第六章_能量衡算
化工生产过程物料衡算能量衡算介绍课件
化工生产过程的特点
01 连续性：化工生产过程通常为连续生产，以保证生产效 率和产品质量。
02 复杂性：化工生产过程涉及多种化学反应和物理变化， 过程复杂，需要精确控制。
03 安全性：化工生产过程涉及易燃、易爆、有毒等危险物质， 需要严格控制生产条件和操作流程，确保生产安全。
04 环保性：化工生产过程会产生废气、废水、废渣等污染物， 需要采取有效措施进行环保处理，降低对环境的影响。
物料衡算能量衡算在化工生产过程中的作用
物料衡算：计算物料的投入和产出，确保生产过程的物料平衡，提高生产效 率。
能量衡算：计算生产过程中的能量消耗和产出，优化生产工艺，降低能耗， 提高能源利用率。
物料衡算能量衡算相结合：综合考虑物料和能量的平衡，优化生产工艺，降 低生产成本，提高生产效益。
物料衡算能量衡算在化工生产过程中的应用：广泛应用于化工生产过程的设 计、优化和改进，提高生产过程的安全性、环保性和经济性。
物料衡算在质量管理中的应用：物料衡算可以帮助分析产品 质量情况，从而制定质量控制措施和优化质量管理。
能量衡算的概念
能量衡算是化工生产过程中对能量 进行计算和分析的方法
能量衡算的目的是为了优化生产过 程，提高能源利用效率
能量衡算主要包括热能、机械能、 电能等能量的计算和分析
能量衡算可以帮助企业降低生产成 本，减少能源消耗，提高生产效率
视觉效果：运用色彩、图片、动画等元素，提高课 件的视觉效果和吸引力
互动设计：设置提问、讨论、练习等互动环节，提 高学员的参与度和学习效果
课件制作工具：选择合适的课件制作工具，如 PowerPoint、Keynote等，提高制作效率和质量
能量衡算的应用
优化生产工艺：通过能量衡 算，可以优化生产工艺，提 高生产效率
能量衡算
能量衡算4.1热量衡算的目的热量衡算主要是为了确定设备的热负荷，根据设备热负荷的大小、所处理物料的性质及工艺确定设备的主要工艺尺寸。
4.2热量衡算依据热量衡算的主要依据是能量守恒定律，以车间物料衡算的结果为基础而进行的，所以，车间物料衡算表是进行车间热量衡算的首要条件。
4.3液化加热蒸汽量4.3.1加热蒸汽消耗量D可按下式计算:D＝GC(t2－t1)/(I－λ﹚式中：G——淀粉浆量(kg/h)C——淀粉浆比热容[kJ/(kg·K)]t1——浆料初温(10+273=293K)t2——液化温度(90+273=363K)I——加热蒸汽焓2738kJ/kg(0.3Mpa ，表压)λ——加热蒸汽凝结水的焓，在363K时为377kJ/kg4.3.2淀粉浆量G根据物料衡算,日投工业淀粉1543.84Kg，由于为连续化液化，1543.84/24=64.3(Kg/h) 。
加水量为1：2.5，粉浆量为G= 64.3× 3.5=225.14（kg/h）4.3.3 粉浆干物质浓度64.3× 86% × 100%÷225.14=24.6%4.3.4粉浆干物质C可按下式计算：C=C o*X+C水*(100-X)式中：C o——淀粉质比热容,取1.55kJ/(kg·K)X——粉浆干物质含量,24.6%C水——水的比热容4.18KJ/(kg·K)C=1.55×24.6/100＋4.18×(100-24.6)/100=3.53[kJ/kg·K]4.3.5蒸汽用量D=64.3×3.53×(363-283)/(2738-377)=7.68(kg/h)灭菌是将液化液由90℃加热至100℃，在100℃时的λ为419kJ/kg ，则灭菌所用蒸汽量：D灭=64.3×3.53×(100-90)/(2738-419)=9.8（kg/h )。
化工计算能量衡算
化工计算能量衡算能量衡算在化工工程中起着重要的作用，它是对化工过程中能量的流动和转化进行定量分析的方法。
通过能量衡算，可以评估化工过程的能源效率、分析能量损失和寻找节能措施，从而降低能耗和减少环境污染。
能量衡算的基本原理是能量守恒定律和热力学第一定律。
能量守恒定律表明在一个封闭的系统中，能量的总量不变，只能从一种形式转化为另一种形式。
热力学第一定律则描述了能量的转化过程中，能量的转化量等于外界对系统做功与系统从外界吸收的热量之和。
在化工过程中，能量衡算可以分为热平衡和物质平衡两个方面。
热平衡主要关注能量的转化和传递过程，物质平衡则主要关注物质的进出和转化过程。
热平衡是能量衡算的重要部分，它涉及到反应器、换热器、蒸馏塔等设备的能量平衡。
对于反应器而言，通过测量进出口温度、压力以及反应热等参数，可以计算出反应过程中的能量变化。
对于换热器而言，通过测量进出口温度、流体流量以及传热系数等参数，可以计算出传热过程中的能量变化。
对于蒸馏塔而言，通过测量进出口温度、压力以及回流比等参数，可以计算出蒸馏过程中的能量变化。
通过对这些设备进行能量平衡计算，可以评估它们的能量效率，找出能量损失的原因，并采取相应措施进行改善。
物质平衡是能量衡算的另一个重要部分，它涉及到化工过程中物质的进出和转化过程。
通过对物质的进出口流量、浓度以及反应速率等参数进行测量，可以计算出物质的转化率和反应速率，进而计算出化工过程中所需的能量。
物质平衡计算还可以用于确定化工过程的最优操作条件，从而达到节能的目的。
除了这些基本原理和方法，能量衡算还可以通过建立模型和使用计算软件进行复杂的能量计算。
化工过程中的能量转化往往非常复杂，涉及到多个反应过程、多个换热器以及各种流体流动过程。
通过对这些过程进行建模，并使用计算软件进行模拟和优化，可以更加准确和高效地进行能量衡算。
总之，能量衡算是化工工程中的重要环节，它可以评估能源效率、分析能量损失和寻找节能措施。
化工生产过程物料衡算和能量衡算
化工生产过程物料衡算和能量衡算一、物料衡算物料衡算主要是对物料在生产过程中的流动进行定量分析和计算。
它包括物料的进出口流量、过程中的转化和损失等方面。
物料衡算的目的是确定物料的流动情况，以控制和优化生产过程。
物料衡算通常涉及以下几个方面：1.原料的输入和产物的输出：从化工生产过程的角度来看，物料衡算的第一步是确定原料的输入和产物的输出。
这可以通过物料的质量或体积以及流量来衡量。
2.过程中的转化：化工生产过程中，原料经过一系列的化学反应、物理过程和分离步骤，转化成所需的产物。
物料衡算需要确定过程中每个反应、过程或分离步骤涉及的物料流量和转化率，以及产物的纯度和收率。
3.丢失与损耗：化工生产过程中常常存在物料的丢失和损耗，如挥发、固体颗粒的落地损失等。
物料衡算需要考虑这些损耗，并尽量减少它们的发生。
物料衡算的重要性在于通过对物料流动的定量分析，可以帮助工程师了解和控制生产过程中的物料转化、损耗和产物生成情况，从而优化生产过程。
二、能量衡算能量衡算是对化工生产过程中能量转换的定量分析和计算。
它涉及到能源的输入与输出以及能量的转化。
能量衡算可用于改善能源效率，减少能源消耗和废弃物的排放。
能量衡算主要包括以下几个方面：1.能源输入：能源是化工生产过程中的重要驱动力之一，常见的能源包括电能、燃料、蒸汽等。
能量衡算需要确定能源的类型、质量或热值、消耗量和运用效率。
2.能量转化：化工生产过程中会发生能量的转化，如化学反应产生的热能、电能转化为机械能等。
能量衡算需要考虑这些能量转化过程，并计算能量的转化率和损耗。
3.能源的输出：化工生产过程中也会有能源的输出，如废热、废气、废水等。
能量衡算需要确定这些能源输出的类型、质量或热值、排放量以及处理方式。
能量衡算的目的是优化能源的利用，提高能源效率，减少能源消耗和环境污染。
通过定量分析和计算能量流动，能量衡算可以帮助工程师了解和控制能源输入与输出，寻找能源转化和能耗的瓶颈，提出改进方案，提高生产过程的能量利用率。
化工设计第六章—物料衡算与能量衡算
能量衡算可以解决的问题
(1)确定物料输送机械和其它操作机械所需要的功率； (2)确定各单元操作过程所需热量或冷量，及其传递速率；
计算换热设备的工艺尺寸；确定加热剂或冷却剂的消耗量， 为其他专业如供汽、供冷、供水专业提供设条件； (3)化学反应常伴有热效应，导致体系的温度上升或下降， 为此需确定为保持一定反应温度所需的移出或加入的热传 递速率； (4)为充分利用余热，必须采取有效措施，使过程的总能耗 降低到最低程度。为提高能量利用率，降低能耗提供重要 依据。 (5)最终确定总需求能量和能量的费用。
进行热量衡算注意事项
(3)计算结果是否正确适用，关键在于数 据的正确性和可靠性。
(4)间歇操作设备，传热量Q随时间而变 化，因此要用不均衡系数将设备的 热负荷由千焦／台换算为千焦／小 时。
(5)选定设备的换热面积要大于理论计算。
热量衡算举例
例1 某化工厂计划利用废气的废热，进入废热锅 炉的废气温度为450℃，出口废气的温度为 260℃，进入锅炉的水温为25℃，产生的饱和水 蒸气温度为233.7℃，3.0MPa，(绝压)，废气的 平均热容为32.5 kJ／(kmol·℃)，试计算每100 kmol的废气可产生的水蒸汽量?
系统中的积累=输入-输出+生成-消耗
注：生成或消耗是因化学反应生成或消耗的量；积累 项可正可负。
积累项=0，稳态过程，输入=输出-生成+消耗 无化学反应，输入=输出
物料衡算的分类
1、按操作方式 分为间歇操作、连续操作两类物料衡算；
2、按状态 将其分为稳定状态操作和不稳定状态操作两类 衡算。
3、按衡算范围 分为单元操作过程(或单个设备)和全流程的两 类物料衡算；
F4 = 200kg
物料衡算计算举例
化工计算能量衡算
化工计算能量衡算引言化工过程中，能量的衡算是一个重要的步骤。
能量衡算可以帮助工程师了解化工过程中的能量转化和能量损失情况，从而优化工艺和提高能源利用效率。
本文将介绍化工计算能量衡算的基本原理和方法，并以实际案例进行说明。
一、能量的基本概念在进行能量的衡算之前，我们需要先了解能量的基本概念和单位。
能量是物体或系统所具有的做功能力，它是物质存在的一种属性。
能量的单位通常用焦耳（J）表示。
以下是一些常见的能量单位：•千焦（kJ）= 10^3 J•兆焦（MJ）= 10^6 J•吉焦（GJ）= 10^9 J此外，化学工程中经常使用的能量单位还有千卡（kcal）和英尺磅（ft-lbf）等。
二、能量转化和传递能量在化工过程中会发生转化和传递。
常见的能量转化包括热能转化为机械能、化学能转化为热能等。
能量传递则是指能量从一个物体传递到另一个物体。
能量转化和传递的过程可以通过能量平衡方程表示。
能量平衡方程的一般形式为：$$E_{in} - E_{out} = \\Delta E_{sys}$$其中，E in表示系统收入的能量，E out表示系统输出的能量，$\\Delta E_{sys}$表示系统内能的变化。
能量平衡方程是能量衡算的基础，通过对各个能量项进行计算和衡量，可以得到系统能量的全面情况。
三、能量衡算的方法能量衡算的方法包括物料平衡法、焓平衡法和热力学计算法等。
下面分别介绍这些方法的主要原理和应用。
3.1 物料平衡法物料平衡法是一种根据物料的进出量来计算能量收支的方法。
它基于质量守恒定律，假设在化工过程中物料是不可压缩和不可消失的。
使用物料平衡法进行能量衡算的一般步骤如下：1.确定系统边界，包括进出口和反应器等；2.收集进出口的物料信息，包括物料的质量、温度、压力等；3.列出物料平衡方程，根据质量守恒定律得到进出口物质量的关系；4.根据进出口物料的属性，计算出相应的能量。
物料平衡法可以应用于各种化工过程，包括反应器、蒸馏塔、萃取塔等。
能量衡算方程式
能量衡算方程式在图1-9所示的定态流动系统中，流体从截面1-1′流入，经粗细不同的管道，从截面2-2′流出。
管路上装有对流体作功的泵2及向流体输入或从流体取出热量的换热器1。
衡算范围：内壁面、1-1′与2-2′截面间。
衡算基准：1kg流体。
基准水平面：o-o′设u1、u2分别为流体在截面1-1′与2-2′处的流速，m/s；p1、p2分别为流体在截面1-1′与2-2′处的压强，Pa。
1kg流体进、出系统时输入和输出的能量有下面各项：（1）内能物质内部能量的总和称为内能。
1kg流体输入与输出的内能分别以U1和U2表示，其单位为J/kg。
（2）位能流体因受重力的作用，在不同的高度处具有不同的位能，相当于质量为m的流体自基准水平面升举到某高度Z所作功，即：位能=mgZ位能的单位是N·m或者J。
1kg流体输入与输出的位能分别为gZ1与gZ2，其单位为J/kg。
位能是个相对值，随所选的基准水平面位置而定，在基准水平面以上的位能为正值，以下的为负值。
（3）动能流体以一定的速度运动时，便具有一定的动能．质量为m，流速为u的流体所具有的动能为：动能=mu2/2 动能的单位是N·m或J1kg流体输入与输出的动能分别为u12/2与u22/2，其单位为J/kg。
（4）静压能(压强能) 静止流体内部任一处都有一定的静压强。
流动着的流体内部任何位置也都有一定的静压强。
如果在内部有液体流动的管壁上开孔，并与一根垂直的玻璃管相接，液体便会在玻璃管内上升，上升的液柱高度便是运动着流体在该截面处的静压强的表现。
对于图1-9所示的流动系统，流体通过截面1-1′时，由于该截面处流体具有一定的压力，这就需要对流体作相应的功，以克服这个压力，才能把流体推进系统里去。
于是通过截面1-1′，的流体必定要带着与所需的功相当的能量进入系统，流体所具有的这种能量称为静压能或流动功。
设质量为m、体积为Vl的流体通过截面1-1′，把该流体推进此截面所需的作用力为p1A1，而流体通过此截面所走的距离为V1/A1，则流体带入系统的静压能为：对1kg流体，则：同理，1kg流体离开系统时输出的静压能为p2v2，其单位为J/kg。
能量衡算
3.4烷基化反应工段
3.4.1反应器HECHENG1
物料 温度/℃ 压力/bar 气相分率 反应器HECHENG1能量衡算表 MIX5 460.0 1.000 1.000 PRO1 460.0 1.000 1.000
摩尔流量 /(kmol/h) 质量流量/(kg/h) 体积流量/(m3/h) 焓 值/(Gcal/h) ΣHin/(Gcal/h) ΣHout/(Gcal/h) Q/(Gcal/h) W/(Gcal/h) ΔE/(Gcal/h)
3.4.3甲醇分流器FENLIU1
物料 温度/℃ 压力/bar 气相分率 摩尔流量/(kmol/h) 质量流量/(kg/h) 体积流量/(m3/h) 焓值/(Gcal/h) ΣHin/(Gcal/h) ΣHout/(Gcal/h) Q/(Gcal/h) W/(Gcal/h) 甲醇分流器FENLIU1能量衡算表 JIACHUN1 JIACHUN2 JIACHUN4 300.0 300.0 300.0 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 620.OOO 319.982 300.018 19866.1392 10252.9144 9613.22476 29545.2211 15248.2886 14296.9325 -27.532795 -14.209676 -13.32312 -27.532795 （JIACHUN2+ JIACHUN4）=-27.532796 -0.000001 0
能量衡算
1.概述
在化工生产过程中，物料在不同单元间发生质量传递的同时，也伴随着能量 的消耗、释放和转化。其中能量变化可以通过能量衡算确定。能量衡算是以热力 学第一定律为依据， 对生产过程或设备的能量平衡进行定量的计算，计算过程中 要供给或移走的能量。能量是热能、电能、化学能、动能、辐射能的总称。化工 生产中最常用的能量形式为热能，故化工设计中经常把能量计算称为热量计算。 （1）确定传热设备的热负荷：为设计传热型设备如反应器、结晶器、塔式 设备、输送设备、压缩系统、分离等设备的形式、尺寸、传热面积等，以及各种 控制仪表等提供参数； （2）确定单位产品的能耗指标； （3）为非工艺专业（热工、电、给水、冷暖）的设计提供设计条件等
能量衡算化工原理课件
能量：运动着的流体涉及的能量形式有 内能、 动能、 位能 取决于 温度， U，J/kg 热
热量速率 Q，
吸热时为正， 放热时为负。
功
静压能 = p /ρ
v2/2
J/kg
gz
J/kg
有效轴功率 Ws 功率 表面力所作功率
W
v2 P E U gz 总能量： 2
J/kg
外界对流体作功时为正， 流体对外界作功时为负。
2
2
气体
3-3 面与 4-4 面间
gz 3
p3
gz 4
5m
洗涤塔
p3
11.77J / kg
3
p2 p3 20 10 8.23J / kg
泵ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
气体 3 1m 1 4 废水池 4 0.2m 3
p2 90.49J / kg w s 82.26
Q 换热器 2
2
z2 1 z1 1 泵 Ws
3
对实际流体：黏度不为0，上式修正为：
Wf 称为摩擦损失，永远为 正，单位 J/kg
2 2 u1 p1 u2 p2 gz1 w s gz 2 wf 2 2
每一项单位均为 J/kg
总机械能 Et
2 2 u1 p1 u2 p2 或写成 z 1 he z 2 hf 2 g g 2 g g
4 2 2 2 2 4 1m
p 2 ( 表)
2 u2 2 p 2 (表) g 1 Et 2 9.81 14.13 23.94 19.62J / kg
p 2 ( 表)
3
3
Et2>Et3 小管中的水自上而下流动
能量衡算
能量衡算----读书笔记能量衡算能量消耗费用是复合材料制品的主要成本之一，合理利用能量可以降低成本。
因此，在复合材料的工艺设计中，能量衡算是十分重要的基本设计项目。
能量衡算的目的在于定量地表示出工艺过程各部分的能量变化，确定需要加入或可供利用的能量，确定过程及设备的工艺条件和热负荷。
能量衡算主要包括热能、动能、电能和化学能等。
在复合材料的生产中，一般无轴功存在或轴功相对来讲影响较小，可忽略不计。
热量是一种最主要的能量形式，能量衡算实际上是热量衡算，因此，在本节中主要讨论热量衡算。
热量衡算和系统热量衡算。
生产过程中所产生的化学反应热效应及物理状态变化热效应会使物料温度上升或下降，为了保证生产过程在一定温度条件下进行，则需环境对生产系统有热量的加入或放出，这便是热量衡算的目的。
对新车间设计，热量衡算是在物料衡算的基础上进行的。
通过热量衡算，可确定传热设备的热负荷，即在规定的时间中加入或移出的热量，从而确定传热剂的消耗量，选择合适的传热方式，计算传热面积。
热量衡算和物料衡算相结合，通过工艺计算，可确定设备工艺尺寸，如设备的台数、容积、传热面积等。
对已投产的生产车间或设备装置进行热量衡算，对合理利用热量、提高传热设备的热效率、回收余热、最大限度地降低产品的能耗有其重要意义。
能量衡算的主要任务如下：①确定各单元过程所需热量或冷量及传热速率，为其他工程，如供汽、给水等提供设计依据；②化学反应常伴有热效应，导致体系的温度变化，需确定为保持一定的反应温度所需的放热速率和传热速率；③通过能量衡算，分析工程设计和操作中热量利用是否经济合理，以提高热量利用水平；④确定泵、压缩机等输送机械和搅拌、过滤等操作机械所需功率。
在复合材料的工艺计算中，根据能量守恒原理：能量积累率=能量进入率一能量流出率+反应热生成率一反应热消耗率当过程没有化学反应时：能量积累率=能量进入率一能量流出率当过程没有化学反应，并处于稳态时：能量进入率=能量流出率复合材料生产一般在规定的压力、温度和时间等工艺条件下进行。
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热容
Q=mCΔT dQ=mC(T)dT
Q m C (T ) dt
Ti Tf
Q Cp T P Q Cv T V
恒压过程
Q m C p (T )dt
Ti
Tf
恒容过程
第二种基准:已组成反应物及产物的元素，在25℃， 1atm时的焓为零，非反应分子以任意适当的温度为 基准。
H 输出 ni H i 输入 ni H i
氨氧化反应器的能量衡算
氨氧化反应式为： 4NH3(g)+5O2(g) 4NO(g)+6H2O(g) 此反应在25 ℃ 、1atm的反应热为ΔHr0＝ -904.6kJ。现右25℃的100molNH3/h和 200mol02/h连续进入反应器，氨在反应器 内全部反应，产物于300 ℃呈气态离开反应 器。如操作压力为1atm，计算反应器应输 入或输出的热量。
(2)能量衡算 基准：苯(液)10℃，甲苯(液)10℃ 忽略混合热，总焓等于各组分焓的和。 查得：
CP(苯，液)＝62.55十23.4×10-2T kJ／kmol· K CP(甲苯，液)＝157kJ／kmol· ℃(0—50℃) ＝165kJ／kmol· ℃(0—100℃)
CP(苯，汽)=-36.21+48.46×10-2T-31.56×10-5 T2kJ/kmol· K CP(甲苯，汽)=-34.40+55.92×10-2T-34.45×10-5 T2kJ/kmol· K ΔHv(苯)＝30760kJ/kmol ΔHv(甲苯)＝33470kJ/kmol a. 苯(液) 50℃
流程图
V kmol, 50℃, 34.8mmHg 0.648kmol苯/kmol 0.316kmol甲苯/kmol
1kmol, 10℃ 0.5kmol苯/kmol 0.5kmol甲苯/kmol
Q (kJ/mol)
L kmol, 50℃ 0.4 kmol苯/kmol 0.6 kmol甲苯/kmol
(1)物料衡算(基准：1kmol进料混合物) 1=V+L 0.5=0.684V+0.4L 求得：V=0.352kmol L=0.648kmol
H 反应物 i (H ) 生成物 i (H )
0 r 0 c i
0 c i
连续稳定体系的总能量衡算
每小时500千克蒸汽驱动涡轮。进涡轮的蒸 汽为44atm、450℃，线速度为60m／s，蒸汽 离开涡轮的部位在涡轮进口位置以下5m，常 压，速度为360m／s。涡轮作轴功700kW， 祸轮的热损失佑计为104kcal／h，计算过程 焓的变化(kJ／kg)。
1mol
CH3OH(汽) 450℃
1mol
CH3OH(汽)
T=？℃
基准：1mol CH3OH, 0.2mol H2O 条件： H2O(液)0℃， CH3OH(汽) 450℃ 查热容和焓值： Cp,甲醇=19.05+9.15×10-2T kJ/mol· K (H水)20℃=83.74kJ/kg=1507kJ/mol (H水汽) 4.5atm=2747.8kJ/kg=49460kJ/mol
一般情况 ΔEK=ΔEP ≈0
绝热过程(Q=0) ΔH=W
无做功过程(W=0)
ΔH=Q 无功、无热量传递过程(Q=0, W=0) ΔH=0 间歇过程 Δ(PV)=0 ΔU=Q+W
能量衡算的基本步骤
1. 建立以单位时间为基准的物料流程图(衡算 表) 2. 标明物流的温度、压力、相态、组分的焓值 3. 选基准温度(0℃或25 ℃) 4. 根据热量的基本衡算式列热量衡算式并求解 5. 列热量衡算表
H a CP (苯，液)dT 5338kJ/ mol
283
323
b. 甲苯(液) 50℃
H b CP (甲苯，液)dT 6280kJ/ mol
283
323
c. 苯(汽) 50℃ 苯(液, 10℃ ) 苯(液, 80.26℃ ) 苯(汽, 80.26℃ ) 苯(汽, 50℃ )
相变过程的能量衡算
相变热
汽化潜热(ΔHv) 熔化潜热(ΔHm) 升华潜热(ΔHs) 相变热随相变温度的变化而变化，但变化很微小， 可以近似看作常数。
相变热的估算方法
Trouton法则(汽化热，沸点法，误差30%)
ΔHv=bTb kJ/mol （b=0.088(非极性液体)，0.109(水、低碳醇)） Chen方程(汽化热，烃类、弱极性化合物，4%)
H c C P (苯，液)dT H v (苯) C P (苯，汽)dT
283 353
353
323
37600kJ / mol
d. 甲苯(汽) 50℃ 甲苯(液, 10℃) 甲苯(液, 110.8℃) 甲苯(汽, 110.8℃) 甲苯(汽, 50℃ )
H d CP (甲苯，液)(110.8 - 10) H v (甲苯) CP (甲Βιβλιοθήκη ，汽)dT能量衡算(基本公式)
U1+u12/2+gZ1+P1V1+Q+W=U2+u22/2+gZ2+P2V2
H1+u12/2+gZ1+Q+W=H2+u22/2+gZ2 ΔU+Δu2/2+gΔZ+Δ(PV)=Q+W ΔH+Δu2/2+gΔZ=Q+W ΔH+ ΔEK+ ΔEP =Q+W
或
特殊过程能量衡算式的简化
384
323
42780kJ / mol
总能量衡算 Q=ΔH=Σn出H出- Σn进H进 =17630kJ/mol
反应过程中的能量衡算
第一种基准: 如果已知标准反应热，可选298K， 1atm为反应物及产物的计算基准。
H
nARH r0
A
输出 ni H i 输入 ni H i
理想气体热容的估算
Rihani –Doraiswamy基团贡献法
芳香基团
含氧基团
含氮基团
含硫和卤素基团
成环的贡献(仅对环状化合物)
反应热的表示
恒压反应热(焓) 在恒温恒压下，反应物按照化学计量式完全 反应，物料在反应前后的焓差被称为恒压反 应热或反应焓，以ΔHr表示。 恒容反应热 在恒温恒容下，反应物在温度T时按照化学 计量式完全反应，物料在反应前后的内能的 变化被称为恒容反应热，以ΔUr(T)表示。
3
废热锅炉的能量衡算
甲醇蒸气离合成设备时的温度为450℃，经 废热锅炉冷却。废热锅炉产生4.5atm饱和 蒸汽。已知进水温度20℃，压力4.5atm。 进料水与甲醇的摩尔比为0.2。假设锅炉是 绝热操作，求甲醇的出口温度。
流程图
20℃ 0.2molH2O 4.5atm 0.2mol H2O(汽) 4.5atm饱和
能量衡算：Q=ΔH=0(绝热操作)
n水(H出-H进)水= n醇(H出-H进)醇 (H进)水=1507kJ/mol (H出)水=49460kJ/mol (H进)醇=0(基准)
H
醇
-2 ( 19.05 9.15 10 T )dT 出 723
T
9.1510-2 2 2 19.05(T 723) (T 723 ) kJ / mol 2 4.57510 2 T 2 19.05T 37688kJ / mol
H v 473K
513.2 473 36.8 513.2 337.9
0.38
21.0kJ / mol
有相变过程能量的衡算
含苯50mol%的苯、甲苯混合液，温度为 10℃，连续加入汽化室内，在汽化室内混合 物被加热至50℃，压力为34.8mmHg。液 相中含40mol%的苯，汽相中含68.4mol% 苯，问每kmol进料要多少热量？
ΔUr(T)= ΔHr- ΔnRT Δn=Σμi(气态产物)- Σμi(气态反应物)
反应热的计算
0 H 由标准生成热H 计算标准反应热 r
0 f
H 生成物 i (H ) 反应物 i (H )
0 r 0 f i
0 H 由标准燃烧热 c 计算标准反应热
0 f i
代入数据求得：T=602K=329℃
汽化热的计算
甲醇的正常沸点为337.9K，临界温度为 513．2K．计算甲醇在200℃时的汽化热。 解：(1)用Trouton法则求正常沸点下的ΔHv (实验值
35.2kJ/mol): ΔHv=bTb=0.109×337.9=36.8kJ/mol (2)用Watson公式，以Trouton法则算出的36.8代入， 计算200℃的汽化热(实验值19.8kJ/mol):
4 10 4.186 4 Q 10 kcal / h 11.63kJ / s 3600 W 700kW 700kJ / s
H Q W EK EP 11.63 700 8.76 6.8210 720kJ / s H m( H 2 H1 ) H 720 H 2 H1 5180kJ / kg m 0.139
8.319Tb (3.978Tb / Tc 3.938 1.555ln Pc ) H v J/mol 1.07 Tb / Tc
Kistiakowsky方程(汽化热，一元醇和一元羧酸,3.0%)
Hv Tb (a b logTb cTb / M dTb2 / M eTb3 / M )
热量和功是传递性质，与路径有关。
焓(H)
H=U+PV=H(T,P)
H H dH dT dP T P P T