制药工程第六章热量衡算.pptx

第六章 热量衡算;6.1 概述;通过热量衡算确定如下设计参数:;6.2 热量衡算的基本原理;设备的能量衡算时，位能变化，动能变化，外功等项相对较小，多数情况下，能量衡算可简化为热量衡算。∴流动系统总能量衡算式可简化为：;当内能、动能、势能的变化量可以忽略且无轴功时，输入系统的热量与离开系统的热量应平衡，由此可得出传热设备的热量平衡方程式为;在上式，应注意除Q1和Q4外，其它Q值都有正负两种情况。例如，当反应放热时，Q3取“+”号；反之，当反应吸热时，Q3取“?”号，这与热力学中的规定正好相反。;6.3 热量衡算的方法;6.3.2 热容法;⑴ Cp与T的关系:;; 工程项目建设基本程序(7步);;（2）平均热容 假如物质在T1～T2范围之内Cp –T成直线关系,则 Cp= [(Cp)T1+(Cp)T2]/2 ⑶ Cp与P的关系: ①固体热容与P无关 ②Cp液体在临界点附近P的影响明显，一般条件下可忽略 ③P对理想气体的热容无影响 ④P对真实气体热容影响不大，在临界点附近影响明显 (见≤化工设计≥ .黄璐: P177图5.4和例5.2) ;①理想气体混合物: Cpo —混合气体的理想气体定压摩尔热容； Cpio —混合气体中i组分的理想气体定压摩尔热容； Ni —i组分的摩尔分数。 ②真实气体混合物:离临界状态远时按上式近似计算 临界状态附近校正(见≤化工设计≥ .黄璐P178例题) ③液体混合物:工程计算中常用加合法估算液体混合物热容,公式与理想气体混合物计算公式相同.;⑸热容的单位①摩尔热容: 每1mol或每1kmol物质温度升高1℃所需要的热量. 单位:kJ/(mol·K)，kJ/(kmol·K)……等 ②比热容 每1g或每1kg物质温度升高1℃所需要的热量 单位:kJ/(kg·K)，J/(g·K)……等 ③单位换算 比热容=摩尔热容/M 摩尔热容=比热容×M M—相对分子质量;6.3.3 物理变化热Qp(相变热和浓度变化热) 指物料的浓度或状态发生改变时所产生的热效应 ⑴相变热 物质从一相转变至另一相的过程，称为相变过程 如蒸发、冷凝、熔融、结晶、升华、凝华等。 相变过程常在恒温恒压下进行， 所产生的热效应称为相变热。 ∵相变过程中，体系T不改变，故相变热常称为潜热。 ∵蒸发、熔融、升华过程要???服液体或固体分子间的相互吸引力∴这些过程均为吸热过程，按式(6-1)中的符号规定，其相变热为负值； 反之，冷凝、结晶、凝华过程的相变热为正值。;各种纯化合物的相变热可从有关手册、文献中查得。 ⑵ 浓度变化热 恒温恒压下，溶液因浓度发生改变而产生的热效应， 称为浓度变化热。 药品生产中，以物质在水溶液中的浓度变化热最为常见。 但除某些酸、碱水溶液的浓度变化热较大外，大多数物质在水溶液的浓度变化热并不大，不会影响整个过程的热效应。 ①溶解热 固体、液体或气体溶质溶解于溶剂中吸收或放出的热量有积分溶解热与微分溶解热之分;1)积分溶解热 恒温恒压下，将1摩尔溶质溶解于n摩尔溶剂中形成组成为x的溶液时的总热效应称为积分溶解热， 用符号?Hs表示。 常见物质在水中的积分溶解热可从有关手册或资料中查得。P69见表5-1. 在25℃下,1mol硫酸用水逐渐稀释,不断取出过程放出的热量,保持温度25℃用来计算: 数据中可看出:加入的水量愈多,累计放出的热量愈多, 累计放出的热量与溶液的组成有关.; 表6-1 25℃时，H2SO4水溶液的积分溶解热;用来计算: ;对于一些常用的酸、碱水溶液，也可将溶液的积分溶解热数据回归成相应的经验公式，以便于应用。例如：硫酸的积分溶解热可按SO3溶于水的热效应用下式估算 (6-7) 式中: ?Hs—SO3溶于水形成硫酸的积分溶解热 kJ/(kgH2O) m—以SO3计，硫酸的质量分率； t—操作温度，℃。 ;又如，硝酸的积分溶解热可用下式估算 (6-8) 式中: ?Hs—硝酸的积分溶解热，kJ/mol HNO3；