化工计算-能量衡算课件.ppt

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1、化工计算化工计算一、教一、教 材材2绪论第一章 化工常用基础数据第二章 化工过程参数第三章 物料衡算第四章 能量衡算第五章 物料和能量联算热热能量衡算能量衡算 本章要求：本章要求：掌握能量衡算的原理掌握能量衡算的原理掌握能量衡算的原理掌握能量衡算的原理掌握能量衡算的基本方法掌握能量衡算的基本方法掌握能量衡算的基本方法掌握能量衡算的基本方法主要内容：主要内容：能量衡算的理论依据能量衡算的理论依据能量衡算的理论依据能量衡算的理论依据能量衡算的基本形式能量衡算的基本形式能量衡算的基本形式能量衡算的基本形式 几个与能量衡算有关的重要物理量几个与能量衡算有关的重要物理量几个与能量衡算有关的重要物理量几个

2、与能量衡算有关的重要物理量 能量衡算的基本方法能量衡算的基本方法能量衡算的基本方法能量衡算的基本方法 无化学反应过程的能量衡算无化学反应过程的能量衡算无化学反应过程的能量衡算无化学反应过程的能量衡算 化学反应过程的能量衡算化学反应过程的能量衡算化学反应过程的能量衡算化学反应过程的能量衡算 第一节第一节 概述概述一、能量衡算的意义一、能量衡算的意义 选择最佳操作条件，制定既经济又合理的能量消耗方案。二、能量衡算的理论依据二、能量衡算的理论依据 热力学第一定律热力学第一定律：能量既不能产生，也不能消灭 第一节第一节 概述概述三、能量衡算的应用 了解工艺过程在加热、冷却和动力等诸方面的能量平衡及其损

3、耗情况，从而确定设备的尺寸、载热体的用量、冷却和动力等诸方面 能量衡算的基础是物料衡算。只有在进行物料衡算后才能做出能量衡算。第二节第二节 能量的基本形式能量的基本形式 能量衡算和物料衡算类似，要用到守恒的概念，即要计算进入和离开特定体系的能量值，因此必须分清不同形式的能量形式及表示的方法。由于能量存在有多种形式，因此能量衡算要比物料衡算复杂。第二节第二节 能量的基本形式能量的基本形式一、位能（Ep）位能又称势能，是物体由于在高度上的位移而具有的能量。其值的大小与物体所在的力场有关，物体在重力场中所具有的位能可用下式表示：第二节第二节 能量的基本形式能量的基本形式分析：位能的大小和基准面有关，

4、因此物体距基准面的高度差决定了位能的大小，当物体处于基准面上时其位能为零。由于多数化工生产过程基本上是在地表或接近地表的高度进行的，位能对整个能量衡算的影响一般不大，除在计算物料的输送功率时物料的位能变化是不可忽略的外，在能量衡算中位能皆可忽略。第二节第二节 能量的基本形式能量的基本形式 二、动能（Ek）由于物体运动所具有的能量，称为动能，其值表示为：由于物体运动所具有的能量，称为动能，其值表示为：物体的动能与物体运动速度的平方成正比，因此物体的物体的动能与物体运动速度的平方成正比，因此物体的物体的动能与物体运动速度的平方成正比，因此物体的物体的动能与物体运动速度的平方成正比，因此物体的运动速

5、度对动能的影响较大，但在化工生产过程中物料的流运动速度对动能的影响较大，但在化工生产过程中物料的流运动速度对动能的影响较大，但在化工生产过程中物料的流运动速度对动能的影响较大，但在化工生产过程中物料的流动速度一般都不大，与其他能量相比较可以忽略，只有当物动速度一般都不大，与其他能量相比较可以忽略，只有当物动速度一般都不大，与其他能量相比较可以忽略，只有当物动速度一般都不大，与其他能量相比较可以忽略，只有当物料经过喷嘴或锐孔形成高速的喷射流时，在能量衡算中动能料经过喷嘴或锐孔形成高速的喷射流时，在能量衡算中动能料经过喷嘴或锐孔形成高速的喷射流时，在能量衡算中动能料经过喷嘴或锐孔形成高速的喷射流时

6、，在能量衡算中动能的影响才比较明显的影响才比较明显的影响才比较明显的影响才比较明显 其值不可以忽略。其值不可以忽略。其值不可以忽略。其值不可以忽略。第二节第二节 能量的基本形式能量的基本形式 三、内能（U）内能表示除了宏观的动能和位能外物质所具有的能量，其大小与分子运动有关。对于纯组分物质，内能可表示成与温度和摩尔体积间的函数关系：我们只能计算内能的差，或计算相对于某个参考态的内能，而无法计算内能的绝对值。第三节第三节 几个与能量衡算有关的重几个与能量衡算有关的重要物理量要物理量 一、功（W）功是能量传递的一种形式，功是力与位移的乘积。可表示为：说明：说明：说明：说明：环境对系统作功取为正值，

7、系统对环境作功取为环境对系统作功取为正值，系统对环境作功取为环境对系统作功取为正值，系统对环境作功取为环境对系统作功取为正值，系统对环境作功取为负值。负值。负值。负值。热量的单位为焦耳（热量的单位为焦耳（热量的单位为焦耳（热量的单位为焦耳（J J）在化工生产过程中常见的有体积功、流动功及旋在化工生产过程中常见的有体积功、流动功及旋在化工生产过程中常见的有体积功、流动功及旋在化工生产过程中常见的有体积功、流动功及旋轴功的机械功等。轴功的机械功等。轴功的机械功等。轴功的机械功等。功只是指被传递的热量，从热力学第二定律可知，功只是指被传递的热量，从热力学第二定律可知，功只是指被传递的热量，从热力学第

8、二定律可知，功只是指被传递的热量，从热力学第二定律可知，功可以无条件地全部转化为热量。功可以无条件地全部转化为热量。功可以无条件地全部转化为热量。功可以无条件地全部转化为热量。第三节第三节 几个与能量衡算有关的几个与能量衡算有关的重要物理量重要物理量 二、热量（二、热量（Q Q）当温度不同的两物体进行接触时，能量总是从热（温度高）当温度不同的两物体进行接触时，能量总是从热（温度高）的物体向冷（温度低）的物体流动，这种由于温度差而引起传的物体向冷（温度低）的物体流动，这种由于温度差而引起传递的能量称为热量。递的能量称为热量。环境对系统加的热为正，从系统中取出的热为负。环境对系统加的热为正，从系统

9、中取出的热为负。热量的单位热量的单位为焦耳（为焦耳（J J）注意两点注意两点:第一，热量是一种能量的形式，是传递过程中的能量形式；第一，热量是一种能量的形式，是传递过程中的能量形式；第二，一定要有温度差或温度梯率，才会有热量的传递。第二，一定要有温度差或温度梯率，才会有热量的传递。第三节第三节 几个与能量衡算有关的几个与能量衡算有关的重要物理量重要物理量 三、焓（三、焓（H H）对于焓的定义在第二章化工常用基础数据的有关章节中已做对于焓的定义在第二章化工常用基础数据的有关章节中已做了介绍。了介绍。焓与内能一样，都是热力学函数中的状态函数，这种状态函焓与内能一样，都是热力学函数中的状态函数，这种

10、状态函数与过程的途径无关，只与所处的状态有关。数与过程的途径无关，只与所处的状态有关。既然焓是用来表达流动系统中能量的适当形式，为了解决问既然焓是用来表达流动系统中能量的适当形式，为了解决问题方便，科技工作者编制了许多形式的焓值表，并提出估算相题方便，科技工作者编制了许多形式的焓值表，并提出估算相变热的方法，其中重要的有：变热的方法，其中重要的有：水蒸气表水蒸气表 气体焓值表气体焓值表 相变焓相变焓第四节第四节 能量衡算的基本方法能量衡算的基本方法热量衡算 对于没有功的传递（W=0），并且动能和位能可以忽略不计的设备，如换热器，连续稳定流动过程的能量衡算主要就体现在热量衡算，且化工生产中热量消

11、耗是能量消耗的主要部分，例如一套年产例如一套年产2525万吨乙烯的裂解装置，采用柴油作裂解原料时，万吨乙烯的裂解装置，采用柴油作裂解原料时，总能量消耗约为总能量消耗约为1.314101.314109 9 kJ kJ h h-1-1，其中，其中90%90%以上的能量消耗就是体以上的能量消耗就是体现在热量消耗上。因此，化工过程中的能量衡算主要是热量衡算。现在热量消耗上。因此，化工过程中的能量衡算主要是热量衡算。第四节第四节 能量衡算的基本方法能量衡算的基本方法 1热量衡算的基本方法及步骤 热量衡算有两种情况 一种是在设计时，根据给定的进出物料量及已知温度求另一股物料的未知物料量或温度，常用于计算换

12、热设备的热物料（如蒸汽等）用量或冷物料（如冷却水等）用量。另一种是在原有过程或装置上，对某个设备，利用实际测定（有时也需要作一些相应的计算）的数据，计算出另一些不能或很难直接得到的数据（主要是热量或能量），由此对设备作出能量利用上的评价。热量衡算（热量衡算（energybalance）热量衡算的方法和步骤a 确定衡算体系绘制热量衡算示意图b 确定衡算基准进行热量衡算之前，一般先进行物料衡算一般先进行物料衡算c 根据具体计算要求进行收集有关数据根据具体计算要求进行收集有关数据选用热力学数据时应注意物料手册上的数据的基准态与选择的温度基准态一致，否则，进行换算d 列出衡算式和热量衡算式进行求解收集

13、必要的数据，注意数据的适应范围和条件e 校核检验将衡算结果列表，第四节第四节 能量衡算的基本方法能量衡算的基本方法 例：两股不同温度的水用作锅炉进水，它们流量及温度分别是A：120 kgmin-1，30；B：175 kgmin-1，65，锅炉压力为17103kPa（绝压）。出口蒸汽通过内径为60mm的管子离开锅炉。如产生的蒸汽是锅炉压力下的饱和蒸汽，计算每分钟要供应锅炉多少千焦的热量，30、120kgmin-1、H=125.7kJkg-1 65、175kgmin-1、H=271.9kJkg-1 295kgmin-1、H=2793kJkg-1 1.7103kPa饱和水蒸气(204)解：作水的物料

14、衡算 可知产生的蒸汽流量为120+175=295kgmin-1。确定各流股的比焓 由水蒸气表查得30、65液态水及17103kPa时的饱和水蒸气的焓。查得的数据已填入流程图中。第四节第四节 能量衡算的基本方法能量衡算的基本方法=7.61105 kJmin-1=1.27104 kJs-130、120kgmin-1、H=125.7kJkg-1 65、175kgmin-1、H=271.9kJkg-1 295kgmin-1、H=2793kJkg-1 1.7103kPa饱和水蒸气(204)第五节第五节 无化学反应过程的能量无化学反应过程的能量衡算衡算 无化学反应过程的能量衡算，一般应用于计算指定条件下进

15、出过程物料的焓差或内能差，用来确定过程的热量，进而计算出冷却或加热介质的用量或温差，因此当过程中各物料的焓或内能可以从手册中查到时，直接采用式 或式 进行计算比较简单。第五节第五节 无化学反应过程的能量无化学反应过程的能量衡算衡算例例：某锅炉每分钟产生800kPa的饱和水蒸气，现有两股不同温度的水作为锅炉进水，其中20的水为80 kgmin-1，60的水为50 kgmin-1。试求锅炉每分钟的供热量。解：根据题意画出流程示意图 20、80kgmin-1800kPa水蒸气，130kgmin-1 60、50kgmin-1第五节第五节 无化学反应过程的能量无化学反应过程的能量衡算衡算 因为焓是一个状

16、态函数，其变化值与过程无关，所以因为焓是一个状态函数，其变化值与过程无关，所以为了计算一个实际过程的焓变，由始态到终态可以用假想为了计算一个实际过程的焓变，由始态到终态可以用假想的几个阶段来代替原过程，而假想的各个阶段的焓变应该的几个阶段来代替原过程，而假想的各个阶段的焓变应该是可以计算的，所需的数据也是可得到的。是可以计算的，所需的数据也是可得到的。根据题意可知锅炉每分钟产生130kg的水蒸气，由饱和水蒸气表知当压力为800kPa时，其温度为170.4，比焓为2773 kJkg-1。20的水比焓为83.74kJkg-1，60的水比焓为251.21 kJkg-1，代入式 Q=H2H1，可求每分

17、钟需供热量：Q=1302773（8083.74+50251.21）=36049019260=341230 kJmin-1热量衡算（热量衡算（energybalance）热量衡算热量衡算计算例题:两种组成不同的煤气在预热器中混合，并从25加热到127，以供燃烧炉使用，两种煤气的流量分别为0.4kmol/s和0.1kmol/s，预热器预热器中的热损失为150kJ/s.试计算预热器应提供的热量？25时，第一种煤气的焓值为时，第一种煤气的焓值为765kJ/kmol;第二种煤气的第二种煤气的焓值为焓值为846kJ/kmol.127时，混合煤气的焓值为时，混合煤气的焓值为3640kJ/kmol热热能量衡算

18、能量衡算 本章要求：本章要求：掌握能量衡算的原理掌握能量衡算的原理掌握能量衡算的原理掌握能量衡算的原理掌握能量衡算的基本方法掌握能量衡算的基本方法掌握能量衡算的基本方法掌握能量衡算的基本方法主要内容：主要内容：化学反应过程的能量衡算化学反应过程的能量衡算化学反应过程的能量衡算化学反应过程的能量衡算 传热温差传热温差传热温差传热温差管壳式热交换器管壳式热交换器 分程隔板分程隔板 管壳式换热器管壳式换热器 单程列管式换热器单程列管式换热器 单程列管式换热器1 外壳 2管束 3、4接管 5封头 6管板 7挡板 双程列管式换热器双程列管式换热器 双程列管式换热器1壳体 2管束 3挡板 4隔板U型管型管

19、式式特点：结构较浮头简单；但管程不易清洗。板式换热器的构造板式换热器的构造板式换热器的构造板式换热器的构造 冷水塔冷水塔 冷水塔结构冷水塔结构 传热温差传热温差定态变温传热定态变温传热：传热壁面各点温度不随时间而变化不随时间而变化，但随传热面位置不同而不同随传热面位置不同而不同。冷热并流并流逆流逆流错流错流简单折流简单折流传热温差传热温差并流和逆流并流和逆流特点：特点：在相同的条件下在相同的条件下(如相同的换热时间或换热面积如相同的换热时间或换热面积)，逆流比并，逆流比并流换热更完全；并流传热温度差的前后变化比逆流剧烈。流换热更完全；并流传热温度差的前后变化比逆流剧烈。并流并流逆流逆流传热温差

20、传热温差对数平均温差对数平均温差:换热器中冷、热两种流体进行热交换，若忽略热损失若忽略热损失，热流体放出的热量等于冷流体吸收的热量。热量衡算热量衡算两种流体均两种流体均无相变无相变：一种流体一种流体有相变有相变：热交换的计算热交换的计算例例套管换热器中,用一定量的热流体将另一定量的冷流体加热。热流体温度由120将到70，冷流体由20升到60。比较并流与逆流的传热温差。T1=120T2=70t1=20t1=60T1=120t1=20t2=60T2=70解：解：并流并流逆流逆流根据总传热方程Q=KA t，传热量相同时，逆流所需的传热面积比并流小，设备尺寸随之可以减小。例例4在某一以定尺寸的套管换热

21、器中，热流体与冷流体并流换热。热流体由120降到70，冷流体由20 到60。若换热器及有关条件（流体进口温度及流量等）不变，将并流改为逆流，求冷流体排出温度。可设传热系数、物料的比容及设备的热损失不变。解：解：T1=120 t1=20 t2=60 T2=70 t1=20 T1=120 t2=？T2=？强化传热过程的途径强化传热过程的途径1、增大传热面积增大传热面积翅片管或翅片壁面可有效增大传热面积。2、提高传热的温差提高传热的温差尽量选用逆流操作，只是在防止最终过热或过冷（如防止因此而产生分解、结晶或沉积物等）时才采用并流；另一方法是提高加热流体的温度或降低冷却流体的温度，但这往往受到客观条件

22、的限制。3、提高传热系数提高传热系数K尽量减少传热膜系数h小的一侧流体的热阻；选择传热膜系数高的载热体，如熔盐、液态金属等。根据总传热速率方程：根据总传热速率方程：第六节第六节 化学反应过程的热量衡化学反应过程的热量衡算算 在化学反应中反应物质分子结构的改变使分子内部质点间的相互作用发生变化，因而常伴随着吸热或放热现象。为了使化学反应在适宜的温度下进行以达到适当的转化率或使目的产物达到尽可能高的收率，就要向反应系统提供或移出一定的热量。化学反应通常伴随较大的热效应吸收热量或放出热量，称为反应热。第六节第六节 化学反应过程的热量衡化学反应过程的热量衡算算 一、化学反应过程的能量衡算 对于化学反应

23、过程，同反应系统中物料的焓变相比，其位能、动能的变化皆可忽略，系统与环境间一般也无功的传递。这样，反应系统的能量衡算就简化为热量衡算即焓衡算。1基准一：298K、101.3kPa 各反应物及产物状态第六节第六节 化学反应过程的热量衡化学反应过程的热量衡算算 此基准适合已知标准反应热，且化学反应式单一。对非反应物质可另选适当的温度为基准（如反应器的进、出口温度，或热容表的参考温度）。此时反应过程的焓差用下式计算：nA 反应物A的摩尔数A 化学计量系数第六节第六节 化学反应过程的热量衡化学反应过程的热量衡算算例例：氨氧化反应器的热量衡算，在25、101.3kPa下氨氧化反应的标准反应热为 ，其氨氧

24、化反应式为：4NH3（气）+5O2（气）4NO（气）+6H2O（气）现将每小时200molNH3和400molO2在25下连续送入反应器，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101.3kPa，计算反应器所需要输入或输出的热量。解：由物料衡算得到的各组分流率示于流程图中 NH3200molh-1 O2400molh-1 25 NO 200molh-1 H2O 300molh-1 O2 150molh-1 300 第六节第六节 化学反应过程的热量衡化学反应过程的热量衡算算输入物料的焓因进口的两股物料的温度均为298K，故焓均为零。输出物料的焓查表300时：O2：H2O：

25、NO：计算：基准：题给的进料量，基准：题给的进料量，25，101.3kPa，物料均为气态，物料均为气态第六节第六节 化学反应过程的热量衡化学反应过程的热量衡算算已知氨的消耗量为200molh-1此过程的焓 即为了维持产物温度为300，每小时需从反应器移走39310kJ热量。第六节第六节 化学反应过程的热量衡化学反应过程的热量衡算算 当一个过程的反应为复杂反应体系时，有时会当一个过程的反应为复杂反应体系时，有时会难以写出发生在体系中的各个化学反应式，即使能难以写出发生在体系中的各个化学反应式，即使能写出反应式，有时也难以确定一种原料参加不同反写出反应式，有时也难以确定一种原料参加不同反应的量的比

26、例，即个反应的选择性不确定，这时利应的量的比例，即个反应的选择性不确定，这时利用第一种基准进行化学反应过程的能量衡算就显得用第一种基准进行化学反应过程的能量衡算就显得力不从心。力不从心。例如石油的催化裂解，反应如此之多，以致无法判例如石油的催化裂解，反应如此之多，以致无法判别出每个单独的反应，更谈不上各反应间的比例关别出每个单独的反应，更谈不上各反应间的比例关系，标准反应热也无法知道，这时可用下列基准二系，标准反应热也无法知道，这时可用下列基准二求解。求解。第六节第六节 化学反应过程的热量衡化学反应过程的热量衡算算此时反应过程的总焓变用下式计算。这里反应物或产物的是各物质25的生成热与物质由2

27、5变到它进口状态或出口状态所需显热和潜热之和，可以分为单质和化合物两种情况来讨论。例，现假定某物质处在T温度下，用第二种基准计算时，其焓如何计算？该物质为化合物或 2.基准二：基准二：25，101.3kPa组成反应物及产物各稳定态的单质时组成反应物及产物各稳定态的单质时焓为零焓为零非反应分子以任意适当的温度为基准非反应分子以任意适当的温度为基准第六节第六节 化学反应过程的热量衡化学反应过程的热量衡算算 该物质为稳定态的单质 或 所以第二种基准中的物质，是组成反应物和产物的、以自然形态存在的原子。第六节第六节 化学反应过程的热量衡算化学反应过程的热量衡算例例5-15：甲烷和水蒸汽在反应器中反应，

28、生成H2、CO和CO2。物料衡算结果列于下表中。设进料和出料均为500。求为保持反应器恒温所需的加热量。组分进料/（kmolh-1）出料/（kmolh-1）CH4H2O(气)COCO2H21.002.500000.251.500.50.252.50共计3.505.001.换热式反应器的热量恒算第六节第六节 化学反应过程的热量衡化学反应过程的热量衡算算 解：分析反应过程，反应过程为复杂反应，所以选择第二种基准进行能量衡算。基准：计算时间基准为1h，温度基准 25各元素稳定单质。由已知物料流量表，画出流程示意图 CH4 0.25kmolh-1 H2O 1.50kmolh-1CO 0.5kmolh-

29、1 CO2 0.25kmolh-1 H2 2.50kmolh-1 500 CH4 0.25kmolh-1 H2O 1.50kmolh-1500 第六节第六节 化学反应过程的热量衡化学反应过程的热量衡算算本题中由于进出口温度相同，即同一种物质的Hi输出=Hi输入，则上式可化成：计算各组分在500的焓值CH4：查 H2O：查 第六节第六节 化学反应过程的热量衡化学反应过程的热量衡算算CO：查 CO2：查 H2：查 总焓变应为热热第七节第七节 稳态流动过程物能联合稳态流动过程物能联合衡算衡算 物料衡算和能量衡算，一般应在作能量衡算之前先要作物料衡算；但有时根据物料衡算式不能直接计算出物料量，还需对物

30、料衡算和能量衡算进行联立求解。本节主要讨论物料衡算和能量衡算联合应用的问题。第七节第七节 稳态流动过程物能联合稳态流动过程物能联合衡算衡算一、物能联算的一般解法 对于任何一个体系，都可以写出：1.总的物料算式；2.每一组分的物料算式；3.总能量衡算式。二、计算举例二、计算举例第七节第七节 稳态流动过程物能联合稳态流动过程物能联合衡算衡算 例：某连续蒸馏塔每小时分离10000kg含40%（质量分率，下同）苯、60%氯苯的溶液，进料温度294K，塔顶液体产物为99.5%的苯，塔底(从再沸器出来的物料)含1%苯。冷凝器进水温度为288.7K，出水温度为333K，再沸器用温度为411K的饱和水蒸汽加热

31、，回流比（返回塔顶的液体量与取出塔顶液体产物之比）为6:1，设再沸器和冷凝器均在101.3kPa下操作，冷凝器的计算温度为354K，再沸器温度为404K，算得再沸器气相中苯为3.9%（相当于5.5mol%）。计算下列各项：塔顶产物和塔底产物每小时各为多少kg？每小时回流多少kg？进再沸器的液体和再沸器的蒸汽每小时各为多少kg？每小时耗用的水蒸汽和冷却水各为多少kg？二、计算举例二、计算举例第七节第七节 稳态流动过程物能联合稳态流动过程物能联合衡算衡算解：根据题意画出流程示意图,并注明已知条件。第七节第七节 稳态流动过程物能联合稳态流动过程物能联合衡算衡算已知液态苯和氯苯的热容数据如下表所示：温

32、度温度/KCp/(kJ Jkg-1K-1)Hv/(kJ Jkg-1)氯苯氯苯苯苯氯苯氯苯苯苯2943053223393553723894051.2551.3391.4021.4431.5061.5691.6321.6741.6951.7361.7991.8831.9662.0292.0922.176325.43313.80302.17292.88395.18385.97371.92357.73第七节第七节 稳态流动过程物能联合稳态流动过程物能联合衡算衡算基准：每小时10000kg进料总物料衡算 F=D+W整个系统物料衡算10000=D+WW=6040 kgh-1 D=3960kgh-1 100

33、000.4=D0.995+(10000D)0.01100000.4=D0.995+W0.01苯的衡算 FxFi=DxDi+WxWi第七节第七节 稳态流动过程物能联合稳态流动过程物能联合衡算衡算冷凝器物料衡算 LbxLb=60400.01+Vb0.039L/D=6L=6D=63960=23760 kgh-1V=L+D=23760+3960=27720kgh-1再沸器物料衡算总物料衡算：Lb=W+Vb苯衡算：LbxLb=WxW+VbxVbLb=6040+Vb第七节第七节 稳态流动过程物能联合稳态流动过程物能联合衡算衡算总热量衡算 上式中Q水汽与Q冷凝为未知数，其它各项均为已知，所以仍然需要另外的方

34、程。选基准温度为294K，这样可以简化进料焓的计算。假定溶液是理想的，则热力学性质（焓和热容）可以加和。题中不包括功、位能或动能。因此 冷凝器的热量衡算 设基准温度为354K，这样可以简化计算，使L和D都不包括进去。假设产物是在冷凝器的饱和温度为354K时离开的。则有 解得：Q冷凝=1.09107kJh-1(放出的热量)VHv=BCp,水(T2T1)27720(395.180.995+325.430.005)=B4.187(333288.6)=Q冷凝 冷凝水用量 B=5.87104kgh-1忽略进冷凝器气体(处于露点状态)冷却到354K的显热第七节第七节 稳态流动过程物能联合稳态流动过程物能联

35、合衡算衡算水蒸气用量 用第步的总热量算式 Q水蒸气=3960109.2+6040158.6+1.09107 式中109.2和158.6分别为塔顶和塔底物料的焓（kJkg-1），它们如下方法计算：根据题中所给的苯、氯苯的CpT数据表，用数值积分法，算出塔顶各组分的焓HDi和塔底各组分的焓HWi：然后乘以相应的质量分数，即得塔顶、塔底物料焓（kJkg-1），具体计算数据如下表：第七节第七节 稳态流动过程物能联合稳态流动过程物能联合衡算衡算物质塔顶产物(354K)塔底产物(404K)名称质量分数 Hi/(kJkg-1)miHi /(kJkg-1)质量分数Hi/(kJkg-1)miHi/(kJkg-1

36、)苯氯苯0.9950.005109.384.2108.80.420.010.99204.9158.12.049156.51第七节第七节 稳态流动过程物能联合稳态流动过程物能联合衡算衡算 以上计算Q水蒸气的式子中，前两项塔顶与底产物的显热比第三项Q冷凝要小一个数量级。因此，计算时可以简化。假定塔顶产物D是纯苯，而塔底产物W是纯氯苯。现仍按上式计算 Q水蒸气=432432+957944+1.09107=1.23107kJh-1 由水蒸气表查得：404K的Hv=2175.7 kJkg-1。假定蒸汽离开时为饱和温度而不过冷，则再沸器的能量衡算式 Q水蒸气+LbHLb=VbHVb+WHWVb和Lb值可以

37、用再沸器的能量衡算和总物料衡算式联立解得。第七节第七节 稳态流动过程物能联合稳态流动过程物能联合衡算衡算 Vb和Lb值可以用再沸器的能量衡算和总物料衡算式联立解得。Vb=1.23107/293.5=41908kgh-1基准温度 404K能量衡算 1.23107+Lb1.632(10)=Vb(0.99292.88+0.01357.73)+W0物料衡算 Lb=W+Vb=6040+Vb1.23107（6040+Vb）16.32=293.5Vb1.231070.0099107=293.5Vb+16.32VbVb=1.22107/309.8=39380 kgh-1Lb=6040+39380=45420 kgh-1如果忽略Lb物料的焓，则误差约为7.7%