭代過程的控制迭代過程的控制 通常用摩爾流率的歸一來修正和加速迭代進(jìn)程。通常用摩爾流率的歸一來修正和加速迭代進(jìn)程。 一、王一、王- -亨克解法亨克解法泡點(diǎn)泡點(diǎn) (BP

19、)法法 將將MESHMESH方程分成三塊方程分成三塊，M+E方程，方程，S S方程，方程，H H 方程；方程； M+EM+E方程，方程，S S方程，內(nèi)層迭代求解，與方程，內(nèi)層迭代求解，與lij，T Tj j匹配；匹配； H H方程在外層迭代求解，與方程在外層迭代求解，與Lj j(Vj j)匹配。匹配。 收斂判據(jù)：收斂判據(jù)： 內(nèi)層：內(nèi)層：10-4 外層：外層：j-Lj 2(0.001)jlij0王亨克法的計(jì)算框圖王亨克法的計(jì)算框圖 將將MESHMESH方程中的方程中的E E方程代入方程代入M M方程，消去方程，消去v vijij整理得：整理得：令令簡化得：簡化得：當(dāng)當(dāng)j=1j=1時(shí)，時(shí)，li,0

20、i,0=0=0，則，則 ；當(dāng)當(dāng)j=Nj=N時(shí)，時(shí)，li,N+1i,N+1=0=0，則，則于是，于是，N N塊板構(gòu)成的方程組成三對角線方程組：塊板構(gòu)成的方程組成三對角線方程組：), 1(Nj011,1,111,ijjijijjjiijjjijjjjijfllLVKlLUlLWVKjjjjjijijLULWVKB1111,jjjiijLVKCijjiijijijjiflClBl1,1,12,111iiiiiflClBiNiNiNNiflBl1,由由M M和和E E方程得到的三對角線方程組：方程得到的三對角線方程組：), 1(ciiNNiijiiiNNiijiiiNNiNiijijiiiifffff

21、lllllBCBCBCBCB1,211,211,1,22111111 利用高斯消去法解利用高斯消去法解c個(gè)上述個(gè)上述ME方程；可得所有板上的方程；可得所有板上的lij 2)2)利用高斯消去法解利用高斯消去法解c c個(gè)個(gè)MEME方程；方程； 當(dāng)全部解出后，可得所有板上、所有組分的當(dāng)全部解出后，可得所有板上、所有組分的lij ， 然后用硬性歸一的方法得到然后用硬性歸一的方法得到 x xij 。即。即 ： xij= /lij3)3)利用泡點(diǎn)方程利用泡點(diǎn)方程(S(S方程方程) )計(jì)算各板的溫度計(jì)算各板的溫度 4)4)并用各板的并用各板的 max10-4 作為內(nèi)層迭代收斂判據(jù)。作為內(nèi)層迭代收斂判據(jù)。 l

22、ijilijjlijj5 5）利用方程和總物料衡算方程計(jì)算各板的）利用方程和總物料衡算方程計(jì)算各板的 Lj和和VjH H方程方程板的總物料衡算方程板的總物料衡算方程 ：若各板的若各板的 j-Lj 2(0.001)，整個(gè)模擬計(jì)算完成；否則以新，整個(gè)模擬計(jì)算完成；否則以新的的Lj(Vj) ，重新回到內(nèi)層迭代計(jì)算，直至外層收斂。，重新回到內(nèi)層迭代計(jì)算，直至外層收斂。 0)()(1111jFjjjjjjjjjjjjQhFhLHVHVWhLU011jjjjjjjFLVVWLUjjjjjjjFLLVWUV11jjjjFjjjjjjjjjjjUhHQhHFhHLHHVWL)/()()()(11111101)

23、內(nèi)層迭代變量為內(nèi)層迭代變量為Tj，外層迭代變量是，外層迭代變量是Lj。 2)2)液相組成是用硬性歸一辦法得到。液相組成是用硬性歸一辦法得到。 3)3)用直接迭代法將新值代替舊值。用直接迭代法將新值代替舊值。 4)4)用泡點(diǎn)計(jì)算得到各板的溫度，故稱之為泡點(diǎn)用泡點(diǎn)計(jì)算得到各板的溫度，故稱之為泡點(diǎn)(BP)(BP)法。法。5)5)適用于待分離混合物中各組分的沸點(diǎn)相差不大的物適用于待分離混合物中各組分的沸點(diǎn)相差不大的物 系，即精餾計(jì)算。系，即精餾計(jì)算。二、流率加和求解法（二、流率加和求解法（SR法）法） BPBP法：法： 內(nèi)層泡點(diǎn)方程求溫度，外層熱量衡算求汽液流率，內(nèi)層泡點(diǎn)方程求溫度，外層熱量衡算求汽液

24、流率， 適用于窄沸程的精餾；適用于窄沸程的精餾； SRSR法：法： 內(nèi)層流率加和求汽液流率，外層熱量衡算求溫度，內(nèi)層流率加和求汽液流率，外層熱量衡算求溫度， 適用于寬沸程的吸收。適用于寬沸程的吸收。 三對角線矩陣算法的優(yōu)缺點(diǎn)：三對角線矩陣算法的優(yōu)缺點(diǎn)： 優(yōu)點(diǎn)：非理想性不強(qiáng)的物系，具有相當(dāng)快的收斂速度；優(yōu)點(diǎn)：非理想性不強(qiáng)的物系，具有相當(dāng)快的收斂速度； 缺點(diǎn)：非理想性強(qiáng)的物系，計(jì)算振蕩或發(fā)散。缺點(diǎn)：非理想性強(qiáng)的物系，計(jì)算振蕩或發(fā)散。關(guān)鍵點(diǎn)：關(guān)鍵點(diǎn)： （1 1）構(gòu)建）構(gòu)建M M方程剩余函數(shù)方程剩余函數(shù)M Mijij； （2 2）構(gòu)建）構(gòu)建H H方程剩余函數(shù)方程剩余函數(shù)E Ej j； （3 3）構(gòu)建汽

25、相摩爾流率剩余函數(shù)）構(gòu)建汽相摩爾流率剩余函數(shù)Q Qijij； （4 4）建立全塔剩余函數(shù)矩陣）建立全塔剩余函數(shù)矩陣 ； （5 5）求出反映全塔變量和全塔剩余函數(shù)關(guān)）求出反映全塔變量和全塔剩余函數(shù)關(guān)系的雅可比矩陣系的雅可比矩陣 ； （6 6）用牛頓）用牛頓- -拉夫森方法迭代求解全塔變量。拉夫森方法迭代求解全塔變量。dxd教學(xué)內(nèi)容：教學(xué)內(nèi)容：結(jié)合具體實(shí)例，理解一個(gè)完整的化工過程的物料衡結(jié)合具體實(shí)例，理解一個(gè)完整的化工過程的物料衡算方法和步驟。算方法和步驟。重點(diǎn)和難點(diǎn)：重點(diǎn)和難點(diǎn)：重點(diǎn)重點(diǎn)掌握一個(gè)完整的化工過程的物料衡算的基準(zhǔn)和掌握一個(gè)完整的化工過程的物料衡算的基準(zhǔn)和思路。思路。難點(diǎn)難點(diǎn)是對一個(gè)完

26、整的化工過程的物料衡算時(shí)應(yīng)選擇是對一個(gè)完整的化工過程的物料衡算時(shí)應(yīng)選擇什么物流作衡算基準(zhǔn)，如何列出平衡表達(dá)式。什么物流作衡算基準(zhǔn)，如何列出平衡表達(dá)式。3435 在一個(gè)車間（裝置）中物料的添加和分離在一個(gè)車間（裝置）中物料的添加和分離比較頻繁，并且經(jīng)常伴隨著化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，比較頻繁，并且經(jīng)常伴隨著化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，部分產(chǎn)品的循環(huán)（如回流），物料衡算比較復(fù)部分產(chǎn)品的循環(huán)（如回流），物料衡算比較復(fù)雜。雜。1. 1.單元模塊單元模塊 計(jì)算步驟計(jì)算步驟: : 過程整體分析過程整體分析; ; 寫出各單元的方程式和約束式寫出各單元的方程式和約束式; ; 列出所有的變量，并選好所需的設(shè)計(jì)變量列出所有的變量，并選

27、好所需的設(shè)計(jì)變量; ; 應(yīng)用單元模塊法求解聯(lián)立方程組。應(yīng)用單元模塊法求解聯(lián)立方程組。 第三章 物料衡算與能量衡算361. 1.循環(huán)過程循環(huán)過程( (兩種解法）兩種解法） （1 1）試差法）試差法 估計(jì)循環(huán)流量，并繼續(xù)計(jì)算至循環(huán)回流的估計(jì)循環(huán)流量，并繼續(xù)計(jì)算至循環(huán)回流的那一點(diǎn)。將估計(jì)值與計(jì)算值進(jìn)行比較，并那一點(diǎn)。將估計(jì)值與計(jì)算值進(jìn)行比較，并重新假定一個(gè)估計(jì)值，一直計(jì)算到估計(jì)值重新假定一個(gè)估計(jì)值，一直計(jì)算到估計(jì)值與計(jì)算值之差在一定的誤差范圍內(nèi)。與計(jì)算值之差在一定的誤差范圍內(nèi)。（2 2）代數(shù)法）代數(shù)法 列出物料平衡方程式，并求解。列出物料平衡方程式，并求解。 一般方程式中以循環(huán)量作為未知數(shù)，應(yīng)用一般

28、方程式中以循環(huán)量作為未知數(shù)，應(yīng)用聯(lián)立方程的方法進(jìn)行求解。聯(lián)立方程的方法進(jìn)行求解。第三章 物料衡算與能量衡算教學(xué)內(nèi)容：教學(xué)內(nèi)容：結(jié)合具體實(shí)例，理解以反應(yīng)熱效應(yīng)為基礎(chǔ)和以結(jié)合具體實(shí)例，理解以反應(yīng)熱效應(yīng)為基礎(chǔ)和以生成熱為基礎(chǔ)兩種反應(yīng)過程能量衡算方法生成熱為基礎(chǔ)兩種反應(yīng)過程能量衡算方法的計(jì)算原理和計(jì)算方法。的計(jì)算原理和計(jì)算方法。重點(diǎn)和難點(diǎn)：重點(diǎn)和難點(diǎn)：重點(diǎn)重點(diǎn)掌握兩種衡算方法的衡算基準(zhǔn)和計(jì)算方法。掌握兩種衡算方法的衡算基準(zhǔn)和計(jì)算方法。難點(diǎn)難點(diǎn)是熱量衡算的基準(zhǔn)，包括溫度、壓力和相是熱量衡算的基準(zhǔn)，包括溫度、壓力和相態(tài)，以及有相變時(shí)其熱量的正負(fù)符號的取態(tài)，以及有相變時(shí)其熱量的正負(fù)符號的取向。向。37第三章

29、 物料衡算與能量衡算38第三章 物料衡算與能量衡算能量衡算的基本概念 一、能量守恒定律 輸入能量+生成能量= 消耗能量+積累能量+輸出能量 二、能量衡算方程 1.封閉體系 E = Q + W 2.流動(dòng)體系能量輸入速率-能量輸出速率 =能量積累速率39第三章 物料衡算與能量衡算 q w T2 U p2 u2 T1 U2 p1 u1 Z Z2 U1 Z1 40第三章 物料衡算與能量衡算（2）封閉體系= q + w221uZgU（3）孤立體系221uZgU= 0穩(wěn)態(tài)過程的敞開體系221uZgU= q + w41第三章 物料衡算與能量衡算三、能量衡算的一般方法 正確繪制系統(tǒng)示意圖，標(biāo)明已知條件和物料狀

30、態(tài)； 確定各組分的熱力學(xué)數(shù)據(jù)； 選擇計(jì)算基準(zhǔn)（大部分在物料衡算的基礎(chǔ)上進(jìn)行）； 同時(shí)，還要選取熱力學(xué)函數(shù)的基準(zhǔn)態(tài)。 列出能量衡算方程式，進(jìn)行求解。42第三章 物料衡算與能量衡算化學(xué)反應(yīng)過程的能量衡算一、反應(yīng)熱 在化學(xué)反應(yīng)中放出的熱量取決于反應(yīng)條件。在標(biāo)準(zhǔn)條件下，純組分、壓力為0.1MPa、溫度為25（并非一定需要），反應(yīng)進(jìn)行時(shí)放出的熱量稱為標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱?；鶞?zhǔn)0rH=-56.68 kJ/mol 43第三章 物料衡算與能量衡算（1）標(biāo)準(zhǔn)生成熱0fH 在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下，由構(gòu)成組成的元素生成1mol組分時(shí)的焓差。任何反應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱可以由反應(yīng)物和生成物的生成熱計(jì)算得到。反之，組分的生成熱也可以由反應(yīng)熱計(jì)算得到。44第三章 物料衡算與能量衡算由于物質(zhì)本身的熱函是無法測定的，一般所能測定的是物質(zhì)熱函的變化量，因