热量衡算1

283 353 353 323
H m,C6 H5CH3 g CP ,C6H5CH3 l dT HV ,C6H5CH3 CP ,C6H5CH3 g dT 42780 kJ/kmol
283 384
384
323
H m , C 6 H 6 l

323
283
3.3.2 热力学数据表及性质图
5.温熵图
查取不同压力下物质的沸点、饱和蒸汽焓（熵） 值、饱和液体焓（熵）值以及过热蒸汽焓（熵）值等。 主要在冷冻系统（动力循环系统）的设计中使用。
3.3.2 热力学数据表及性质图
6.蒸汽的焓熵图
3.3.2 热力学数据表及性质图
7.溶液的焓浓图
某些物料，如NaOH 和CaCl2等水溶液，在稀 释时明显放热。在进行这 类物料的热平衡计算时， 最方便的方法是使用焓浓 图。图中查得的焓值已包 括了浓缩热，不用再单独 计算浓缩热。
V1 0.241kmol V2 0.111kmol
L2 0.389 kmol
热平衡式 Q ni H mi 出 - ni H mi 入
各组分焓值的计算 输入： H m,C H l 0
6 6
H m,C6H5CH3 l 0
输出：
H m,C6 H6 g C P ,C6 H6 l dT H V ,C6H6 C P ,C6 H6 g dT 37602 .17 kJ/kmol
3.3.3 物理过程的热量衡算
例1 某锅炉产生800kPa的饱和水蒸汽，现有两股 不同温度的水作为锅炉进水，其中20℃的水流量为 80kg/min，60℃的水流量为50kg/min。试求锅炉 每分钟的供热量。
20℃、80kg ·min-1 60℃、50kg· min-1 800kPa水蒸气，130kg· min-1
3.3.3 物理过程的热量衡算
作业：
正己烷蒸汽于140℃、1atm在换热器中冷凝并过冷 到60℃，冷却水在换热器中由20℃加热至50℃，正 己烷的流率为1.5m3/min，计算所需的水量。忽略 热损失。已知正己烷的正常沸点 ，正常 Tb 342 K 沸点下的汽化热 。 各 组分热容： H v 28.87 kJ/mol
3.3 热量衡算
主要内容：
热量衡算的基本方法和步骤
物理过程的热量衡算
化学反应过程的热量衡算 热损失计算和加热剂与冷却剂
3.3 热量衡算
学习要求：
掌握热量衡算的基本方法和步骤；
掌握物理过程和化学反应过程的热量衡算 方法；
熟悉常用加热剂和冷却剂及适用温度范围。
3.3.1 热量衡算基本方法和步骤
C p ,C6 H 6 l 62.55 23.4 10 2 T
C p ,C6 H 6 g 36.21 48.46 10 2 T 31.56 10 5 T 2
C p ,C6H5CH3 l 157 0~50℃ C p ,C6H5CH3 l 165 0~100℃
③ 对于复杂过程，可列出所有进出口物料的组分 数量和焓值，每个量算出后将值填入表内。
1.无相变过程的热量衡算
3.3.3 物理过程的热量衡算
例2 在气体预热器内将含10%CH4和90%空气的混合 气由20℃加热到300℃，如气体流率为2000L/min（标 况），求气体预热器的加热功率为多少千瓦？ 常压下空气平均摩尔热容：29.63J/(mol· K) 25~300℃， 29.17J/(mol· K) 20~25℃ ； CH4(g)的恒压热容为
C P ,C6 H 6 l dT 5338 .08kJ/kmol
H m,C6H5CH3 l C P ,C6H5CH3 l dT 6280 kJ/kmol
283
323
进出口焓值表
于是 Q ni H mi 出 - ni H mi 入
0.241 37602 .17 0.111 42780 0.259 5338 .08 0.389 6280 17630 kJ
① 画出物料衡算简图，选取计算基准，进行物料衡算。 ② 在物料衡算简图上标明状态、相态。 ③ 选取基准态（指热力学函数的基准态）,列热平衡式。 ④ 列焓方程式，计算各流股中各组分的焓值，并代入 热平衡式中求解。 ⑤ 列热量衡算表。
3.3.2 热力学数据表及性质图
1.常用物质标准焓差数据表
以298K、101.3kPa的化合物作为基准，计算理 想气体不同物质、不同温差时的焓（变）值。
1 1 S2 S1
Q ni H mi 出 ni H mi 入
1 1
S2
S1
若第 i 股物流中 j 组分的摩尔焓为H mij ，共N个组分，则
U mi U mij xij
1 N
H mi H mij xij
1
N
3.3.1 热量衡算基本方法和步骤
3.热量衡算的方法和步骤
2000 89.3mol/min 则进料混合气体流率 n 22.4
其中CH4(g) nCH 89.3 0.1 8.93mol/min
4
空气 n空气 89.3 0.9 80.37 mol/min
热平衡式 Q ni H mi 出 - ni H mi 入 各组分焓值的计算：
C p ,CH 4 g 19.87 5.02 10 2 T 1.27 10 5 T 2 9.98 10 9 T 3 J/ mol K
解：以2000L/min(标)进料为计算基准，以101.33kPa、 20℃CH4(g)，101.33kPa、25℃空气为基准态。
热量衡算的理论基础 —— 能量守恒定律 (热力学第一定律 ) 1.能量平衡式

E Q W
E U EK EP
封闭体系 稳定流动体系
U Q W
H E K E P Q WS
对于没有功的传递，且动能和位能可忽略不计的设备， 如换热器，连续稳定流动过程的能量衡算主要体现在热量 衡算，且化工生产中热量消耗是能量消耗的主要部分。因 此，化工过程中的能量衡算主要是热量衡算。
输入
H m,CH 4 g 0
H m ,空气 C P ,空气 dT 29.17 293 298 -146J/mol
293 298
进出口焓值表：
输出
H m , CH
4
g
C P ,CH 4 dT 19.87 5.02 10 2 T 1.27 10 5 T 2 9.98 10 9 T 3 dT
故 Q 130 2769.1 80 83.96 50 251.13
340709 .7kJ/min
上面例题直接查取焓值计算，但只有极少数物 质（如水）可以从相关的手册中查取焓值，大多数 物质的焓值都不可能查到，因此这种方法在使用上 有很大的局限性。故对于物理过程的热量衡算通常 根据过程的特点分别采用热容、相变热、溶解热等 数据来计算过程的热量变化。 焓值的确定方法 查热力学图表 应用计算式，设计路径
C P ,正己烷(l) 215 .5J/(mol K)
C P ,H 2O(l) 75.4J/(mol K)
C P ,正己烷(g) 1.657 13.19 10 2 T 6.844 10 5 T 2 13.78 10 -9 T 3 cal/(mol K)
298 298
573
573
12090 J/mol
H m ,空气
5733 298
C P ,空气 dT 29.63573 298 8148 J/mol
于是
Q 8.93 12090 80.37 8148 - 8.93 0 - 80.37 - 146
解： 热平衡式 Q H n3 H m3 n1 H m1 n2 H m 2 以0℃液态水为基准态，查得
800kPa饱和水蒸汽焓值 H m3 2769 .1kJ/kg 20℃水焓值 H m1 83.96kJ/kg 60℃水焓值 H m 2 251 .13kJ/kg
3.3.3 物理过程的热量衡算
3.3.1 热量衡算基本方法和步骤
2.热量衡算式（热平衡式） 体系和环境无功交换，动能和位能可忽略， 热平衡式可表示为： 间歇体系(封闭体系)： Q U 连续体系(敞开体系)： Q H
S 2 股物流出，则热平衡式 如果一个体系有 S1 股物流进，
Q niU mi 出 niU mi 入
2.有相变过程的热量衡算
3.3.3 物理过程的热量衡算
例3 浓度为0.50（摩尔分数，下同）的苯、甲苯混 合液，温度为10℃，连续送入汽化室内，在汽化室内 混合物被加热至50℃，压力为4.6kPa。液相中苯的浓 度为0.40，汽相中苯的浓度为0.684。问1kmol进料要 多少热量？ 查得各组分的摩尔热容： 单位 J/(mol· K)
H v ,C H CH 33470
6 5 3
解：
以1kmol进料为计基准，以10℃C6H6(l)，10℃C6H5CH3(l) 为基准态。
物料衡算： 总物料 苯
V L 1
L 0.648 kmol L1 0.259 kmol
0.684V 0.4 L 0.5
解得： V 0.352 kmol
1.无相变过程的热量衡算
3.3.3 物理过程的热量衡算
• 用于计算物料温度变化所需加入或取出的热量， 如加热和冷却过程。 • 计算式 QV U n T CV dT
2
T1
• 注意
Q p H n C p dT
T1
T2
① 应用平均摩尔热容时注意温度范围； ② 选择基准态时以计算简化为原则；