化工生產(chǎn)物料和能量平衡

1、會(huì)計(jì)學(xué)1化工生產(chǎn)物料和能量平衡化工生產(chǎn)物料和能量平衡第1頁/共167頁物料衡算和能量衡算是化工工藝設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，也是進(jìn)行化工工藝設(shè)計(jì)及經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)的基本依據(jù)。通過對(duì)全過程或單元過程的物料和能量衡算，可以確定工廠生產(chǎn)裝置設(shè)備的設(shè)計(jì)規(guī)模和能力；同時(shí)，可以計(jì)算出主、副產(chǎn)品的產(chǎn)量，原料的消耗定額，生產(chǎn)過程的物料損耗以及三廢的排放量、蒸汽、水、電、燃料等公用工程消耗。通過物料平衡和能量衡算可以確定各物料的流量、組成、狀態(tài)和物化性質(zhì)，從而為確定設(shè)備尺寸、管道設(shè)計(jì)、儀表設(shè)計(jì)、公用工程設(shè)計(jì)以及建筑、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供依據(jù)。第1頁/共167頁第2頁/共167頁物料和能量衡算是化工技術(shù)人員必須掌握的基本技能，也是學(xué)習(xí)和對(duì)化工

2、過程進(jìn)行深入研究時(shí)，推導(dǎo)數(shù)學(xué)模型基本方程的重要基礎(chǔ)。化工過程根據(jù)其操作方式可以分成間歇操作、連續(xù)操作以及半連續(xù)操作三類?；蛘邔⑵浞譃榉€(wěn)定狀態(tài)操作和不穩(wěn)定狀態(tài)操作兩類。在對(duì)某個(gè)化工過程作物料或能量衡算時(shí)，必須了解生產(chǎn)過程的類別。 第2頁/共167頁第3頁/共167頁間歇操作過程：原料在生產(chǎn)操作開始時(shí)一次加入，然后進(jìn)行反應(yīng)或其它操作，一直到操作完成后，物料一次排出。在整個(gè)操作時(shí)間內(nèi)，沒有物料進(jìn)出設(shè)備，設(shè)備中各部分的組成、條件隨時(shí)間不斷變化。連續(xù)操作過程：在整個(gè)操作期間，設(shè)備的進(jìn)料和出料是連續(xù)流動(dòng)的，原料不斷穩(wěn)定地輸人生產(chǎn)設(shè)備，同時(shí)不斷從設(shè)備排出總量相等的物料。在整個(gè)操作期間，設(shè)備內(nèi)各部分組成與條件

3、不隨時(shí)間而變化。半連續(xù)操作過程：操作時(shí)物料一次輸入或分批輸入，而出料是連續(xù)的；或連續(xù)輸入物料，而出料是一次或分批的。第3頁/共167頁第4頁/共167頁穩(wěn)定狀態(tài)操作過程（穩(wěn)定過程）：整個(gè)化工過程的操作條件（如溫度、壓力、物料量及組成等）不隨時(shí)間而變化，只是設(shè)備內(nèi)不同點(diǎn)有差別。不穩(wěn)定狀態(tài)操作過程（不穩(wěn)定過程）：操作條件隨時(shí)間而不斷變化的過程?；み^程操作狀態(tài)不同，其物料或能量衡算的方程亦有差別。 第4頁/共167頁第5頁/共167頁第5頁/共167頁第6頁/共167頁進(jìn)行物料衡算的理論依據(jù)是質(zhì)量守恒定律，即在一個(gè)獨(dú)立的體系中，無論物質(zhì)發(fā)生怎樣的變化，其質(zhì)量保持不變。物料衡算基本式 體系積累的物料

4、量出體系的物料量進(jìn)入體系的物料量輸?shù)?頁/共167頁第7頁/共167頁若體系內(nèi)有化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，在作衡算時(shí)，要把由反應(yīng)消耗或生成的量考慮在內(nèi) 積累的量輸出體系的量體系反應(yīng)生成或消耗的量進(jìn)入體系的量在對(duì)反應(yīng)物作衡算時(shí)，由反應(yīng)而消耗的量應(yīng)取減號(hào)；對(duì)生成物作衡算時(shí)，由反應(yīng)而生成的量應(yīng)取加號(hào)。 第7頁/共167頁第8頁/共167頁畫出物料流程簡(jiǎn)圖，選擇計(jì)算基準(zhǔn)及物料衡算式。 (1) 物料流程簡(jiǎn)圖求解物料衡算問題，應(yīng)先根據(jù)給定的條件畫出流程簡(jiǎn)圖。圖中用簡(jiǎn)單的方框表示過程中的設(shè)備，用線條和箭頭表示每個(gè)流股的途徑和流向，并標(biāo)出每個(gè)流股的已知變量及單位。對(duì)一些未知的變量，可用符號(hào)表示。 第8頁/共167頁第9頁

5、/共167頁例：含CH4 90和 C2H6 10(mol)的天然氣與空氣在混合器中混合，得到的混合氣含CH4 8。試計(jì)算100mol天然氣應(yīng)加入的空氣量及得到的混合氣量。 混 合 過 程 100 mol 天 然 氣 CH4 0.90 C2H6 0.10 A mol 空 氣 M mol 混 合 氣 CH4 0.08 C2H6 x 空 氣 1-0.08-x 1 2 3 第9頁/共167頁第10頁/共167頁(2)選擇計(jì)算基準(zhǔn)進(jìn)行物料、能量衡算時(shí)，必須選擇一個(gè)計(jì)算基準(zhǔn)。從原則上講，任何一種計(jì)算基準(zhǔn)都能得到正確的解答，但計(jì)算基準(zhǔn)選擇得恰當(dāng)，可以使計(jì)算簡(jiǎn)化，避免錯(cuò)誤。 第10頁/共167頁第11頁/共1

6、67頁根據(jù)過程特點(diǎn)，選擇計(jì)算基準(zhǔn)時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1)應(yīng)選擇已知變量數(shù)最多的流股作為計(jì)算基準(zhǔn)。例如：某一個(gè)體系，反應(yīng)物組成只知其主要成份，而產(chǎn)物的組成已知，就可以選用產(chǎn)物的單位質(zhì)量或單位體積作基準(zhǔn)，反之亦然。2)對(duì)液體或固體的體系，常選取單位質(zhì)量作基準(zhǔn)。3)對(duì)連續(xù)流動(dòng)體系，用單位時(shí)間作計(jì)算基準(zhǔn)有時(shí)較方便。例如：以1小時(shí)、1天等的投料量或產(chǎn)品量作基準(zhǔn)。4)對(duì)于氣體物料，如果環(huán)境條件(如溫度、壓力)已定，則可選取體積作基準(zhǔn)。第11頁/共167頁第12頁/共167頁(3)根據(jù)過程的不同情況選擇物料衡算式進(jìn)行計(jì)算。具體進(jìn)行物料計(jì)算時(shí)，可采用下列步驟1)收集已知數(shù)據(jù)，如進(jìn)入或輸出體系的物料的流量、溫度、

7、壓力、濃度、密度等。2)作流程簡(jiǎn)圖，在圖中應(yīng)作出所有物料線，標(biāo)上所有已知和未知量。若過程中有多股物流，則可將各股物流編號(hào)。3)確定衡算體系，根據(jù)已知條件及計(jì)算要求進(jìn)行確定，可在流程圖中用虛線表示體系邊界。第12頁/共167頁第13頁/共167頁4)寫出化學(xué)反應(yīng)方程式，包括主副反應(yīng)，注明分子量。若無化學(xué)反應(yīng)發(fā)生，可免去此步。5)選擇恰當(dāng)?shù)挠?jì)算基準(zhǔn)，在流程圖上注明所選的基準(zhǔn)值，過程的物料衡算和能量衡算應(yīng)在同一基準(zhǔn)上進(jìn)行。6)列出物料衡算式，用數(shù)學(xué)方法求解。對(duì)組成較復(fù)雜的物料，可先列出輸入-輸出物料表，便于整理已知條件和計(jì)算結(jié)果。7)完成輸入-輸出物料表。 第13頁/共167頁第14頁/共167頁在

8、化工過程中，一些沒有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，只發(fā)生物理變化的單元操作，比如混合、蒸餾、蒸發(fā)、干燥、吸收、結(jié)晶、萃取等。如果體系沒有積累，這些穩(wěn)定過程的物料衡算都可以根據(jù)物料衡算式 進(jìn)入體系的物料量=輸出體系的物料量 列出總物料和各組分的衡算式，再用代數(shù)法求解。 第14頁/共167頁第15頁/共167頁若每個(gè)股流有n個(gè)組分，則可列出下列衡算式： 總物流衡算式 各組分的衡算式 過 程 W , xW i 1 2 3 P, xPi F, xFi WPFWiPiFiWxPxFx F進(jìn)入體系的物料； P、W輸出體系的物料；xFi、xPi、xWi分別為F、P、W中組分i的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（對(duì)于沒有化學(xué)反應(yīng)的過程，也可用摩爾數(shù)

9、）。 第15頁/共167頁第16頁/共167頁若物料中有n個(gè)組分，可列出n個(gè)組分的衡算式和一個(gè)總物料衡算式，共n+1個(gè)衡算方程 歸一定律 n+1個(gè)方程中，只有任意n個(gè)方程是獨(dú)立的。對(duì)有n個(gè)組分的體系，只需求解n個(gè)未知量。 niFiFnFFxxxx12111niPiPnPPxxxx12111niWiWnWWxxxx12111第16頁/共167頁第17頁/共167頁簡(jiǎn)單過程是指僅有一個(gè)設(shè)備、或一個(gè)單元操作、或整個(gè)過程簡(jiǎn)化成一個(gè)設(shè)備的過程。在物料流程簡(jiǎn)圖中，設(shè)備的邊界就是體系的邊界。以連續(xù)蒸餾塔為例，連續(xù)蒸餾塔物料衡算的目的是找出塔頂產(chǎn)品、塔底產(chǎn)品的流量和組成與原料液的流量和組成之間的關(guān)系，若塔的分

10、離任務(wù)已定，則已知進(jìn)料組成和流量可求出塔頂和塔底產(chǎn)品的流量和組成。 第17頁/共167頁第18頁/共167頁全塔總質(zhì)量衡算 W , xW 1 2 3 D, xD F, xF 精 餾 塔 WDFWiDiFiWxDxFx全塔各組分的質(zhì)量衡算 F進(jìn)塔原料流量，kmol/h；D塔頂產(chǎn)品流量，kmol/h；W塔底產(chǎn)品流量，kmol/h；xFi進(jìn)料中各組分的摩爾分?jǐn)?shù)；xDi塔頂產(chǎn)品中各組分的摩爾分?jǐn)?shù)；xWi塔底產(chǎn)品中各組分的摩爾分?jǐn)?shù)。 第18頁/共167頁第19頁/共167頁連續(xù)常壓蒸餾塔分離苯、甲苯混合溶液，要求餾出液中苯回收率為97。 1 2 3 精 餾 塔 解：MB78，MT92F 20000kg/

11、hwFB0.38W ?wW B 0.02D?xDB=?4196. 092/6278/3878/38FBx02351. 092/9878/ 278/ 2WBx13.86924196. 01784196. 0FMkmol/h2 .23213.8620000F第19頁/共167頁第20頁/共167頁餾出液苯回收率為97WDFWBDBFBWxDxFx代入已知數(shù)據(jù)得 得 W=124.2 kmol/h D=108 kmol/h 1 2 3 精 餾 塔 F 232.2kmol/hxFB0.4196W ?xW B 0.02351D?xDB=?51.9497. 043.97DBDxW02351. 051.944

12、196. 02 .232WD2 .2328752. 010851.9451.94DxDB第20頁/共167頁第21頁/共167頁蒸餾塔物料平衡 塔進(jìn)料塔頂餾出物塔低餾出物kg/h(wt)kmol/h(mol)kg/h(wt)kmol/h(mol)kg/h(wt)kmol/h(mol)苯76003897.4341.967372.685.6094.5287.52227.82.02.922.35甲苯1240062134.858.041240.214.4013.4812.4811159.498.0121.397.65合計(jì)20000100232.21008612.810010810011387.2100

13、124.2100第21頁/共167頁第22頁/共167頁可先劃分出多個(gè)衡算體系 每個(gè)衡算體系均可列出相應(yīng)的衡算方程。若每個(gè)設(shè)備的輸入和輸出物料中均含有n個(gè)組分，則每個(gè)體系可寫出n+1個(gè)衡算方程，其中有n個(gè)是獨(dú)立方程。 過 程I 1 5 3 過 程II 4 2 ABC第22頁/共167頁第23頁/共167頁將含有50苯、30甲苯和20二甲苯(mol)的混合物分成較純的三個(gè)餾份。計(jì)算蒸餾1000mol/h原料所得各流股的量及進(jìn)塔II的物料組成。 解：設(shè)S2、S3表示各流股物料量，mol/h； x3B、x3T表示流股3中苯、甲苯的組成。共可列出三組衡算方程，每組選三個(gè)獨(dú)立方程。 I 1 5 3 10

14、00 mol/h B 0.50 T 0.30 X 0.20 II 4 2 S2 mol/h B 0.95 T 0.03 X 0.02 S4 mol/h B 0.03 T 0.95 X 0.02 S5 mol/h B 0.0045 T 0.43 X 0.5655 S3 mol/h B x3B T x3T X 1-x3B - x3T 第23頁/共167頁第24頁/共167頁 I 1 5 3 1000 mol/h B 0.50 T 0.30 X 0.20 II 4 2 S2 mol/h B 0.95 T 0.03 X 0.02 S4 mol/h B 0.03 T 0.95 X 0.02 S5 mol

15、/h B 0.0045 T 0.43 X 0.5655 S3 mol/h B x3B T x3T X 1-x3B - x3T 體系A(chǔ)（塔I）：總物料 1000=S2+S3 (1)苯 10000.5=0.95S2+x3BS3(2)甲苯 10000.3=0.03S2+x3TS3(3)體系B（塔II）：總物料 S3=S4+S5 (4)苯 x3BS3=0.03S4+0.0045S5(5)甲苯 x3TS3=0.95S4+0.43S5 (6)體系C（整個(gè)過程）：總 物 料 1000=S2+S4+S5(7)苯 1 0 0 0 0 . 5 = 0 . 9 5 S2 + 0.03S4+0.0045S5(8)甲苯

16、 10000.3=0.03S2+0.95S4+0.43S5(9) 第24頁/共167頁第25頁/共167頁9個(gè)方程，只有6個(gè)獨(dú)立，可任選兩組方程求解。本題應(yīng)選先體系C，因2、4、5的組成均為已知，只有S2、S4、S5三個(gè)未知量，可從(7)、(8)、(9)三式直接求解。得：S2=520 mol/h S4=150 mol/h S5=330 mol/h再任選一組（體系A(chǔ)或B）衡算方程，即再由(1)、(2)、(3)或(4)、(5)、(6)可解得S3=480 mol/h x3 B=0.0125 x3T=0.5925 x3X=0.395第25頁/共167頁第26頁/共167頁由此例可以看出，多設(shè)備過程又有

17、大量多組分流股時(shí)，可列出許多線性方程。在許多線性方程中，不管衡算體系如何選擇、組合，其獨(dú)立方程的最多數(shù)目應(yīng)等于設(shè)備數(shù)(M)與物料組分?jǐn)?shù)(C)的乘積，即MC個(gè)獨(dú)立方程。上例中，M=2，C=3，共6個(gè)方程。最多能求解MC個(gè)未知量。第26頁/共167頁第27頁/共167頁化學(xué)反應(yīng)使體系產(chǎn)生新物質(zhì)，各化學(xué)物質(zhì)進(jìn)入與輸出體系的量或質(zhì)量流率就會(huì)不平衡。反應(yīng)速率、轉(zhuǎn)化率、產(chǎn)物收率等因素對(duì)物料平衡都有影響。工業(yè)化學(xué)反應(yīng)過程中，當(dāng)反應(yīng)原料比不按化學(xué)計(jì)量比時(shí)，根據(jù)反應(yīng)物的化學(xué)計(jì)量數(shù)大小可分為：(1)限制反應(yīng)物：以最小化學(xué)計(jì)量數(shù)存在的反應(yīng)物。(2)過量反應(yīng)物：用量超過限制反應(yīng)所需理論量的反應(yīng)物。第27頁/共167頁

18、第28頁/共167頁(3) 轉(zhuǎn)化率（以x表示）：某一反應(yīng)物反應(yīng)掉的量占其輸入量的百分?jǐn)?shù)。若以NA1、NA2分別表示反應(yīng)物A輸入及輸出體系的摩爾數(shù)，則反應(yīng)物A的轉(zhuǎn)化率為同一個(gè)化學(xué)反應(yīng)，由不同的反應(yīng)物可計(jì)算得到不同的轉(zhuǎn)化率。因此，應(yīng)用時(shí)必須指明某個(gè)反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率。若沒有指明，則通常指限制反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率。 %100121AAAANNNx第28頁/共167頁第29頁/共167頁(4) 選擇性（以S表示）：反應(yīng)物生成目的產(chǎn)物的量與反應(yīng)物消耗總量的百分?jǐn)?shù)。若反應(yīng)物為 A，目的產(chǎn)物為 D，ND為生成 D 的摩爾數(shù)，a、d 為 A 與 D 的化學(xué)計(jì)量系數(shù)，則選擇性為式中：NA1-NA2反應(yīng)物A反應(yīng)掉的摩爾數(shù)。

19、轉(zhuǎn)化率與選擇性是反應(yīng)過程的兩個(gè)主要技術(shù)指標(biāo)。%10021AADNNdaNS第29頁/共167頁第30頁/共167頁(5) 收率（以 Y 表示）：目的產(chǎn)物量與反應(yīng)物（通常指限制反應(yīng)物）輸入量之比?？捎梦镔|(zhì)的量（摩爾數(shù)）或質(zhì)量計(jì)算。若以摩爾數(shù)計(jì)算，考慮化學(xué)計(jì)量系數(shù)，則目的產(chǎn)物 D 的收率為轉(zhuǎn)化率、選擇性與收率三者之間的關(guān)系為%1001ADDNdaNYxSY第30頁/共167頁第31頁/共167頁用鄰二甲苯氣相催化鄰二甲苯酸酐(苯酐)。計(jì)算鄰二甲苯轉(zhuǎn)化率及苯酐和順酐的收率及選擇性。 反 應(yīng) 過 程 鄰 二 甲 苯 210kg/h 苯 酐 1 2 3 空 氣 4620Nm3/h 出口組成 mol苯酐

20、0.654順丁烯二酸酐(順酐) 0.066鄰二甲苯 0.030氧 16.53氮 77.75其它 H2O，CO2，CO等反應(yīng)式： C8H10+3O2C8H4O3+3H2O 2C8H10+9O24C4H2O3+6H2O 第31頁/共167頁第32頁/共167頁基準(zhǔn)：鄰二甲苯投料量210kg/h 1mol空氣中O2量為0.21mol，N2量為0.79mol輸入O2量 kmol/h210kg/h鄰二甲苯理論需O2量生成苯酐 kmol/h生成順酐 kmol/h所以空氣為過量反應(yīng)物，鄰二甲苯為限制反應(yīng)物。輸入N2量 kmol/hN2不反應(yīng)，數(shù)量不變。產(chǎn)物總量 kmol/h31.4321. 04 .2246

21、20943. 53106210915. 82910621094.16279. 04 .22462057.2097775. 094.162PC8H10+3O2C8H4O3+3H2O2C8H10+9O24C4H2O3+6H2O 第32頁/共167頁第33頁/共167頁產(chǎn)物中：鄰二甲苯 209.570.0003=0.06287 kmol/h=6.664 kg/h苯酐 209.570.00654=1.370kmol/h=202.76kg/h順酐 209.570.00066=0.1383kmol/h=13.55kg/h鄰二甲苯轉(zhuǎn)化率苯酐收率 質(zhì)量收率順酐收率 質(zhì)量收率苯酐的選擇性或%82.96%1002

22、10664. 6210%15.69%100106/210370. 1%55.96%10021076.202%49. 3%100106/2104/ 21383. 0%45. 6%10021055.13%42.71%100106/ )664. 6210(370. 1%42.71%82.96%15.69xYS第33頁/共167頁第34頁/共167頁根據(jù)反應(yīng)方程式，運(yùn)用化學(xué)計(jì)量系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。第34頁/共167頁第35頁/共167頁丙烯、氨及氧反應(yīng)制取丙烯腈，其反應(yīng)過程為 OH3NHCO23NHHC2332363 原料氣組成(mol)為10C3H6，12NH3，78空氣。丙烯轉(zhuǎn)化率為30。試求輸出物料組

23、成。 解：基準(zhǔn)100kmol原料氣。輸入量：C3H61000.10=10kmol42=420kgNH31000.12=12kmol17=204kgO21000.78 0.21=16.38kmol32=524kgN21000.780.79=61.62kmol28= 1725kg第35頁/共167頁第36頁/共167頁OH3NHCO23NHHC2332363 輸出量：C3H3N 100.30=3kmol=159kgH2O 10 0.30 3=9kmol=162kg剩 余 C3H6 1 0 ( 1 -0.30)=7kmol=294kg剩余NH3 12-3=9kmol=153kgO2 1 6 . 3

24、8 -100.303/2=11.88kmol=380kgN2 61.62kmol=1725kg第36頁/共167頁第37頁/共167頁計(jì)算結(jié)果如表所示?；鶞?zhǔn)：100kmol原料 組分輸入 輸出 組成kmolkg組成kmolkgC3H610104206.907294NH312122048.879153O27816.3852411.70 11.88380N261.62 1725 60.71 61.62 1725C3H3N 2.953159H2O 8.879162總計(jì)100.002873 101.502873第37頁/共167頁第38頁/共167頁以物質(zhì)的量或質(zhì)量進(jìn)行衡算時(shí)，將輸入與輸出速率之差 r

25、i 定義為物質(zhì) i 的量生成速率，即 輸出輸入iiiFFr iiirFF輸入輸出則化學(xué)反應(yīng)過程的物料衡算式為 第38頁/共167頁第39頁/共167頁合成氨原料氣中的CO在反應(yīng)器1中CO大部分轉(zhuǎn)化，在反應(yīng)器2中完全脫去。 反應(yīng)： 反 應(yīng) 器1 反 應(yīng) 器2 發(fā) 生 爐 煤 氣 N2 78% CO 20% CO2 2% 水 煤 氣 H2 50% CO 50% 1 2 3 4 5 水 蒸 氣H2O N2 H2 CO CO2 H2O N2 H2 CO2 H2O 222HCOOHCO 物流5中H2與N2比為3:1。假定水蒸汽流率是原料氣總量（干基）的2倍，同時(shí)反應(yīng)器1中CO的轉(zhuǎn)化率為80，試計(jì)算中間物

26、流4的組成。 第39頁/共167頁第40頁/共167頁解 ： 基 準(zhǔn) 物 流 l 為100mol/h7810078. 0, 5AFrF 25 . 01002 . 00rFFC3, 5rFD10002. 0, 5rFFE2, 55 . 02347833, 5, 5AEFF先用總單元過程摩爾衡算式，設(shè)CO轉(zhuǎn)化量為r：N2(A)平衡CO(B)平衡H2O(C)平衡CO2(D)平衡H2(E)平衡已知H2與N2的關(guān)系為 反 應(yīng) 器1 反 應(yīng) 器2 發(fā) 生 爐 煤 氣 N2 78% CO 20% CO2 2% 水 煤 氣 H2 50% CO 50% 1 2 3 4 5 水 蒸 氣H2O N2 H2 CO C

27、O2 H2O N2 H2 CO2 H2O 222HCOOHCO 第40頁/共167頁第41頁/共167頁解 ： 基 準(zhǔn) 物 流 l 為100mol/h2132FFF214202342F12710720r62821410023F129, 5DF501127628, 5CF原料氣(干基)與水蒸汽的關(guān)系為將H2和CO平衡式相加，消去 r，得將F2值代入CO平衡式中，得由此得最后，由CO2和H2O平衡得到 反 應(yīng) 器1 反 應(yīng) 器2 發(fā) 生 爐 煤 氣 N2 78% CO 20% CO2 2% 水 煤 氣 H2 50% CO 50% 1 2 3 4 5 水 蒸 氣H2O N2 H2 CO CO2 H2

28、O N2 H2 CO2 H2O 第41頁/共167頁第42頁/共167頁解 ： 基 準(zhǔn) 物 流 l 為100mol/h反應(yīng)器1中，CO轉(zhuǎn)化率為80 反 應(yīng) 器1 反 應(yīng) 器2 發(fā) 生 爐 煤 氣 F1=100 N2 78 CO 20 CO2 2 水 煤 氣 F2=214 H2 107 CO 107 1 2 3 4 5 水 蒸 氣 F3=628 H2O 628 F4=942 N2 78 H2 208.6 CO 25.4 CO2 103.6 H2O 526.4 F5=942 N2 78 H2 234 CO2 129 H2O 501 第42頁/共167頁第43頁/共167頁由于化學(xué)反應(yīng)中化學(xué)物質(zhì)產(chǎn)生

29、變化，可采用元素平衡的方法進(jìn)行衡算，衡算式可表示為 輸出輸入元素元素ii第43頁/共167頁第44頁/共167頁甲烷、乙烷與水蒸汽用鎳催化劑進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)，生成氫氣，反應(yīng)器出口氣體組成(干基)為 反 應(yīng) 過 程 1 2 3 假定原料中只含CH4和C2H6兩種碳?xì)浠衔?，則這兩種氣體的摩爾比為多少？每1000Nm3原料氣需多少kg蒸汽參加反應(yīng)？ CH4 M=? kmolC2H6 E=? kmolH2O S=? kmolCH4 4.6 kmolC2H6 2.5 kmolCO 18.6 kmol CO2 4.6 kmolH2 69.7 kmol第44頁/共167頁第45頁/共167頁基準(zhǔn)：100kmo

30、l干燥產(chǎn)物氣體O原子 S=18.6+4.62=27.8(1)C原子 M+2E=4.6+22.5+18.6+4.6=32.8(2)H原子 4M+6E+2S=44.6+62.5+269.7=172.8(3) 反 應(yīng) 過 程 1 2 3 CH4 M=? kmolC2H6 E=? kmolH2O S=? kmolCH4 4.6 kmolC2H6 2.5 kmolCO 18.6 kmol CO2 4.6 kmolH2 69.7 kmol第45頁/共167頁第46頁/共167頁基準(zhǔn)：100kmol干燥產(chǎn)物氣體得 S = 27.8kmol/100kmol干燥產(chǎn)物氣體 E = 7.0kmol/100kmol干

31、燥產(chǎn)物氣體 M = 18.8kmol/100kmol干燥產(chǎn)物氣體69. 20 . 78 .18EM6 .444 .2210005 .865180 . 78 .188 .276 .44186 .44EMSCH4、C2H6 mol比為 1000Nm3原料氣（ kmol原料氣）需水蒸汽的量 kg蒸氣 第46頁/共167頁第47頁/共167頁“聯(lián)系組分”是指隨物料輸人體系，但不參加反應(yīng)，最終隨物料輸出體系的組分。因此，在整個(gè)反應(yīng)過程中，聯(lián)系組分的數(shù)量不變。 若F、P分別為輸入、輸出物流，L為聯(lián)系組分，L在F中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為xFL，在P中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為xPL，則 FLPLPLFLxxPFPxFx第47頁/共

32、167頁第48頁/共167頁甲烷與氫混合氣在爐子內(nèi)用空氣完全燃燒，煙道氣分析為N2 72.22，CO2 8.13，O2 2.49，H2O 17.16(mol)。問：(1) 燃料中氫與甲烷的比例多少？ (2) 燃料(H2+CH4)對(duì)空氣的比例多少？解：反應(yīng)式 OH2COO2CH2224 OHO21H222 基準(zhǔn)：100mol煙道氣，以N2為聯(lián)系組分第48頁/共167頁第49頁/共167頁OH2COO2CH2224 OHO21H222 煙道氣中N2為72.22mol，即為輸入空氣中N2量所以，輸入空氣中O2為 mol煙道氣中CO2 8.13mol根據(jù)反應(yīng)式，輸入燃料中CH4量為8.13mol.CH

33、4燃燒耗O2 8.132=16.26 molH2燃燒耗O2應(yīng)為19.20-16.26-2.49=0.45 mol根據(jù)反應(yīng)式，輸入中H2量0.452=0.90 mol20.1979. 021. 022.72第49頁/共167頁第50頁/共167頁計(jì) 算 結(jié) 果 如 下 表 ( 基 準(zhǔn) ：100mol煙道氣) 燃料中 ：9113. 890. 0(mol)CH(mol)H4210142.9103. 9(mol)(mol)CHH42空氣）燃料（組分輸入輸出燃料空氣煙道氣組成mol組成mol組成molH211.150.90CH488.858.13O22119.202.492.49N27972.2272.

34、2272.22CO28.138.13H2O17.1617.16第50頁/共167頁第51頁/共167頁(1) 物料循環(huán)過程的物料衡算 反 應(yīng) 系 統(tǒng) 新 鮮 物 料 產(chǎn) 品 循 環(huán) 料 分 離 系 統(tǒng) 循 環(huán) 設(shè) 備 排 放 單程轉(zhuǎn)化率和單程收率：物料通過反應(yīng)器一次所達(dá)到的轉(zhuǎn)化率和收率?？傓D(zhuǎn)化率和總收率：新鮮原料從進(jìn)入系統(tǒng)（虛線方框）起到離開系統(tǒng)止所達(dá)到的轉(zhuǎn)化率和收率。 第51頁/共167頁第52頁/共167頁由于循環(huán)，新鮮物料多次經(jīng)過反應(yīng)器，比經(jīng)過反應(yīng)器一次所達(dá)到轉(zhuǎn)化率和收率高： 按照單程轉(zhuǎn)化率和總轉(zhuǎn)化率的定義，可寫出有物料循環(huán)的流程的單程轉(zhuǎn)化率和總轉(zhuǎn)化率計(jì)算如下： AA反應(yīng)器入口的關(guān)鍵組分

35、已轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵組分單程轉(zhuǎn)化率AA新鮮物料中的關(guān)鍵組分已轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵組分總轉(zhuǎn)化率單程轉(zhuǎn)化率總轉(zhuǎn)化率單程收率總收率 第52頁/共167頁第53頁/共167頁總物料平衡：新鮮物料量=產(chǎn)品物料量+排放物料量組分平衡：新鮮物料量反應(yīng)中物質(zhì)減少量=產(chǎn)品物料量+排放物料量對(duì)穩(wěn)態(tài)過程，積累項(xiàng)為零，若以圖中虛線方框?yàn)榻?，列循環(huán)系統(tǒng)的物料平衡方程，則有如下關(guān)系：惰性組分：新鮮物料中惰性組分量=產(chǎn)品物料惰性組分量 +排放物料惰性組分量 反 應(yīng) 系 統(tǒng) 新 鮮 物 料 產(chǎn) 品 循 環(huán) 料 分 離 系 統(tǒng) 循 環(huán) 設(shè) 備 排 放 第53頁/共167頁第54頁/共167頁V0，新鮮原料氣 冷凝 氨 合 成 塔 V4，總產(chǎn)氨氣

36、V2，塔入口氣V1，放空氣V3，塔出口氣忽略氣體在液氨中的溶解；因水冷后氨的冷凝量很小，近似地把塔出口氣體中的氨含量與放空氣中的氨含量視為相等。 組成 molH2 73.729N2 24.558CH4 1.42Ar 0.293組成 molNH3 2.5組成 molNH3 11組成 molNH3 11C H4+ A r 19.296第54頁/共167頁第55頁/共167頁解：基準(zhǔn)1000Nm3新鮮原料氣。 (a) 放空氣量Vl及組成。作系統(tǒng)的惰性氣平衡得 新鮮氣帶入的惰性氣=放空氣帶出的惰性氣1019296. 000293. 001420. 0VV775.8819296. 000293. 001

37、420. 010001V已知 V0=1000 Nm3 放空氣組成的計(jì)算：NH3、(CH4+Ar)的摩爾分?jǐn)?shù)為11和19.296，N2及H2的摩爾比近似等于化學(xué)反應(yīng)計(jì)量系數(shù)1:3第55頁/共167頁第56頁/共167頁H2的摩爾分?jǐn)?shù)= 52278. 031369704. 017426. 031169704. 01599. 0293. 042. 142. 119296. 003302. 0293. 042. 1293. 019296. 0N2的摩爾分?jǐn)?shù)=CH4的摩爾分?jǐn)?shù)= Ar的摩爾分?jǐn)?shù)= (N2+H2)的摩爾分?jǐn)?shù)為 1-(0.11+0.19296) = 0.69704 第56頁/共167頁第57

38、頁/共167頁(b) 總產(chǎn)氨量V4 每生成1體積氨，系統(tǒng)總體積減少(1+3-2)/2=1體積。 322NH2H3N 新鮮氣體積-由于反應(yīng)而減少的體積=放空氣體積+冷凝為產(chǎn)品排出的氣氨體積 生成的氨氣(V4+0.11V1)Nm3，故由于反應(yīng)而減少的體積為(V4+0.11V1)141140111. 0VVVVV而 V0=1000 Nm3 V1=88.775 Nm3 解得 V4=450.73 Nm3 第57頁/共167頁第58頁/共167頁(c) 氨合成塔出口氣量 V3 和入口氣量 V2 反應(yīng)減少的體積= V2- V3 由系統(tǒng)氨平衡系統(tǒng)排出氨=V4+0.11V1，生成氨=0.11V3-0.025V2

39、代入 Vl 和 V4 解得 V2=6013.6 Nm3 V3=5553.024 Nm3 111. 01432VVVV142311. 0025. 011. 0VVVV反應(yīng)生成的氨=系統(tǒng)排出的氨 第58頁/共167頁第59頁/共167頁 (d) 氨合成塔入口氣體組成作系統(tǒng)H2平衡塔入口含H2=新鮮氣帶入H2-放空氣帶H2+塔出口含H2 合成塔進(jìn)口含H2-塔出口含H2=新鮮氣帶入H2-放空氣帶出H2 = 3358.26 Nm3 431052278. 052278. 073729. 0VVVV73.450024.555352278. 0775.8852278. 0100073729. 0第59頁/共1

40、67頁第60頁/共167頁 (d) 氨合成塔入口氣體組成作系統(tǒng)N2平衡得 塔入口含N2=新鮮氣帶入N2-放空氣帶N2+塔出口含N2 = 1119.24 Nm3431017426. 017426. 024558. 0VVVV73.450024.555317426. 0775.8817426. 0100024558. 0第60頁/共167頁第61頁/共167頁 (d) 氨合成塔入口氣體組成作塔進(jìn)、出口 CH4 平衡得 塔入口含CH4=塔出口含CH4= 816.06 Nm3 4315994. 0VV 73.450024.555315994. 0作塔進(jìn)、出口 Ar 平衡得 塔進(jìn)口含Ar=塔出口含Ar=

41、 168.48 Nm3 4303302. 0VV 73.450024.555303302. 0第61頁/共167頁第62頁/共167頁 (d) 氨合成塔入口氣體組成作系統(tǒng)氨平衡得 塔出口含氨-塔進(jìn)口含氨=系統(tǒng)排出的氨+放空氣帶出的氨塔進(jìn)口含氨=塔出口含氨-系統(tǒng)排出的氨-放空氣帶出的氨= 150.34 Nm3 14311. 011. 0VVV775.8811. 073.450024.555311. 0第62頁/共167頁第63頁/共167頁穩(wěn)定循環(huán)過程，物料的質(zhì)量既不積累又不消失，各流股的組分恒定。長(zhǎng)時(shí)間循環(huán)會(huì)使原料中雜質(zhì)或惰性物質(zhì)濃度逐漸增加。必須部分排放，以維持進(jìn)料中雜質(zhì)的含量。排放物料中雜

42、質(zhì)或副產(chǎn)物的流量應(yīng)等于新鮮物料中雜質(zhì)進(jìn)入體系的流量。 新雜新排雜排xMxM新鮮原料流量排放物流流量排放比第63頁/共167頁第64頁/共167頁新鮮原料中乙烯:空氣=1:10，乙烯單程轉(zhuǎn)化率55，吸收塔出口氣體總量的65循環(huán)。計(jì)算： 反 應(yīng) 器 C2H4 W 空 氣 吸 收 塔 水 M F F RP S B P R A 乙烯:空氣1:10單程轉(zhuǎn)化率5565循環(huán)(1)總轉(zhuǎn)化率、各流股物料量及排放物料 W 組成。(2)如果W的分析數(shù)據(jù)為：N2 81.5，O2 16.5，C2H4 2.0循環(huán)比(R/W)為3.0，計(jì)算新鮮原料中乙烯與空氣的比例和單程轉(zhuǎn)化率。第64頁/共167頁第65頁/共167頁解：

43、反應(yīng)式 OHCO21HC42242 1) 計(jì)算總轉(zhuǎn)化率，需求出環(huán)氧乙烷生成量。已知單程轉(zhuǎn)化率為55，循環(huán)比R:W=65:35，因此可利用結(jié)點(diǎn)A物料平衡進(jìn)行計(jì)算。 反 應(yīng) 器 C2H4 W 空 氣 吸 收 塔 水 M F F RP S B P R A 第65頁/共167頁第66頁/共167頁基準(zhǔn)：新鮮原料中 C2H4 10mol 設(shè) MF 中 C2H4為 x mol根據(jù) A 點(diǎn)物料衡算 A點(diǎn)C2H4衡算 解得 x=14.15 mol生 成 環(huán) 氧 乙 烷 量 5 5 x = 5 5 14.15=7.78 mol反應(yīng)器出口RP中C2H4剩余量 14.15-7.78=6.37 mol總轉(zhuǎn)化率為 MF

44、RFxx%65%55110%8 .77%1001078. 7 反 應(yīng) 器 C2H4 W 空 氣 吸 收 塔 水 M F F RP S B P R A 第66頁/共167頁第67頁/共167頁計(jì)算 W 組成mol89. 32178. 7 反 應(yīng) 器 C2H4 W 空 氣 吸 收 塔 水 M F F RP S B P R A W 中C2H4量為已知。N2是聯(lián)系組分，W 中N2數(shù)量也已知?？捎?A 點(diǎn)物料衡算求出 MF 中含O2量，減去生成環(huán)氧乙烷消耗的O2量，得RP中的O2量，從而求得 W 中的含O2量。設(shè)混合料MF中O2為 y molF中C2H4 10mol，已知C2H4:空氣=1:10F中空氣

45、100mol，其中N2 79mol，O2 21mol生成環(huán)氧乙烷消耗O2量 OHCO21HC42242 第67頁/共167頁第68頁/共167頁各流股中組合含量如表所示。 FMFRPSRWPN27979/0.3579/0.3579/0.350.65/0.357979.0 O221yy-3.89 y-3.890.65(y-3.89)0.35(y-3.89) C2H410 14.156.376.370.656.370.356.37 C2H4O-7.78- - -7.78 反 應(yīng) 器 C2H4 W 空 氣 吸 收 塔 水 M F F RP S B P R A 第68頁/共167頁第69頁/共167頁

46、根據(jù)A點(diǎn)O2衡算解得 y = 52.78 molyy89. 365. 021W組成為： mol molN2 79.0 79/98.34100=80.33O2 0.35(y-3.89)=0.35(52.78-3.89)=17.11 17.11/98.34100=17.40C2H4 0.356.37=2.23 2.23/98.34100=2.27合計(jì) 98.34將 y = 52.78代入上表，可得出各流股中組分的量 反 應(yīng) 器 C2H4 W 空 氣 吸 收 塔 水 M F F RP S B P R A 第69頁/共167頁第70頁/共167頁計(jì)算結(jié)果 反 應(yīng) 器 吸 收 塔 F mol C2H4

47、10 空 氣 mol N2 79 O2 21 M F mol N2 225.71 O2 52.78 C2H4 14.15 RP mol N2 225.71 O2 48.89 C2H4 6.37 C2H4O 7.78 W mol N2 79.0 O2 17.11 C2H4 2.23 P mol C2H4O 7.78 第70頁/共167頁第71頁/共167頁2)已知 W 組成（N2 81.5，O2 16.5，C2H4 2.0)及循環(huán)比(R/W= 3.0 ) ，求新鮮原料 F 中C2H4與空氣的比例及單程轉(zhuǎn)化率。N2是該反應(yīng)過程中的聯(lián)系組分，可以此根據(jù)總衡算求出新鮮原料F中N2和O2的量，并按A點(diǎn)平

48、衡計(jì)算MF中的N2和O2量。F 中C2H4:空氣未知，選擇F中C2H4量為基準(zhǔn)不合適。W 組成已知，以 W 量100mol作基準(zhǔn)。 反 應(yīng) 器 C2H4 W 空 氣 吸 收 塔 水 M F F RP S B P R A 第71頁/共167頁第72頁/共167頁基準(zhǔn)：100mol W 反 應(yīng) 器 C2H4 W 空 氣 吸 收 塔 水 M F F RP S B P R A 由總物料衡算，W 與 F 中 N2 不變。已知 W 中 N2 為 81.5。F 中 N2 8 1 . 5 m o l ， F 中 O2 81.50.21/0.79=21.66 molR、S 和 RP（不包括環(huán)氧乙烷）的組成與 W

49、 組成相同。已知 R/W=3/1 RP/W=S/W=4/1 R中 N2 381.5=244.5 mol C2H4 3 2.0=6.0 mol O2 3 16.5=49.5molRP（不包括C2H4O）=S，其中 N2 4 81.5=326mol O2 4 16.5=66mol C2H4 4 2.0=8.0mol第72頁/共167頁第73頁/共167頁根據(jù)A點(diǎn)平衡 F+R=MFA點(diǎn)O2平衡 MF 中 O2 21.66+49.5=71.16 mol反應(yīng)器中消耗 O2 71.16-66=5.16 mol反應(yīng)器中消耗的 C2H4 25.16=10.32 mol按反應(yīng)器物料中 C2H4 平衡MF 中 C

50、2H4量=RP 中 C2H4量 + 反應(yīng)器中消耗的C2H4量MF 中C2H4 8.0+10.32=18.32 molF 中C2H4量=MF中C2H4量-R中C2H4量F 中C2H4 18.32-6.0=12.32 mol 反 應(yīng) 器 C2H4 W 空 氣 吸 收 塔 水 M F F RP S B P R A 第73頁/共167頁第74頁/共167頁基準(zhǔn)：100mol排放氣體(W) 37. 8116.10332.12HC42空氣%33.56%10032.1832.10 FMFRPSRWPN281.5326326326244.581.5 O221.6671.16666649.5165 C2H412

51、.3218.328.08.06.02.0 C2H4O 10.32 10.32總計(jì) 400300100 單程轉(zhuǎn)化率 第74頁/共167頁第75頁/共167頁具有旁路的過程，就是把一部分物料繞過一個(gè)或多個(gè)設(shè)備，直接與另一流股物料相混。旁路主要用于控制物流組成或溫度，這類過程的物料衡算與循環(huán)過程的物料衡算相類似，計(jì)算時(shí)應(yīng)注意結(jié)點(diǎn)平衡。 第75頁/共167頁第76頁/共167頁合 成 氣 量 為 2 3 2 1 N m3/ h ，CO:H2=1:2.4(mol)。轉(zhuǎn)化氣中CO 43.12(mol)，H2 54.20，不合要求。將部分轉(zhuǎn)化氣送至CO變換反應(yīng)器，變換氣含CO 8.76，H2 89.75(m

52、ol)，如果變換、脫除過程僅發(fā)生CO到CO2的變化，且CO2以100濃度排放。用此變換氣去調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)化氣，求轉(zhuǎn)化氣及變換氣各為多少？ CO變 換 CO2 100 a CO2脫 除 SF F 轉(zhuǎn) 化 氣 SC SP B b CO 8.76 H2 89.75% M P 合 成 氣 2321 Nm3/h CO/H2=1/2.4 (mol) CO 43.12 H2 54.20% 第76頁/共167頁第77頁/共167頁基準(zhǔn)：合成氣2321Nm3/h轉(zhuǎn)化氣組成： CO 43.12， H2 54.20變換后氣體組成： CO 8.76， H2 89.75設(shè) 合成氣中 CO 摩爾分?jǐn)?shù)為 xco則合成氣中 H2 摩

53、爾分?jǐn)?shù)為2.4xco CO變 換 CO2 100 a CO2脫 除 SF F 轉(zhuǎn) 化 氣 SC SP B b CO 8.76 H2 89.75% M P 合 成 氣 2321 Nm3/h CO/H2=1/2.4 (mol) CO 43.12 H2 54.20% 第77頁/共167頁第78頁/共167頁b點(diǎn)總物料衡算 B+SP=2321 (1)b點(diǎn)CO衡算 0.4312B+0.0876SP=2321 xco (2)b點(diǎn)H2衡算 0.542B+0.8975SP=23212.4xco(3)解(1)、(2)、(3)式，得到B=1352 Nm3/h SP=969 Nm3/h xco =0.2877 CO

54、變 換 CO2 100 a CO2脫 除 SF F 轉(zhuǎn) 化 氣 SC SP B b CO 8.76 H2 89.75% M P 合 成 氣 2321 Nm3/h CO/H2=1/2.4 (mol) CO 43.12 H2 54.20% 第78頁/共167頁第79頁/共167頁對(duì)變換、脫除過程作衡算：對(duì)CO衡算 0.4312SF=0.08761325+SCl00 (4)對(duì)體積衡算 SF=1325+SC (5)得到 SF=2125.4 Nm3/h SC=800.4 Nm3/h F=3121.4 Nm3/h CO變 換 CO2 100 a CO2脫 除 SF F 轉(zhuǎn) 化 氣 SC SP B b CO

55、 8.76 H2 89.75% M P 合 成 氣 2321 Nm3/h CO/H2=1/2.4 (mol) CO 43.12 H2 54.20% 第79頁/共167頁第80頁/共167頁第80頁/共167頁第81頁/共167頁能量衡算的基礎(chǔ)是物料衡算，只有在進(jìn)行完備的物料衡算后，才能作出能量衡算。能量有多種存在形式，如勢(shì)能、動(dòng)能、電能、熱能、機(jī)械能、化學(xué)能等，各種形式的能量在一定的條件下可以相互轉(zhuǎn)化。無論怎樣轉(zhuǎn)化，總能量是守恒的。 第81頁/共167頁第82頁/共167頁基本式輸出能量輸出能量=輸入能量輸入能量+生成能量生成能量-消耗能消耗能量量-積累能量積累能量能量的形式主要有以下幾種：1

56、) 動(dòng)能 Ek 物體由于運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的能量。2) 勢(shì)能 Ep 物體由于豎直位移差而具有的能量。3) 內(nèi)能 U 物體除了宏觀的動(dòng)能和勢(shì)能之外所具有的能量，與分子的運(yùn)動(dòng)有關(guān)。第82頁/共167頁第83頁/共167頁內(nèi)能可用物質(zhì)的溫度來衡量，即 TfUllFW0d4)功W物體在外力的作用下通過一定距離，其所作的功為 式中：F外力，N； l距離，m。外界對(duì)系統(tǒng)作功取正值，系統(tǒng)對(duì)外界作功取負(fù)值。 第83頁/共167頁第84頁/共167頁系統(tǒng)壓力和體積發(fā)生變化時(shí) p壓力，Pa V單位體積，m3。上述情況主要發(fā)生在氣體壓縮和膨脹時(shí)。 5)熱能可以轉(zhuǎn)化為熱和功。熱和功的轉(zhuǎn)化，使系統(tǒng)的能量發(fā)生變化。通常，外界對(duì)系

57、統(tǒng)加熱為正，系統(tǒng)向外界放熱為負(fù)。6)電能電能是機(jī)械能的一種，在能量衡算方程式中一般包含在功的一項(xiàng)中。電能只有在電化學(xué)過程的能量衡算才是重要的。 21dVVVpW第84頁/共167頁第85頁/共167頁熱力學(xué)第一定律 E體系總能量的變化，E= E K+E p +U；Q 體系從環(huán)境中吸收的能量；W 外界對(duì)體系所作的功。1) 封閉體系間歇過程體系中沒有物質(zhì)流動(dòng)，無動(dòng)能和勢(shì)能變化WQEWQU第85頁/共167頁第86頁/共167頁2) 流動(dòng)體系流動(dòng)體系是指物質(zhì)連續(xù)通過邊界進(jìn)出的體系。V1, T1, p1, u1, U1V2, T2, p2, u2, U2Z2Z1ZUqW第86頁/共167頁第87頁/共

58、167頁(a) 穩(wěn)態(tài)過程 能量積累速率出速率能量輸入速率能量輸WqugZUtuZgU2221dd21021dd2ugZUtWquZgU221第87頁/共167頁第88頁/共167頁總功W為流動(dòng)功及軸功之和 tsWWWpVWtVpWtWt流動(dòng)功，等于作用于體系入口處流體的功減去作用于體系出口處流體的功；Ws軸功，體系內(nèi)運(yùn)動(dòng)部件對(duì)過程流體所作的功。 恒壓體系 第88頁/共167頁第89頁/共167頁引 入 焓 的 概 念 ，H=U+pV (b) 封閉體系 對(duì)一定質(zhì)量的物質(zhì)體系 SWquZgh221WqugZUt221ddWquZgU221WqmugZU221第89頁/共167頁第90頁/共167頁

59、(c) 孤立體系 0212uZgU第90頁/共167頁第91頁/共167頁能量衡算可按照以下步驟進(jìn)行：1) 作系統(tǒng)示意簡(jiǎn)圖，標(biāo)明已知條件和物料狀態(tài)；2) 確定各組分的熱力學(xué)數(shù)據(jù)，如焓、熱容、相變熱等； 3) 選擇計(jì)算基準(zhǔn)，在與物料衡算一起進(jìn)行時(shí)，可選用物料衡算所取的基準(zhǔn)作為能量衡算的基準(zhǔn)，同時(shí)，還要選取熱力學(xué)函數(shù)的基準(zhǔn)態(tài)；4) 列出能量衡算方程式進(jìn)行求解。 第91頁/共167頁第92頁/共167頁化工工藝研究設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。工藝計(jì)算、物料和能量平衡計(jì)算的正確性，很大程度上取決于使用的物性數(shù)據(jù)的正確性。化工工程師應(yīng)當(dāng)熟悉檢索各種物性數(shù)據(jù)及相應(yīng)的估算方法，力求做到先進(jìn)、可靠、準(zhǔn)確。常見熱

60、物性數(shù)據(jù)有熱容、比熱、熱容比、焓、熵等。 第92頁/共167頁第93頁/共167頁Qpr和dT分別為體系在過程中增加（或減少）的熱量及在此過程(pr)中體系的溫度變化。 J/KdTQCprprKmolJ/d,TQCprmprKgkJ/KgJ/d或TQCprpr摩爾熱容 比熱容 熱容是與體系物質(zhì)的量(n)或質(zhì)量(m)成比例的一個(gè)廣度量。 prmprCMC,1)定義 第93頁/共167頁第94頁/共167頁Cpr可以為+，-，0，取決于體系在傳熱時(shí)所經(jīng)歷的過程。僅對(duì)確定的過程Cpr才能確定的數(shù)值。下角標(biāo)pr表示熱容（或熱量）是與過程性質(zhì)有關(guān)的。 VVVTUTQCd摩爾恒容熱容PPPTHTQCd摩爾