物料衡算与能量衡算论述

第二章物料平衡计算和能量平衡计算进行到最后，序言计算前的准备工作2.1物料平衡计算2.2能量平衡计算，第二章物料平衡计算和能量平衡计算，一、能量形式和概念1，动能(k )表示物体对环境运动的能量电势(z )表示物体在重力场中受到重力的能量。 3、内(u )表示物体内的分子、原子能的宏观尺度。 4 .由热(q )物体和环境的温度差传递的能量。 5、工作(w )通过物体与环境之间的矢量位移传递的能量。引言、二、MB、HB、EB的关系、1、MB与HB的关系、MB可能单独(不依赖于HB而独立)解开的HB一般不能单独解开(除间壁式热交换器以外) MB不能独立解开的情况下，需要与HB协作解开CB。 2、EB与HB的关系，过程压力水平不高且压力变化不大，系统能量只考虑热焓，忽略动能、势能等机械能，在这种情况下： EBHB、材料平衡计算(MaterialBalance )、 简称“MB”热平衡计算(HeatBalance )、“HB”能量平衡计算(EnergyBalance )、“EB”，材料平衡计算和能量平衡计算的联合计算(combinationbalance )简称为“CB”，3、HB计算中，压力为焓值温度对焓的影响更为显着。 在压力水平不高、压力变化少的化工过程中，认为焓只是温度的函数，简化了计算。 1 .基于能量平衡计算的目的、2.2能量平衡计算、材料平衡计算，能量平衡计算的步骤与材料平衡计算相同。 解决问题：确定物料运输机械和其他工作机械所需的电力。 决定各单元工艺所需要的热量或冷热量及其传递速度化学反应所需要的散热速度和供热速度。 综合利用馀热。 2 .能量平衡计算的基本方程式，根据热力学的第一定律，能量平衡计算方程式可以写成Q W=E=Ek Ep U中，W=Wt Ws，Wt是流动功，Ws是轴功， (1)闭合系统的能量平衡计算方程式，闭合系统的特征：仅与环境进行能量交换，没有物质交换时： U=Q W，系统与环境之间不起作用的交换，即W=0时： q=u，(2)流动系统的能量平衡计算方程式项目持续通过边界进出， 能量输入速度-能量输出速度=能量积蓄速度，连续稳定流动过程的总能量平衡计算方程式为：3热平衡计算的步骤，制作以单位时间为基准的项目流程图和项目平衡表。 选择计算基准温度和计算相状态：选择0(273K )、25(298K )或其他温度作为基准温度。 材料流程图中注明已知的温度、压力、相状态等条件，检测或计算各材料的焓，如图所示。 列举热平衡公式，用数学方法求解。 生产过程和材料组成复杂时，可列举热平衡计算表。 4 .热平衡计算有两种情况：1)无化学反应过程的能量平衡计算；2 )化学反应过程的能量平衡计算。1 )无化学反应过程的能量平衡计算、2、相变过程的能量平衡计算、汽化和凝结、熔融和凝固、升华和凝华等相变过程常常伴有显着的内在和焓的变化，常常成为过程热的主体，不容忽视。 在一定的温度和压力下，单位质量或摩尔的物质发生相变化时的焓变化称为相变化热。 三种相变的相变热：气化潜热(Hv)熔融潜热(Hm)升华潜热(ht )，例如100，latm下液体水变成水蒸气的焓h为40.6kJ/mol，在该温度和压力下称为污水的气化潜热。 1、无相变的变温变压过程，主要是反应热的计算方法1，反应热和表示它的恒压反应热Qp=Hr恒容量反应热Qv=Ur(T)2，反应热的计算反应热可以用实验方法测定，也可以用现有的实验数据计算。 根据气体(Hess )定律，化学反应热只依赖于物质的初始状态和最终状态，无论过程的途径如何，反应热都可以用简单的热和法求得。(1)根据标准生成热hfo计算标准反应热hrohro=生成热i(Hfo)i-反应热i(Hfo)i(2)根据标准燃烧热hco计算标准反应热hrohro=反应物i(Hco)i-生成物i(Hco)i，2 )化学反应过程能量平衡. 3、2种标准分为焓计算标准，主要有2种；(1)第一种标准是标准反应热已知的298K、latm是反应物和产物的计算标准。 为非反应物质选择适当的温度，例如反应器的进口温度或以平均热容量表示的基准温度。 例如，陈声宗教材料P54(2)第二基准是构成反应物和生成物的元素，在25、1atm下焓为零，非反应分子也以任意适当的温度为基准，描绘全部的流动成分ni和Hi的表，在该表中，反应物和生成物的Hi，各物质的25的生成热和物质从25变化为其进口状态和出口状态例如详情请参照陈声宗教材p5、5 .热平衡的注意事项。 (1)计算热平衡时，首先根据材料的变化和方向，认真分析热的关系，然后根据热的保存法则列举热的关系式。 (2)明确过程中出现的热的形式，收集相关的物性数据。 (3)计算结果是否正确应用，数据的准确性和可靠性很重要。 (4)间歇操作设备，热量随时间变化，因此设备的热负荷以不均衡系数从kJ/台换算为kJ/h。 (5)选型设备的换热面积大于理论计算。 6 .热平衡计算的例子：， 化工模拟软件在化工设计中的应用是计算机化工设计的主要组成部分：物性数据检索(物理性质、热力学性质数据)、化工过程模拟设计(CAPD )、计算机辅助绘图设计(CAD )、计算机辅助工程(CAE )等。 现在使用的很多化工过程模拟计算软件： PRO/II、HYSYS、ASPENPLUS等。 二、三种化工模拟软件的比较表明，PROII在炼油工业中的应用更准确，其数据库中有很多经验数据的ASPEN在化工领域表现更好。 HYSYS主要用于天然气的加工处理和炼油工业。 苹果计算准确，数据库完善。 但是，这种想法非常全面，学习起来很麻烦。 三、化工模拟软件存在问题尚未成熟的化工软件可用于石油化工过程主要装置的模拟(如催化裂化、加氢裂化反应部分)。 国际大过程模拟公司在模型上实施技术封锁，中国