第三章物料衡算与能量衡算云南大学版精要.ppt

热量衡算步骤 (1)绘制以单位时间为基准的物料流程图，确定热量平衡范围； (2)在物料流程图上标明已知温度、压力、相态等已知条件； (3)选定计算基准温度。由于手册，文献上查到的热力学数据大多数是273K或298K的数据，故选此温度为基准温度，计算比较方便。计算时相态的确定也是很重要的； (4)列出热量衡算式，然后用数学方法求解未知值； (5)整理并校核计算结果，列出热量平衡表。 输入热量 输出热量 设备序号 热量，kJ/d 设备序号 热量，kJ/d 合计 合计 热量衡算结果整理 通过热量衡算以及加热剂、冷却剂等的用量计算，结合设备计算与设备操作时间安排（在间歇操作中此项显得特别重要）等工作，即可求出生成某产品的整个装置的动力消耗及每吨产品的动力消耗定额，由此可得动力消耗的每小时最大用量，每昼夜用量和年消耗量，并列表将计算结果汇总 注 意 事 项 (1)热量衡算时要先根据物料的变化和走向，认真分析热量间的关系，然后根据热量守衡定律列出热量关系式。 (2)要弄清楚过程中出现的热量形式，以便搜集有关的物性数据。 (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。 注意 热容Cp的计算 计算中常用恒压热容Cp与温度的关系 恒压热容Cp随温度而变化，描述二者的关系有三种方法： ①由有关手册查找一些常见物质的Cp-T关系曲线 ②将不同温度下的Cp列表 ③用函数式表达Cp-T关系，液体常用的关系式如： Cp = a + bT + cT-2 混合物的热容 在生产中通常都是遇到混合物，除了极少数的混合物有实验测定的热容数据，一般都是根据混合物内各种物质的热容和组成进行推算的。 ① 理想气体混合物 因为理想气体分子间没有作用力，所以混合物的热容可按分子组成加和来计算： C0p = ∑Ni C0pi C0p ---混合气体的理想气体定压摩尔热容 Ni ---混合气体中理想气体 i组分定压摩尔分数 C0pi --- i组分的摩尔热容 ②液体混合物 混合液体的热容还没有比较理想的计算方法，除少数混合液体已由实验测得其热容外，一般工程计算常用加和法估算混合液体的热容。估算的公式与理想气体混合物热容的加和公式相同，即按组成加和。 C0p = ∑Ni C0pi 对结构相似的混合物比较准确，如苯、甲苯、二甲苯混合液，对其他液体混合物的误差比较大。 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? 解：过程如图，基准：100 kmol的废气。 锅炉的能量平衡为： 计算结果 例2：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？ 1kmol, 10℃ 0.5kmol苯/kmol 0.5kmol甲苯/kmol V kmol, 50℃, 34.8mmHg 0.684kmol苯/kmol 0.316kmol甲苯/kmol L kmol, 50℃ 0.4 kmol苯/kmol 0.6 kmol甲苯/kmol Q (kJ/mol) 流程图 解： 1kmol, 10℃ 0.5kmol苯/kmol 0.5kmol甲苯/kmol 0.352 kmol, 50℃, 34.8mmHg 0.684kmol苯/kmol 0.316kmol甲苯/kmol 0.648 kmol, 50℃ 0.4 kmol苯/kmol 0.6 kmol甲苯/kmol Q (kJ/mol) (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 （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℃)