物料衡算和能量衡算一化工計(jì)算

物料衡算和能量衡算一化工計(jì)算基本要求掌握化工過程的特點(diǎn)熟練應(yīng)用化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)熟練掌握化工過程的物料衡算熟練掌握化工過程的能量衡算2§3-1化工過程及過程參數(shù)

化工過程；化工工藝流程；化工過程開發(fā)；化工過程基本參數(shù)——溫度、壓力、流量、化學(xué)組成等基本概念。3

一、化工過程由原料經(jīng)化學(xué)處理和物理處理加工成化學(xué)產(chǎn)品或中間產(chǎn)品的生產(chǎn)過程。主要操作：化學(xué)反應(yīng)；分離或提純；改變溫度；改變壓力；混合等4

１.化學(xué)反應(yīng)（整個(gè)化工過程的核心）工業(yè)上付諸實(shí)現(xiàn)取決于許多因素，如平衡收率、反應(yīng)速度、控制或減少副反應(yīng)的可能性等5

２.分離或提純分離過程通常只是一種物理過程，不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。它是利用物質(zhì)在相變化過程中某些物理性質(zhì)（如沸點(diǎn)、熔點(diǎn)、溶解度等）的差異來進(jìn)行的。如：蒸餾、結(jié)晶、溶劑萃取。6

３.改變溫度化學(xué)反應(yīng)速度和收率、物質(zhì)的相態(tài)變化（如蒸氣的冷凝、液體的氣化或凝固、固體的熔化等）以及物質(zhì)的其他物理性質(zhì)變化（如粘度、溶解度、表面張力等）等均與溫度有密切的關(guān)系，改變溫度可調(diào)節(jié)以上各性質(zhì)達(dá)到所需的要求?；厥諢崃渴篃崃砍浞掷?，是化工廠提高經(jīng)濟(jì)效益的一個(gè)重要措施。7４.改變壓力化學(xué)反應(yīng)有氣體時(shí)，如：物質(zhì)的相態(tài)變化用泵或壓縮機(jī)輸送流體8５.混合（與分離相反的過程）通常不消耗能量為加速混合使用攪拌器消耗少量能量9化工過程開發(fā)主要決定于下述因素：（1）化學(xué)工藝因素——反應(yīng)體系本性、溫度、壓力、組成、催化劑等操作條件以及體系的反應(yīng)速度、轉(zhuǎn)化率、循環(huán)比等。（2）化學(xué)工程因素——體系的物性、相態(tài)、熱性質(zhì)、傳遞性質(zhì)、傳熱傳質(zhì)方式、物料（流體及固體）輸送、反應(yīng)技術(shù)、分離技術(shù)等。（3）機(jī)械設(shè)備、儀表及控制手段——設(shè)備材料、制造、貯運(yùn)、安裝、維修、檢測(cè)、備品備件、正常操作及事故處理等。10二、

化工工藝流程

化工過程常用流程圖來表示。工藝流程圖能簡(jiǎn)明、扼要的表明化工產(chǎn)品的生產(chǎn)工序，看來一目了然。從工藝流程圖可以初步了解生產(chǎn)方法、生產(chǎn)過程以及各主要物料的來龍去脈。在解物料和能量衡算題時(shí)，也需要用圖來表示各設(shè)備之間的物料關(guān)系。

11三、化工過程開發(fā)是指一個(gè)化學(xué)反應(yīng)從實(shí)驗(yàn)室過渡到第一套生產(chǎn)裝置的全部過程。化工過程開發(fā)，首先是決定于化學(xué)反應(yīng)的可能性、轉(zhuǎn)化率及反應(yīng)速度是否具有工業(yè)價(jià)值，產(chǎn)物分離的難易程度以及機(jī)械、設(shè)備、材料是否可行。最終取決于是否有經(jīng)濟(jì)效益?；み^程開發(fā)的第一步就是要設(shè)計(jì)一個(gè)流程圖。選擇一個(gè)安全、可靠、經(jīng)擠效益高的最佳方案。12四、過程參數(shù)在化工生產(chǎn)過程中，能影響過程運(yùn)行和狀態(tài)的物理量，如溫度、壓力、流量及物料的百分組成或濃度等，在指定條件下它的數(shù)值恒定，條件改變其數(shù)值也隨之變化，這些物理量稱為過程參數(shù)。這些參數(shù)也常作為控制生產(chǎn)過程的主要指標(biāo)。進(jìn)行化工計(jì)算時(shí)，上述參數(shù)是基本數(shù)據(jù)，可以直接測(cè)定。對(duì)一些不易直接測(cè)定的參數(shù)，可找出與容易測(cè)定的參數(shù)之間的關(guān)系，通過計(jì)算求得，有時(shí)也可以根據(jù)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)選定。13§３-2化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)在化工計(jì)算以及化工工藝和設(shè)備設(shè)計(jì)中，必不可少地要用到有關(guān)化合物的物性數(shù)據(jù)。例如，進(jìn)行化工過程物料與能量衡算時(shí)，需要用到密度或比容、沸點(diǎn)、蒸汽壓、焓、熱容及生成熱等等的物性數(shù)據(jù)；設(shè)計(jì)一個(gè)反應(yīng)器時(shí)，則需要知道化學(xué)反應(yīng)熱的數(shù)據(jù)；計(jì)算傳熱過程時(shí)，需要導(dǎo)熱系數(shù)的數(shù)據(jù)等等。化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：物化數(shù)據(jù)或物性數(shù)據(jù)14一、分類１.基本物性數(shù)據(jù)—如臨界常數(shù)（臨界壓力、臨界溫度、臨界體積）、密度或比容、狀態(tài)方程參數(shù)、壓縮系數(shù)、蒸氣壓、氣一液平衡關(guān)系等。２.熱力學(xué)物性數(shù)據(jù)—如內(nèi)能、焓、熵、熱容、相變熱、自由能、自由焓等。３.化學(xué)反應(yīng)和熱化學(xué)數(shù)據(jù)—如反應(yīng)熱、生成熱、燃燒熱、反應(yīng)速度常數(shù)、活化能，化學(xué)平衡常數(shù)等。４.傳遞參數(shù)—如粘度、擴(kuò)散系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)等。15二、化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)獲取方法1、查手冊(cè)或文獻(xiàn)資料2、估算。3、用實(shí)驗(yàn)直接測(cè)定。16§３-3

物料衡算物料衡算是化工計(jì)算中最基本、也是最重要的內(nèi)容之一，它是能量衡算的基礎(chǔ)。物料衡算有兩種情況，一種是對(duì)已有的生產(chǎn)設(shè)備或裝置，利用實(shí)際測(cè)定的數(shù)據(jù)，算出另一些不能直接測(cè)定的物料量。用此計(jì)算結(jié)果，對(duì)生產(chǎn)情況進(jìn)行分析、作出判斷、提出改進(jìn)措施。另一種是設(shè)計(jì)一種新的設(shè)備或裝置，根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，先作物料衡算，求出進(jìn)出各設(shè)備的物料量，然后再作能量衡算，求出設(shè)備或過程的熱負(fù)荷，從而確定設(shè)備尺寸及整個(gè)工藝流程。理論依據(jù)：質(zhì)量守恒定律17一、物料衡算式1、化工過程的類型兩種分類方法：間歇操作、連續(xù)操作以及半連續(xù)操作穩(wěn)定狀態(tài)操作和不穩(wěn)定狀態(tài)操作18聞歇操作過程：原料在生產(chǎn)操作開始時(shí)一次加入，然后進(jìn)行反應(yīng)或其他操作，一直到操作完成后，物料一次排出，即為間歇操作過程。此過程的特點(diǎn)是在整個(gè)操作時(shí)間內(nèi)，無物料進(jìn)出設(shè)備，設(shè)備中各部分的組成、條件隨時(shí)間而不斷變化。連續(xù)操作過程：在整個(gè)操作期間，原料不斷穩(wěn)定地輸入生產(chǎn)設(shè)備，同時(shí)不斷從設(shè)備排出同樣數(shù)量（總量）的物料。設(shè)備的進(jìn)料和出料是連續(xù)流動(dòng)的，即為連續(xù)操作過程。在整個(gè)操作期間，設(shè)備內(nèi)各部分組成與條件不隨時(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。19穩(wěn)定狀態(tài)操作過程或稱穩(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）如果不隨時(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)操作過程或稱不穩(wěn)定過程：操作條件隨時(shí)間而不斷變化。202、物料衡算式首先確定衡算的體系物料衡算關(guān)系式：

注： １.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)。２.物料平衡指質(zhì)量平衡，不是體積或物質(zhì)的量平衡。

21如：22對(duì)于連續(xù)不穩(wěn)定過程，由于該過程內(nèi)物料量及組成等隨時(shí)間而變化，因此，物料衡算式須寫成以時(shí)間為自變量的微分方程，表示體系內(nèi)在某一瞬時(shí)的平衡。23二、物料衡算的基本方法1、畫物料流程簡(jiǎn)圖。2、計(jì)算基準(zhǔn)及其選擇。進(jìn)行物料、能量衡算時(shí)，必須選擇一個(gè)計(jì)算基準(zhǔn)。從原則上說選擇任何一種計(jì)算基準(zhǔn)，都能得到正確的解答。但是，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。對(duì)于不同化工過程，采用什么基準(zhǔn)適宜，需視具體情況而定，不能作硬性規(guī)定。24根據(jù)不同過程的特點(diǎn),選擇計(jì)算基準(zhǔn)時(shí),應(yīng)該注意以下幾點(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).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.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)。253.物料衡算步驟(1)搜集計(jì)算數(shù)據(jù)。(2)畫出物料流程簡(jiǎn)圖。(3)確定衡算體系。(4)寫出化學(xué)反應(yīng)方程式，包括主反應(yīng)和副反應(yīng)，標(biāo)出有用的分子量。(5)選擇合適的計(jì)算基準(zhǔn)，并在流程圖上注明所選的基準(zhǔn)值。(6)列出物料衡算式，然后用數(shù)學(xué)方法求解。(7)將計(jì)算結(jié)果列成輸入－輸出物料表(物料平衡表)。(8)校核計(jì)算結(jié)果26三、無化學(xué)反應(yīng)過程的物料衡算１.簡(jiǎn)單過程的物料衡算僅有一個(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。這種過程的物料衡算比較簡(jiǎn)單，在物料流程簡(jiǎn)圖中，設(shè)備邊界就是體系邊界。27例1：一種廢酸，組成為23％(質(zhì)量％)HNO3，57％H2SO4和20％H2O，加入93％的濃H2SO4及90％的濃HNO3，要求混合成27％HNO3及60％H2SO4的混合酸，計(jì)算所需廢酸及加入濃酸的數(shù)量。28解：設(shè)x——廢酸量，kg；y——濃H2SO4量，kg；z——濃HNO3量；1、畫物料流程簡(jiǎn)圖2、選擇基準(zhǔn)可以選廢酸或濃酸的量為基準(zhǔn)，也可以用混合酸的量為基準(zhǔn)，因?yàn)樗姆N酸的組成均已知，選任何一種作基準(zhǔn)計(jì)算都很方便。293、列物料衡算式該體系有3種組分，可以列出3個(gè)獨(dú)立方程，所以能求出3個(gè)未知量?；鶞?zhǔn)：100kg混合酸總物料衡算式x+y+z=100(1)H2SO4的衡算式0.57x+0.93y=100×0.6=60(2)HNO3的衡算式0.23x+0.90z=100×0.27=27(3)解(1)，(2)，(3)方程，得x=41.8kg廢酸y=39kg濃H2SO4z=19.2kg濃HNO3即由41.8kg廢酸、39kg濃H2SO4和19.2kg濃HNO3可以混合成100kg混合酸。根據(jù)水平衡，可以核對(duì)以上結(jié)果：加入的水量=41.8×0.2+39×0.07+19.2×0.10=13kg混合后的酸，含13％H2O，所以計(jì)算結(jié)果正確。以上物料衡算式，亦可以選總物料衡算式及H2SO4與HNO3二個(gè)衡算式或H2SO4、HNO3和H2O三個(gè)組分衡算式進(jìn)行計(jì)算，均可以求得上述結(jié)果。30２.有多個(gè)設(shè)備過程的物料衡算對(duì)有多個(gè)設(shè)備的過程，進(jìn)行物料衡算時(shí)，可以劃分多個(gè)衡算體系。此時(shí)，必須選擇恰當(dāng)?shù)暮馑泱w系，這是很重要的步驟。不然會(huì)使計(jì)算繁瑣，甚至無法求解。31例2：32四、有化學(xué)反應(yīng)過程的物料衡算１.反應(yīng)轉(zhuǎn)化率、選擇性及收率等概念（1）限制反應(yīng)物：化學(xué)反應(yīng)原料不按化學(xué)計(jì)量比配料時(shí)，其中以最小化學(xué)計(jì)量數(shù)存在的反應(yīng)物稱為限制反應(yīng)物。（2）過量反應(yīng)物：不按化學(xué)計(jì)量比配料的原料中，某種反應(yīng)物的量超過限制反應(yīng)物完全反應(yīng)所需的理論量，該反應(yīng)物稱為過量反應(yīng)物。33（3）過量百分?jǐn)?shù)：過量反應(yīng)物超過限制反應(yīng)物所需理論量的部分占所需理論量的百分?jǐn)?shù)。34（4）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)。應(yīng)用時(shí)必須指明某個(gè)反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率。若沒有指明時(shí)，則往往是指限制反應(yīng)物的轉(zhuǎn)化率。35（5）選擇性（以S表示）：反應(yīng)物反應(yīng)成目的產(chǎn)物所消耗的量占反應(yīng)物反應(yīng)掉的量的百分?jǐn)?shù)。若反應(yīng)物為A，生成的目的產(chǎn)物為D，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)。36（6）收率（以Y表示）：目的產(chǎn)物的量除以反應(yīng)物（通常指限制反應(yīng)物）輸入量，以百分?jǐn)?shù)表示。它可以用物質(zhì)的量（摩爾數(shù)）或質(zhì)量進(jìn)行計(jì)算。37轉(zhuǎn)化率、選擇性與收率三者之間的關(guān)系為Y=S·x38２.一般反應(yīng)過程的物料衡算（１）直接求解法有些化學(xué)反應(yīng)過程的物料衡算，有時(shí)只含一個(gè)未知量或組成，這類問題比較簡(jiǎn)單，通?？筛鶕?jù)化學(xué)反應(yīng)式直接求解，不必列出衡算式。39（２）元素衡算法元素衡算是物料衡算的一種重要形式。在作這類衡算時(shí)，并不需要考慮具體的化學(xué)反應(yīng)，而是按照元素種類被轉(zhuǎn)化及重新組合的概念表示為輸入(某種元素)＝輸出(同種元素)對(duì)反應(yīng)過程中化學(xué)反應(yīng)很復(fù)雜，無法用一、兩個(gè)反應(yīng)式表示的物料衡算題，可以列出元素衡算式，用代數(shù)法求解。40（３）用聯(lián)系組分作衡算“聯(lián)系組分”是指隨物料輸入體系，但完全不參加反應(yīng)，又隨物料從體系輸出的組分，在整個(gè)反應(yīng)過程中，它的數(shù)量不變。如果體系中存在聯(lián)系組分，那么輸入物料和輸出物料之間就可以根據(jù)聯(lián)系組分的含量進(jìn)行關(guān)聯(lián)。用聯(lián)系組分作衡算，尤其是對(duì)含未知量較多的物料衡算，可以使計(jì)算簡(jiǎn)化。41例如，F(xiàn)、P分別為輸入、輸出物料，T為聯(lián)系組分。T在F中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為xFT，在P中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為xPT，則F與P之間的關(guān)系為：FxFT＝PxPT

，即42選擇聯(lián)系組分時(shí)，如果體系中存在數(shù)種聯(lián)系組分，那么，此時(shí)就要選擇一個(gè)適宜的聯(lián)系組分，或聯(lián)合采用以減小誤差。但是，應(yīng)該注意，當(dāng)某個(gè)聯(lián)系組分?jǐn)?shù)量很小，而且此組分的分析相對(duì)誤差又較大時(shí)，則不宜選用。43（４）具有循環(huán)、排放即旁路過程的物料衡算這類過程的物料衡算與以上介紹的方法相類似，只是需要先根據(jù)已知的條件及所求的未知量選擇合適的衡算體系，列出物料衡算式再求解。如果存在聯(lián)系組分，則可以利用聯(lián)系組分計(jì)算。44有循環(huán)的過程，轉(zhuǎn)化率常分為單程轉(zhuǎn)化率與總轉(zhuǎn)化率：?jiǎn)纬剔D(zhuǎn)化率是以反應(yīng)器為體系，總轉(zhuǎn)化率是以整個(gè)過程為體系。45循環(huán)過程在穩(wěn)定狀態(tài)下操作時(shí)，物料的質(zhì)量既不積累也不消失，各流股的組分恒定。但是，如果原料中含有不反應(yīng)的雜質(zhì)或惰性物質(zhì)，經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間的循環(huán)會(huì)使其濃度逐漸增加，因此就必須把一部分循環(huán)物料不斷地排放掉，以維持進(jìn)料中雜質(zhì)的含量不再增大。4647通常對(duì)有循環(huán)過程的物料衡算，若已知總轉(zhuǎn)化率，可以先做總物料衡算；若已知單程轉(zhuǎn)化率，則可以先從反應(yīng)器衡算做起。48習(xí)題：有一個(gè)蒸餾塔，輸入和輸出物料量及組成如下圖。輸入物料中A組分的98.7％自塔頂蒸出。求每千克輸入物料可得到塔頂餾出物2的量及其組成。

49§3-4能量衡算一、能量衡算的基本概念1.能量的形式能量衡算也要用到守恒的概念。能量形式和表示的方法：動(dòng)能（Ek）

運(yùn)動(dòng)著的流體具有動(dòng)能；位能（EP）

物體自某一基準(zhǔn)面移高到一定距離，由于這種位移而具有的能量。靜壓能（Ez）流體由于一定的靜壓強(qiáng)而具有的能量。內(nèi)能（U）

內(nèi)能是指物體除了宏觀的動(dòng)能和位能外所具有的能量。502.幾個(gè)與能量衡算有關(guān)的重要物理量（1）熱量（Q）溫度不同的兩物體相接觸或靠近，熱量從熱（溫度高）的物體向冷（溫度低）的物體流動(dòng)，這種由于溫度差而引起交換的能量，稱為熱量。注：第一，熱量是一種能量的形式，是傳遞過程中的能量形式；第二，一定要有溫度差或溫度梯度，才會(huì)有熱量的傳遞。51（2）功（W）功是力與位移的乘積。在化工中常見的有體積功（體系體積變化時(shí)，由于反抗外力作用而與環(huán)境交換的功）、流動(dòng)功（物系在流動(dòng)過程中為推動(dòng)流體流動(dòng)所需的功）以及旋轉(zhuǎn)軸的機(jī)械功等。以環(huán)境向體系作功為正、反之為負(fù)。52功和熱量都是能量傳遞的兩種不同形式，它們不是物系的性質(zhì)，因此不能說體系內(nèi)或某物體有多少熱量或功。功和熱量的單位在SI制中為焦耳，除此以外，公制中的卡或千卡、英制中的英熱單位(Btu)還常有使用，應(yīng)注意它們之間的換算關(guān)系。1cal=4.187KJlBtu(英熱單位)＝252cal(卡)53（3）焓(H)H＝U＋PVH=H(T，P)恒壓熱容，CP

多數(shù)情況焓差：54（4）熱容熱容是一定量的物質(zhì)改變一定的溫度所需要的熱量，可以看作是溫度差?T和引起溫度變化的熱量Q之間的比例常數(shù)，即Q＝mC?T55二、能量衡算的基本方法及步驟根據(jù)能量守恒原理，能量衡算的基本方法可表示為：輸入的能量一輸出的能量＝積累的能量上式中各項(xiàng)指的都是“總能量”，因?yàn)榭偰芰恐心巢糠帜芰坎⒉豢偸鞘睾愕摹?61、總能量衡算連續(xù)穩(wěn)定流動(dòng)過程的總能量衡算 ?H+?Ek+?EP

＝Q+W間歇過程的總能量衡算 ?U+?Ek+?EP＝Q+W一般間歇操作，能量、位能差項(xiàng)等于零，即?Ek＝0，?EP＝0，所以上式又可簡(jiǎn)化為 ?U＝Q+W此式即為熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)式，此處W的符號(hào)以環(huán)境向體系作功為正。572、熱量衡算

熱量衡算式Q=?H=H1–H2Q=?U=U1–U2

(間歇過程)熱量衡算就是計(jì)算在指定的條件下進(jìn)出物料的焓差，從而確定過程傳遞的熱量。在實(shí)際計(jì)算時(shí)，由于進(jìn)出設(shè)備的物料不止一個(gè)，因此可改寫為：ΣQ=ΣH1–ΣH2

或

ΣQ=ΣU1–ΣU2

58熱量衡算的基本方法及步驟熱量衡算有兩種情況：一種是在設(shè)計(jì)時(shí)，根據(jù)給定的進(jìn)出物料量及已知溫度求另一股物料的未知物料量或溫度，常用于計(jì)算換熱設(shè)備的蒸汽用量或冷卻水用量。另一種是在原有的裝置上，對(duì)某個(gè)設(shè)備，利用實(shí)際測(cè)定（有時(shí)也要作一些相應(yīng)的計(jì)算）的數(shù)據(jù)，計(jì)算出另一些不能或很難直接測(cè)定的熱量或能量，由此對(duì)設(shè)備作出能量上的分析。如根據(jù)各股物料進(jìn)出口量及溫度，找出該設(shè)備的熱利用和熱損失情況。59熱量衡算也需要確定基準(zhǔn)，畫出流程圖，列出熱量衡算表等。基本步驟為：1)建立以單位時(shí)間為基準(zhǔn)的物料流程圖（或平衡表）也可以100mol或100kmol原料為基準(zhǔn)，但前者更常用。2）在物料流程框圖上標(biāo)明已知溫度、壓力、相態(tài)等條件，并查出或計(jì)算出每個(gè)物料組分的焓值，于圖上注明。3）選定計(jì)算基準(zhǔn)溫度，這是人為選定的計(jì)算基準(zhǔn)，即輸入體系的熱量和由體系輸出的熱量應(yīng)該有同一的比較基準(zhǔn)，可選0℃（273K）、25℃（298K）或其它溫度作為基準(zhǔn)溫度，由于手冊(cè)、文獻(xiàn)上查到的熱力學(xué)數(shù)據(jù)大多是298K時(shí)的數(shù)據(jù)，故選298K為基準(zhǔn)溫度，計(jì)算比較方便。計(jì)算時(shí)相態(tài)的確定也是很重要的。4）列出熱量衡算式，然后用數(shù)學(xué)方法求解未知值。5）當(dāng)生產(chǎn)過程及物料組成較復(fù)雜時(shí)，可以列出熱量衡算表。603、機(jī)械能衡算在反應(yīng)器、蒸餾塔、蒸發(fā)器、換熱器等化工設(shè)備中，功、動(dòng)能、位能的變化，較之傳熱量、內(nèi)能和焓的變化，是可以忽略的。因此作這些設(shè)備的能量衡算時(shí)，總能量衡算式可以簡(jiǎn)成Q=?U(封閉體系）或Q=?H(敞開體系）。但在另一類操作中，情況剛好相反，即傳熱量、內(nèi)能的變化與動(dòng)能變化、位能變化、功相比，卻是次要的了。這些操作大多是流體流入流出貯罐、貯槽、工藝設(shè)備、輸送設(shè)備、廢料排放設(shè)備,或在這些設(shè)備之間流動(dòng)。61連續(xù)穩(wěn)定流動(dòng)過程總能量衡算式：?H＋?u2/2＋g?Z＋?(PV)＝Q＋W不可壓縮流體流動(dòng)時(shí)的機(jī)械能衡算式：?P/ρ＋?u2/2＋g?Z＋F＝W62三、無化學(xué)反應(yīng)過程的能量衡算無化學(xué)反應(yīng)過程的能量衡算，一般應(yīng)用于計(jì)算指定條件下進(jìn)出過程物料的焓差，用來確定過程的熱量?？稍O(shè)計(jì)途徑計(jì)算焓差。63途徑中各個(gè)階段的類型(5種)：1）恒溫時(shí)壓力的變化；2）恒壓時(shí)溫度的變化；3）恒壓恒溫時(shí)相態(tài)的變化；4）兩個(gè)或兩個(gè)以上物質(zhì)在恒溫恒壓時(shí)的混合和分離；5）恒溫恒壓時(shí)的化學(xué)反應(yīng)過程。641、無相變的變溫變壓過程

652、相變過程的能量衡算在恒定的溫度和壓力下，單位質(zhì)量或摩爾的物質(zhì)發(fā)生相的變化時(shí)的焓變稱為相變熱。三種相變的相變熱：①汽化潛熱(?Hv）②熔化潛熱(?Hm)③升華潛熱(?Ht）66相變熱獲得方法：純物質(zhì)正常沸點(diǎn)（熔點(diǎn)）相變熱查手冊(cè)。設(shè)計(jì)途徑求算。用經(jīng)驗(yàn)方程計(jì)算相變熱。67熱量衡算的基準(zhǔn)：數(shù)量基準(zhǔn)、溫度基準(zhǔn)和相態(tài)基準(zhǔn)。數(shù)量基準(zhǔn)是指選那個(gè)量作基準(zhǔn)來衡算熱量。對(duì)于連續(xù)操作一般以單位時(shí)間進(jìn)料量（即進(jìn)料速率）為基準(zhǔn)，而溫度和相態(tài)基準(zhǔn)的確定才能從有關(guān)手冊(cè)中查得相關(guān)的熱力學(xué)數(shù)據(jù)以便用于衡算。68

例

在一熱交換器中用壓強(qiáng)為136kpa的飽和蒸汽加熱298k的空氣，空氣流量為1kg/s，蒸汽的流量為0.01kg/s，冷凝水在飽和溫度381K下排出。若取空氣的平均比熱為1.005kJ/kg·k，試計(jì)算空氣出口溫度（熱損失忽略不計(jì)）。69解：過程如圖示：

數(shù)量基準(zhǔn)每秒鐘蒸汽、空氣的流量溫度基準(zhǔn)取進(jìn)口空氣溫度298K，因而其焓為零，即H冷空氣=0相態(tài)基準(zhǔn)壓強(qiáng)為136kpa的飽和蒸汽，查得其焓H蒸汽.281K=2690KJ/kg，同時(shí)查得H冷凝水281K=452.9KJ/kg

衡算范圍封閉虛線所示范圍對(duì)此連續(xù)穩(wěn)定過程ΣQ入=ΣQ出

其中：

ΣQ入=ΣQ蒸汽+ΣQ冷空氣=0.001×H蒸汽+1×H冷空氣

ΣQ出=ΣQ熱空氣+ΣQ冷凝水=1×1.005（T-298）+0.001×H冷空氣

T：熱空氣溫度

將數(shù)據(jù)代入解得T=320.3K

70四、化學(xué)反應(yīng)過程的能量衡算化學(xué)反應(yīng)過程通常都伴隨較大的熱效應(yīng)——吸收熱量或放出熱量。象鄰二甲苯氧化制苯二甲酐、乙烯氧化制氧化乙烯這些主