aiai化工设计基础第二章物料衡算和能量衡算02.pptVIP

第二章 物料衡算和能量衡算 导言 计算前的准备工作 2.1 物料衡算 2.2 能量衡算  一、能量的形式和概念 1、动能（K） 表示物体作相对于环境运动所具有的能量。 2、势能（Z） 表示物体在重力场中受重力作用而具有的能量。 3、内能（U） 表示物体内分子、原子能量的宏观尺度。 4、热（Q） 物体与环境之间由于温差而引起传递的能量。 5、功（W） 物体与环境之间由于矢量位移而引起传递的能量。 2.2 能量衡算 1. 能量衡算的目的 4.热量衡算有两种情况 1）无化学反应过程的能量衡算； 2）化学反应过程的能量衡算。 5.进行热量衡算注意事项 (1)热量衡算时要先根据物料的变化和走向，认真分析热量间的关系，然后根据热量守衡定律列出热量关系式 (2)要弄清楚过程中出现的热量形式，以便搜集有关的物性数据。 6.热量衡算举例 不得不告别手算时代 大作业进展如何 现在就做～～～ zhumingqiao@zju.edu.cn 第二章 物料衡算和能量衡算 导言 二、MB、HB、EB三者之间的关系 1、MB与HB之间的关系 MB有可能能单独（不依赖HB而独立）求解； HB一般不能单独求解；（间壁式换热器除外） 当MB不能独立求解时，它就必须与HB联合起来，求解CB。 2、EB与HB之间的关系 流程压力水平不高，而且压力变化也不大，系统能量只考虑其热焓，而忽略其动能、势能等机械能，在这种情况下： EB?HB 物料衡算（Material Balance）,简称“MB”；热量衡算（Heat Balance）,简称“HB” 能量衡算（Energy Balance）,简称“EB”； 物料衡算与能量衡算的联立计算（Combined Balance）,简称“CB” 3、在HB计算中，压力对焓值的影响 热焓是状态函数，严格而言，它同时与温度和压力有关。但温度对焓值的影响更加显著。在压力水平不高且压力变化不大的化工流程中，一般认为焓值只是温度的函数，以简化计算。 以物料衡算为基础，能量衡算的步骤与物料衡算相同。 解决问题： 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。 2.能量衡算的基本方程式 根据热力学第一定律，能量衡算方程可写为： Q+W=E =Ek+Ep+?U 其中W = Wt +Ws， Wt为流动功，Ws为轴功； （1） 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，则： ?U = Q + W 若体系与环境没有功的交换，即W = 0，则： Q =?U （2）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： 3 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)、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。 1）无化学反应过程的能量衡算 2、相变过程的能量衡算 汽化和冷凝、熔化和凝固、升华和凝华等相变过程往往伴有显著的内能和焓的变化，常成为过程热量的主体，不容忽视。 在恒定的温度和压力下，单位质量或摩尔的物质发生相的变化时的焓变称为相变热。三种相变的相变热： ①汽化潜热(?Hv） ②熔化潜热(?Hm) ③升华潜热(?Ht） 例如100℃、latm时液体水转变成水汽的焓变?H等于40.6kJ/mol，称为在该温度和压力下水的汽化潜热。 1、无相变的变温变压过程 主要讨论反应热的计算方法 1、反应热及其表示 恒压反应热 Qp＝?Hr 恒容反应热 Qv＝?Ur(T) 2、反应热的计算 反应热可以用实验方法测定，也可用已有的实验数据进行计算。 根据盖斯（Hess)定律，化学反应热只决定于物质的初态和终态，与过程的途径无关，反应热可用简单的热量加和法求取。 （1）由标准生成热?Hfo计算标准反应热?Hro ?Hro＝Σ生成热μi(?Hfo)i－Σ反应热μi(?Hfo)i （2）由标准燃烧热?Hco