第五章能量衡算.ppt

1、第五章能量平衡补正算、第一节概要第二节能量平衡补正算的基本方法和步骤第三节无化学反应过程能量平衡补正算第四节化学反应过程的能量平衡补正算第五节加热剂、蒸发制冷剂及其他能源消费的补正算、能量平衡补正算的重要性在于设备的选定、构造、尺寸设定两类问题：设置修正型和操作型、第一节的概要、性质是指材料的特性，进行测量或修正。 一些概念：强度的性质不会随构成系统的物料数量的变化而变化。 的双曲馀弦值。 例如t、p等。 广延性(电容性)系数的性质的值等于与构成体系的各部分对应的值的和。 例如m、v、h、s、g等。51能量的形式、一、动能(EK )、物质通过宏命令运动所拥有的能量。 二、位能(EP ) (势能

2、)通常与内能相比系数EK小，可以忽略。 物体向高度位移所具有的能量。 化工装置中的EP比系统内能小，通常可以忽略，三、系统内能(u )、物质是宏命令动能与势能之外的所有能量。 纯成分： U=U(T，v )取全微分，通常较小，只能对某参考状态的内能量进行修正，不能求出u的绝对值。 所以，宏命令能量构成系的物质作为整体具有的能量。 能够构成体系的微粒子(分子)所具有的能量。52个能量平衡校正计算中所涉及的重要的物理量，而热量(q )是由于系统与环境之间存在温度差而产生的传递能量。 注意： (1)热量是能量传递的一种形态，只在过程中出现，而不是系统的性质。 热量不能测量和校正计算(因过程q而异)。

3、(2)只有在有温度差的情况下才有热传递。 (3)热从环境向系统传递Q0，反之则传递Q0。二、工作w、向力和力的方向位移的积、注意：(1)W也是能量的传递形式，不是体系的性质，而是只在过程中出现，所以不能说体系有多少工作。 (2)环境在系统工作，W0，相反W0。 工作和热是能量传递的两种不同形式。三、焓h、定义式： H=U PV、纯物质： H=H(T，p )相对于h的全微分通常较小，因此应考虑高压过程(非理想的瓦斯气体) (这对于能量平衡来说非常重要)。 可以使用工具书查找、h，可以使用TH图、CH图查找。 焓表检索(附录8，附录9 )。 注意：因为不能求出h的绝对值，所以格拉夫有一定的参考状态

4、。 平衡订正时各物料h的基准类型必须一致。 四、热容量、一定量的物质改变一定温度所需的热量。 如果p是恒定的，体积是恒定的，则可以认为TiTf之间的Cp是常数，则有、第二节能量平衡校正计算的基本方法和程序，并且根据能量守恒规则，输入能量输出的能量=被存储，这是53总能量平衡校正计算，一、 连续稳定流动过程的总能量平衡补正算、平衡补正算体系：以11和22断面之间的部分、水平线为基准面，以1千克的材料为补正算基准。 从、能量守恒的关系来看，、(稳定流过程的热力学第一定律)总能量平衡是普遍的公式，因为H=U PV、所以，如果物流有多个成分，则WS输入系统的总轴功。、(3)无效、传热过程，以及(等焓过

5、程)、(1)绝热过程(Q=0)，以及(2)工作过程(W=0)，并且。 (封闭体系热力学第一定律)，稳定流过程热力学第一定律，比较二式使用条件，例题以每小时500公里的蒸汽驱动透平机，进入透平机的蒸汽压力是44atm、450C，线速度是60m/S，蒸汽远离透平机的部位是透平机入口位置以下5m，透平机轴功是700kW，透平机热损失是10000 解：画流程概略图，m=500/3600=0.139kg/S、式、W=-700kW、q=100004.186kw上的两个式是热量平衡校正计算的基本式，如果系统中有一个以上的出出进进材料，则上述式为：间歇过程：q过程热交换之和U2是离开设备(系统)的各材料的焓或

6、内能量之和，H1、U1是进入设备(系统)的各材料的焓或内能量之和。 注意：不能求出h、u的绝对值，请采取参考状态。 同一物料的H1和H2、U1和U2的基准类型必须相同。稳定流过程、二、热量平衡校正计算的基本步骤、(1)制作单位时间基准的材料程序流程图(或平衡表) (基于材料平衡校正计算)、(2)在材料流分块图中明确记载了已知的t、p和相状态等条件，检测或校正各成分的焓值，如图所示选择修正基准温度(即，投入产出系的热量必须是相同的基准)时，始终取0和25，如果有过渡相，则决定基准相状态；(4)关于平衡修正系统，用(516 )式列举热量平衡修正公式，用数学方法求出未知数；(5)根据需要表示热量平衡

7、修正表。 例如，52P122。 1、能量平衡校正计算前为什么需要进行材料平衡校正计算？ 4、流程采用了什么样的平衡修正公式？ 为什么？ 2、用P257270附录8中调查的条件下的h值解决该问题。 3、从修正结果分析为什么通常的过程动能和势能变化对热量平衡修正算法的影响可以忽略，55机械能平衡修正算法(略)、第三节无化学反应过程能量平衡修正算法，设定修正过程的原则是修正算法容易，各阶段类型的5种：1 恒温时的压力变化，2 )恒温时的温度变化，4 )恒温恒压下的混合或分离，5 )恒温恒压时的化学变化(25和0常用)。 求5的话，1个标准大气压的冰会变成300、5个大气压的水蒸气的h。 (3)恒温恒

8、电压下的相物态变化(经常使用正常沸点或已知的h过渡相条件)、学生写作10大气压强，400水蒸气为0.5气压，-10冰的h的过程。 对没有相变的温度变化过程、材料温度变化的加法或取出的热量修正计算、一、热容量修正计算h和u、1、定容过程QV和u的修正计算、U=U1 U2、理想瓦斯气体，定容变温过程U2、 2、定电压过程QP和h的修正，H1是恒温变压过程的焓变化，理想瓦斯气体H1=0，对液固体v较小，h1=u(pv)=upvvp=，上式不适用于实际的瓦斯气体。 3、压力对焓的影响，通过状态函数的特征设定修正以下过程： H=H1 H2 H3，压力对实际瓦斯气体的焓变化的影响可以通过修正运算解决，但由

9、于复杂、在工序上通过检查统计图表的方法解决。 参见P129图57。 原理是比较状态的原理。 瓦斯气体混合物的临界残奥表可以根据Kay规则(线性加法规则)求出。 注意：图中检查的值的单位和表示形式。 如有必要，、fh规定物质的参考状态(参考状态)，并将其以参考状态的h和u的值规定为零。有物质状态下的h和u的值，等于物质从参考状态变化为其状态时的h和u的变化值。 物质的参考状态(相状态、温度、压力)。 根据成分的不同，原则上可选择不同的相状态，有时也可选择不同的温度压力。 但是，必须指定。 参考状态的压力选择101.3kPa(1atm )。 参考状态的温度和相状态的选择通常是二、单相系的能量平衡校

10、正运算，1、选择298K为参考温度，2、选择系的某物流的温度为参考温度，该物流的相状态是各成分的参考相状态、3、对水或某易挥发物质的参考状态，在校正运算中，(1) 在体系中用格拉夫检查出出进进材料的各成分的焓和内能量的情况下，在稳定流过程、间歇过程、(2)体系中出出进进材料的h和u不能手动检查的情况下，选择参考状态，用求出q的公式求出，将此与第三章的平均热容量的内容进行比较。 3、瓦斯气体焓为什么把热容量看作温度的函数，例57在废热锅炉的能量平衡校正算法中，甲醇蒸汽离开合成设备的温度是450C，在废热锅炉中被蒸发制冷定。 废热锅炉产生4.5atm的饱和蒸汽。 已知供水温度20 C、压力4.5a

11、tm。 供给水和甲醇的摩尔比为0.2。 假定锅炉为绝热操作，求出甲醇的出口温度。 从题意作图。 基准：物料：1molCH3OH、0.2molH2O。 能量： H2O (液)0C、CH3OH (汽) 450C。 检查、附录、甲醇(汽)热容量、(h水) 20C=1507kJ/kmol (H水蒸气)4.5atm=49460kJ/kmol、能量平衡校正、2、瓦斯气体的焓为什么把热容量视为温度的函数、3、过程能量例57P131、57相变过程的能量平衡校正算法，一、相变化热、一定t、p下单位质量或摩尔物质相变时的焓变化。 三种过渡相热： (1)汽化潜热HV恒温恒电压单元的液体气化所需要的热量，(2)熔化潜

12、热HM恒温恒电压单元的固体熔化所需要的热量，(3)热升华潜热HS恒温恒电压单元的固体煤气化所需要的热量。 对应的是冷凝热、凝固热、冷凝热。 p对过渡相热的影响一般很小，通常不考虑。 物质为正常沸点(熔点)，可以调查手动得到相变化热，如果相变条件不同，可以设定、修正过程修正算法。 (1)托尔顿定律，kJ/mol，Tb液体的正常沸点，k； b常数。 对非极性液体b=0.088； 对于水、低分子醇，b=0.109。 上式的误差小于30%。2 )陈氏(Chen )定律，J/mol，上式适用于烃类及弱极性化合物，误差通常小于4%。 (3)克劳迪娅克拉佩龙方程式、中低压下、VgVl、Vg-VlVg中：4

13、)沃森(Watson，5 )标准熔解热的补正算、二、选定有过渡相过程的能量平衡的补正算例、参考状态通常选择已知的温度和相态物流作为参考状态。 例题中有含有苯50(mol )、甲苯50的混合液，温度为10，连续放入汽化室内加热到50，压力为34.8mmHg。 液相中含有苯40(mol )，气相中含有苯68.4，每kmol的供给需要多少热量？ 先进行材料平衡修正计算，然后再进行能量平衡修正计算。 (1)以材料平衡补正算、1kmol种子文件混合物为补正算基准，得到总材料1L V、苯0.50.4L 0.684V、联立解V=0.352kmol、L=0.648kmol、检查资料的苯(l)62.55 23.

14、4102 T kJ/kmol.K Cp甲苯(l)157kJ/kmol.K(050 ) Cp甲苯(l)165kj/kmol.k Cp苯(g )-36.2148.46102 t 3 求出系各成分的焓：50液体苯、50液体甲苯、50气体苯、正常沸点80.26，设定修正为以下过程：甲苯正常沸点110.8，设定修正为以下过程。 请注意，HT图的选择标准有-129 (200 F )和0两种，检查的h值的零点一致。 用H-T图制作上述例题，调查各状态下的焓，结果是10 :H苯(l)=4kcal/kg、50 :H苯(l)=20.5kcal/kg、50 :H苯，即50 :H甲苯(g)118kcal/kg 溶解和

15、混合过程，一、溶解和混合热，溶解以及混合过程伴随能量的吸收或者放出，这些个2个过程的热分别称为溶解热和混合热。无限稀释积分溶解热1摩尔溶质是在恒温恒电压下溶解于无限多种溶剂并形成溶液时焓的变化。混合热和溶解热数据可查阅相关资料。 表51(P142 )显示的是25盐酸、碱燃烧和硫酸溶液的积分溶解热和积分混合热。 此表以纯物质(纯溶质和纯溶剂)为基准(此时焓为零)。、BIAO、溶解热和混合热也可以以25纯溶剂和指定稀溶液为基准，换算为前者基准下的值。 如氯化氢的水溶液(n10molH2O/molHCl )那样，该溶液是以25纯HCl(g )和纯H2O(l )为基准的焓，求出25纯H2O(l )和极稀薄的HCl溶液(n=，n=10)-69.49kJ/molHCl。 以、25C H2O为基准，如果(10610)molH2O的焓为零，则上过程的焓从HCl含量1mo