物料衡算与能量衡算.ppt

第87页，共136页，编辑于2022年，星期一 热量衡算的基本关系式 5.2.2 热量的计算方法 根根据能量守恒原理，能量衡算的基本方法可表示为： 输入的能量 一 输出的能量 ＝ 积累的能量 总能量衡算 连续流动过程的总能量衡算（热力学第一定律） Q + W＝ ?H +?Ek + ?EP 或Q + W= ?H +g?z+ ? u2/2 第88页，共136页，编辑于2022年，星期一 动能（Ek） 运动着的流体具有动能； 位能（EP） 物体自某一基准面移高到一定距离，由 于这种位移而具有的能量。 静压能（Ez）流体由于一定的静压强而具有的能量。 内能（U） 内能是指物体除了宏观的动能和位能外所具有的能量。 焓(H) H＝U＋PV 对于纯物质，焓可表示成温度和压力的函数：H=H(T，P) ΔH-单位质量流体的焓变。 第89页，共136页，编辑于2022年，星期一 在进行设备热量衡算时，位能变化，动能变化，外功变化都相对较小，可忽略不计，简化Q= ? H ? H=Hin-Hout 热量衡算就是计算在指定的条件下进出物料的总焓变，从而确定过程传递的热量。在实际计算时，由于进出设备的物料不止一个，因此可改写为： ΣQ =ΣH1 –ΣH2 第90页，共136页，编辑于2022年，星期一 另外在热量衡算中，如果无轴功条件下（其它能量变化忽略不计），进入系统加热量与离开系统的热量应平衡，即在实际应用中对传热设备的热量衡算也可表示为： ∑Q进 ＝∑Q出 Q1 + Q2 + Q3 ＝ Q4 + Q5 + Q6 + Q7 式中：Q1 －所处理的物料带到设备中去的热量； Q2 －过程放出的热量； 第91页，共136页，编辑于2022年，星期一 Q3 －由加热剂传给设备的热量； Q4 －物料由设备中带出的热量； Q5 －冷却剂带出的热量； Q6 －过程吸收的热量； Q7 －设备向四周散失的热量。 第92页，共136页，编辑于2022年，星期一 5.2.2 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T1变化到T2时，过程显热在化工计算中常用恒压热容Cp，由于比热容是温度的函数，常用幂次方程式表示，因此其计算式可表示为： Q ＝n 式中：n－物料量（mol）； 　　　Cp－物料比热容（kJ/ mol·℃）,Cp =a + bT + cT2 + dT3 + eT4 T－温度（℃）或(k)， 第93页，共136页，编辑于2022年，星期一 也可以用下式表示： Q ＝n Cpm（ T2- T1） Cpm －物料平均定压比热容（kJ/ mol·℃） （2）计算过程的焓变 Q = △H 可设计途径计算焓差（ △H只与始态和终态有关，与过程无关） 第94页，共136页，编辑于2022年，星期一 5.2.3 热量衡算的基准 热量衡算的基准：数量基准、温度基准和相态基准。 数量基准是指选那个量作基准来衡算热量。对于连续操作一般以单位时间进料量（即进料速率）为基准1Kmol/h、1Kg/h。 温度相态的基准(任意规定），温度（298K）和相态基准的确定才能从有关手册中查得相关的热力学数据以便用于衡算。同一物料，进出口的基准态必须相同。 第95页，共136页，编辑于2022年，星期一 5.3 热量衡算中使用的基本数据 (1 )热力学物性数据—如内能、焓、熵、热容、相变热、自由能、自由焓等。 (2) 化学反应和热化学数据—如反应热、生成热、燃烧热等。 通常这些数据可用下列方法得到： 1、查手册或文献资料。 2、计算。可以应用物理和化学的一些基本定律计算各种物质的性质参数。 3、用实验直接测定。举例见教材 第96页，共136页，编辑于2022年，星期一 5.3.1 第97页，共136页，编辑于2022年，星期一 第98页，共136页，编辑于2022年，星期一 5.3.3 第99页，共136页，编辑于2022年，星期一 第100页，共136页，编辑于2022年，星期一 第101页，共136页，编辑于2022年，星期一 5.3.4 第102页，共136页，编辑于2022年，星期一 第103页，共136页，编辑于2022年，星期一 5.4 一些物质的热力学性质图 焓温图(H-T) 温熵图(T-S) 蒸汽的焓熵图(H-S) 溶液焓浓图 压焓图(P-H) 第104页，共136页，编辑于2022年，星期一 5.5 物理过程的热量衡算5.5.