第四章 物质平衡及热平衡-资料
热力学与统计物理第四章
(4.9)
式(4.9)表明，整个系统达到平衡时，两相的温度、压力和化学势 必须相等, 这就是复相系统的平衡条件。 如果平衡条件未被满足，复相系统将发生变化。变化朝着熵增加 的方向进行。如果热平衡条件未能满足，变化将朝着
的方向进行。
1 1 U 0 T T
例如，当T T 时，变化朝着U 0 的方向进行。 即能量将从高温的相传递到低温的相去。
1 p p 1 U V n T T T T T T
当整个系统达到平衡时，总熵有极大值
(4.7)
S 0
考虑到式（4.7）中的 U 要求
设T，p和T dT, p dp 是两相平衡曲线上邻近两点， 在这两点
上两相的化学势相等：
T , p T , p
T dT, p dp T dT, p dp
两式相减得
d d
（4.11）
式（4.11）表示，当沿着平衡曲线由（T，P）变到（T+dT,p+dp） 时，两相化学势的变化相等。
第四章 相平衡
第四章
相平衡
本章将讨论多组元复相系统
相的定义：系统中物理性质相同的部分，称为一个相。 如果系统是由多相组成的，则该系统称为复相系。在复相 系中可能发生相转变过程。这个过程简称为相变。 当系统参量在某个值附近作微变动时，系统的某些物理性 质发生显著的跃变的现象，称该系统经历了相变。 在相变过程中，物质可以由一相变到另一相，因此一个相 的质量或摩尔数是可变的，这时系统为开系。
两相边界线为相平衡曲线。 如图中1和2两相的平衡曲线称为 气化曲线AC。在气化线上气液两 相可以共存。
《物料平衡和热平衡》课件
硝酸制备过程的物料和热平衡案例
讨论硝酸制备过程中物料平衡和热平衡的实际 案例，包括计算方法和相关工程应用。
结论
1 物料平衡和热平衡对工程用的重要意义
总结物料平衡和热平衡在工程设计和优化中的关键作用和重要性。
2 未来研究方向
探讨物料平衡和热平衡领域的未来研究方向，以及可能的创新点和应用领域。
《物料平衡和热平衡》 PPT课件
通过本课件，我们将深入探讨物料平衡和热平衡在工程中的重要性以及计算 方法。让我们一起开始这个有趣而富有挑战性的主题吧！
引言
研究对象
分析和衡量物料平衡和热平衡在工程中的应用和作用。
目的和意义
探讨物料平衡和热平衡对于工程设计和过程优化的重要性。
物料平衡
概念和假设
介绍物料平衡的定义以及在计算中所需要的假 设条件。
物料平衡计算方法
讨论不同的物料平衡计算方法，包括操作前后 物料总量差异法、原材料平衡法和方程式法。
热平衡
概念和假设
解释热平衡的定义以及在计算中所做的假设条 件。
热平衡计算方法
介绍热平衡的计算方法，包括热量平衡方程、 外传热量计算方法和蒸汽平衡法。
应用Hale Waihona Puke 例乙烯制备过程的物料平衡案例
展示乙烯制备过程中物料平衡的具体案例，以 及相关计算方法和结果分析。
热力学中的热平衡
热力学中的热平衡热力学是研究物质能量转化规律的学科，而热平衡则是热力学中一个重要的概念。
本文将为您详细介绍热力学中的热平衡，包括定义、影响因素以及热平衡的稳定性等内容。
一、定义热平衡是指热力学系统中温度处于相等状态的一种平衡。
当两个物体处于热平衡状态时，它们之间不会发生热量的传递，即它们的温度相等。
在热力学中，一个孤立系统可以包括多个热平衡系统。
而一个热平衡系统则是指一个系统的温度在空间运动中保持正比例的均匀性的状态。
二、影响因素热平衡的形成取决于以下几个因素：1. 温度：温度是系统热平衡的核心影响因素。
只有当物体之间的温度相等时，才能达到热平衡状态。
热量会从高温区域向低温区域自发传递，直到两者温度相等为止。
2. 热量交换：热平衡的形成还需要有热量交换的过程。
物体之间通过热传导、辐射或对流等方式来交换热量。
当热量交换达到平衡状态时，就可以实现热平衡。
3. 绝热条件：绝热条件是热平衡的前提之一。
当物体之间没有热量交换，即没有能量输入或输出时，才能实现真正的热平衡。
三、热平衡的稳定性热平衡的稳定性与系统的各项性质和外界条件有关。
以下是几个与热平衡稳定性相关的因素：1. 系统容量：热平衡与系统的容量有关。
系统容量越大，稳定性越好，温度变化较小。
而系统容量越小，温度变化较大，热平衡状态更容易被打破。
2. 热传导性：物体的热传导性能对热平衡的稳定性也有影响。
热传导性能越好，热交换越顺畅，稳定性越高。
3. 外界干扰：外界干扰是破坏热平衡的主要因素之一。
例如，高温物体接触到低温物体会导致热量传递，进而破坏热平衡。
四、热平衡与热力学第零定律热平衡与热力学第零定律存在密切关系。
热力学第零定律指出，如果物体A与物体B分别与物体C达到热平衡状态，那么物体A和物体B之间也处于热平衡状态。
热力学第零定律是热平衡状态的基础，通过判断物体与其他物体的相互关系，可以确定是否达到热平衡状态。
五、总结热平衡是热力学中一个重要的概念，它描述了一个系统中温度相等的状态。
热力学平衡条件与热平衡定律
热力学平衡条件与热平衡定律热力学是一门研究物质内部热现象与能量转化的学科，它描述了自然界中能量的转移与转化的规律。
在热力学中，热平衡是一个重要的概念。
本文将探讨热力学平衡条件与热平衡定律，以及它们在热力学系统中的应用。
一、热力学平衡条件在热力学中，热力学平衡是指系统达到稳定状态，其各个部分之间的宏观性质不随时间变化。
具体而言，系统的温度、压力、物质组成等宏观性质保持不变，而微观粒子之间仍然存在着运动和相互作用。
为了实现热力学平衡，系统需要满足以下条件：1. 温度平衡：系统内各个部分的温度相等，不存在温度梯度。
2. 压力平衡：系统内各个部分的压力相等，不存在压力差。
3. 化学势平衡：系统内各个部分的化学势相等，不存在化学势差。
当系统满足以上三个条件时，热力学平衡就得以实现，系统处于稳定状态。
二、热平衡定律热平衡定律是热力学中的基本定律之一，它描述了热力学系统达到平衡状态时的性质。
热平衡定律有以下几个重要的方面：1. 热接触：当两个热力学系统处于热接触状态时，它们之间会存在能量的交换。
根据热平衡定律，当两个系统达到热平衡时，它们之间不再发生净热能交换。
2. 热平衡状态的唯一性：在孤立系统中，当系统达到热平衡状态时，它的各个部分之间的宏观性质保持一致，只有一个可能的平衡状态。
3. 热力学温标：热平衡定律提供了建立热力学温标的方法。
根据热平衡定律，当两个系统通过热接触达到热平衡时，它们的温度是相等的，因此可以将两个系统的温度定义为相等的。
热平衡定律为热力学建立了一个可靠的基础，为系统的温度测量提供了依据，并支持热力学理论在实践中的应用。
三、热力学平衡条件与热平衡定律的应用热力学平衡条件与热平衡定律在热力学系统的分析中起着重要的作用。
它们可以帮助我们理解和描述热现象，解释能量转移与转化的规律。
在工程领域中，热力学平衡条件与热平衡定律被广泛应用于设计与优化热能设备。
通过保持系统内部的热力学平衡，我们可以最大程度地提高能量利用效率，减少能量的浪费。
火法冶金过程中的物质平衡与热平衡
2
在火法冶金过程中，物质平衡是指金属原料、辅 助材料、中间产物和最终产品之间的数量关系。
3
物质平衡是火法冶金过程中的重要概念，它有助 于理解反应过程、优化工艺参数和提高金属回收 率。
火法冶金过程中的物质平衡
火法冶金过程中涉及多种化 学反应，如还原、氧化、硫 化、氯化等，这些反应过程 中各种物质的量变化需满足
总结词
热量过度消耗是火法冶金过程中 的一个重要问题，它不仅增加了 能源成本，还可能对环境产生负 面影响。
详细描述
在火法冶金过程中，由于高温反 应和长时间加热，热量容易过度 消耗。这会导致能源成本增加， 同时还会产生大量的废气和废渣 ，对环境造成污染。
解决方案
为了减少热量过度消耗，可以采 取一系列措施，如优化加热制度 、回收余热、使用高效耐火材料 等。此外，采用先进的工艺和设 备也是提高能源利用效率和减少 环境污染的重要手段。
在火法冶金过程中，由于各种 原因（如反应不完全、挥发损 失、渣中溶解损失等），物质 平衡往往会被打破。这会导致 金属回收率降低，副产品过多 ，以及能耗增加等问题。
为了解决物质平衡偏离的问题 ，可以采取一系列措施，如优 化配料比、改进操作条件、使 用高效分离技术等，以提高金 属回收率和产品质量。
热量的过度消耗
一定的平衡关系。
物质平衡分析有助于确定最 佳的原料配比、反应温度和 时间等工艺参数，提高金属
的回收率和产品质量。
通过物质平衡分析，可以发 现潜在的副反应和废物产生 ，从而采取措施减少环境污 染和资源浪费。
物质平衡计算
01
物质平衡计算是确定反应过程中各种物质的平衡状态的关键步 骤。
02
计算过程需收集反应物和产物的化学组成数据，通过建立数学
第四章 相平衡
• 例 :在某温度下 , 体系中 PCl5(g)部分分解产生了一定量的 PCl3(g)
和Cl2(g) 并达到了化学平衡, 体系中独立的化学反应数R为多少?
组分数K是多少？
• 体系中只存在下面一个化学反应:
PCl5(g)= PCl3(g) + Cl2(g) • 该体系中独立的化学反应数R=1
• 该体系中物种数S=3
• 解: 有反应: S=3 R=1 R’= 1 分解反应平衡 [p(NH3)=p(H2S)] NH4HS(s) = NH3(g) + H2S(g)
∴
K=3－1－1=1
f = K－ + 2=1－2 + 2=1
• 即此体系的温度和压力两变量中只有一个是独立的 . 体系的温度 固定时, NH4HS的分解压力一定,故体系的压力恒定; 反之,若体系 的压力一定,体系的温度必也被确定.
吉布斯相律
• 相律的物理含义是:
体系的自由度等于体系的独立组分数 K 减去相数 再加上环境变量数2(温度和压力).
• 在某些特殊条件下, 环境变量不仅仅为温度和压力, 可能 存在其它变量, 故相律更一般的可表达为:
f=K– +n
• 式中: f为体系的自由度;
K为组分数;
为相数;
n为环境变量数, 一般情况下n=2(T, p).
• 独立组分数(K), 简称为组分数, 指确定体系组成所必须
的变量数.
• 定义:
K=S－R－R’
• S：物种数, R：独立的化学反应数, R’：浓度限制数
• 独立的化学反应数 (R): 一个多相系统存在多个反应时 ,
• 浓度限制数(R’): 同一相中存在的浓度之间的关系。
独立的化学反应指不能由其他反应组合推导出来的反应.
热力学热平衡定理
热力学热平衡定理在热力学中，热平衡定理是一个重要的原理，它对于了解物质系统的热平衡状态以及能量传递和转化的规律具有重要意义。
本文将对热平衡定理进行详细介绍。
热平衡定理是热力学第零定律的具体表述之一。
根据热平衡定理，如果两个物体分别与第三个物体处于热平衡状态，那么这两个物体之间也一定处于热平衡状态。
这就意味着如果我们将一个冷物体和一个热物体放在一起，经过一段时间后它们会达到热平衡状态，即两个物体的温度相等。
热平衡定理可以通过实验进行验证。
我们可以用两个温度不同的物体接触一段时间，然后用温度计测量它们的温度。
如果温度计的读数在一段时间内不变，那么可以认为这两个物体达到了热平衡状态。
热平衡定理对于理解能量传递和转化也很重要。
根据热平衡定理，热量会从温度较高的物体传递给温度较低的物体，直到它们达到热平衡。
这是因为热量是一种能量传递的形式，它会使温度不平衡的系统趋向于平衡。
除了热传递，热平衡定理还可以应用于其他类型的能量转化，比如机械能转化为热能。
根据热平衡定理，当一个物体具有机械能时，它会逐渐失去机械能并转化为热能，直到最终达到热平衡状态。
热平衡定理还可以解释为什么冷热物体接触会发生温度变化。
当一个冷物体与一个热物体接触时，根据热平衡定理，热量会从热物体传递给冷物体，使得冷物体的温度升高，热物体的温度降低，直到它们达到热平衡状态。
总之，热平衡定理是热力学中非常重要的一个定律，它对于理解物质系统的热平衡状态以及能量传递和转化的规律具有重要意义。
通过实验证实和理论推导，我们可以得出热平衡定理的准确表述，并将其应用于各种物质系统的热力学分析中。
热平衡定理为我们研究和应用热力学提供了重要的基础和指导。
《物料平衡和热平衡》课件
热平衡描述的是一个系统或环境在不受外界影响或外界影响可以忽略不计的情况下，热量自然传递和分布达到的稳定状态。在这种状态下，系统内部各部分之间的温度差很小，系统内部热量的传递速率与外界对系统热量传递的速率相等，系统内部温度呈现均匀分布。
详细描述
总结词：热平衡的应用非常广泛，涉及到工业生产、环境保护、能源利用等多个领域。例如，在工业生产中，需要控制温度、压力等参数以达到最佳的生产效果；在环境保护中，需要研究大气、水体等自然环境的热平衡状态，以了解其对人类生存的影响；在能源利用中，需要研究各种能源转换和利用过程中的热平衡问题，以提高能源利用效率。
总结词
在环境科学领域，物料平衡和热平衡是研究污染物迁移转化机制的重要工具。
详细描述
在环境科学研究中，物料平衡和热平衡技术被广泛应用于污染物迁移转化机制的研究。通过物料平衡分析，可以了解污染物在环境中的分布和迁移规律，预测其对生态系统的影响。热平衡技术则可以帮助研究污染物在环境中的扩散、吸附、降解等过程，为污染治理和环境保护提供科学依据和技术支持。
数据处理
使用数据采集和处理系统，对实验数据进行处理和分析，得出实验结果。
实验总结
根据实验结果，总结实验结论，评估实验效果，提出改进意见。
物料平衡和热平衡的实际应用
总结词
在化工生产中，物料平衡和热平衡是关键的工艺控制要素，对产品的质量和产量具有重要影响。
要点一
要点二
详细描述
在化工生产过程中，需要精确控制原料的投入和产物的输出，以实现最佳的工艺效果。物料平衡通过对原料和产物的数量和质量进行监测和控制，确保生产过程中的物质守恒，从而提高产品的纯度和收率。热平衡则涉及到反应过程中的热量传递和利用，通过对温度、压力等工艺参数的调节，优化反应条件，提高能源利用效率和产品质量。
热力学平衡的三个条件
热力学平衡的三个条件热力学平衡是指系统内部的各种宏观性质保持不变的状态。
系统在达到热力学平衡时，会满足以下三个条件：热平衡、力学平衡和相平衡。
热平衡是指系统内部各个部分之间的温度相等，并且不会发生热量的传递。
在热平衡状态下，热量的传递只会发生在系统和外界之间，而不会在系统内部发生。
这意味着系统内部没有热量的流动或传导，使得系统的温度保持不变。
力学平衡是指系统内部各个部分之间的力平衡。
在力学平衡状态下，系统内的各个部分之间的力相互抵消，不会产生任何净力。
这意味着系统内部不存在任何未平衡的力，系统的各个部分保持相对静止或稳定的状态。
相平衡是指系统内不同组分之间的物质平衡。
在相平衡状态下，系统内各个相之间的物质的组成和浓度保持不变。
这意味着系统内不会发生物质的转移或相变，使得系统的组成保持稳定。
热平衡、力学平衡和相平衡是热力学平衡的三个关键条件，它们相互作用并共同决定了系统的平衡状态。
热平衡保证了系统内部的温度均一，力学平衡保证了系统内部的力平衡，相平衡保证了系统内各个相之间的物质平衡。
这三个条件之间的关系是相互依存的。
如果系统不满足其中任何一个条件，那么系统就无法达到热力学平衡。
例如，如果系统内部存在温度差异，那么热量就会从高温区域流向低温区域，导致系统无法达到热平衡。
同样地，如果系统内部存在未平衡的力，那么系统的各个部分就会发生运动，无法达到力学平衡。
而如果系统内部存在物质的转移或相变，那么系统的组成就会发生变化，无法达到相平衡。
热力学平衡的三个条件是热力学研究的基础，也是热力学定律的重要基础。
在实际应用中，我们经常需要通过控制和调节温度、力的平衡以及物质的平衡来实现系统的平衡状态。
只有在热力学平衡的条件下，我们才能准确地描述和预测系统的行为和性质。
热平衡、力学平衡和相平衡是热力学平衡的三个关键条件。
它们相互作用并共同决定了系统的平衡状态。
热力学平衡的实现需要满足这三个条件，而违背任何一个条件都会导致系统无法达到平衡状态。
2物质平衡和热平衡
1kg硫完全燃烧产生
22.4 32
m
3
的SO2,Sy/100kg硫产生
的SO2为
22.4 × S y = 0.7 S y
32 100 100
VRO2
= VCO2
+ VSO2
= 1.866 C y + 0.7 S y 100 100
= 1.866 K y 100
其中， K y = C y + 0.375S y
Vk = α或β V0
α——用干烟气量的计算 β——用干空气量的计算
7
【1】 理论烟气量Vy0的计算
完全燃烧——燃料中的可燃物质被全部燃烧 干净，即燃烧所生成的烟气中不再含有可燃 物质时的燃烧。 理论烟气量——燃料在供给理论空气量的情 况下完全燃烧后所产生的烟气量，m3/kg。
8
理论烟气量应由 VCO2 、VSO2 、VH02O （理
实际运行锅炉的烟气量确定：首先，用烟 气分析仪测出烟气中各种成分的容积百分数， 并据此计算出锅炉的干烟气量Vgy，其次，用 计算方法求得烟气中的实际水蒸汽量VH2O(一 般燃烧对其影响不大)，随后两者加和求得Vy。
17
【3】干烟气量Vgy的计算
C略燃O不料、计不H。完2及全C燃mH烧n等时。的H燃2烧及产Cm物H有n含C量O2很、小SO，2、可忽
只要能求得烟气中的N2，便可以通过式(*)求得CO的
容积百分数。
N2来源于燃料及实际供给的空气，即：
N2
=
N
r 2
+
N
k 2
其中
N
r 2
=
Vr N2
Vgy
×100
=
22.4 × N y × 1 28 100 Vgy
物质平衡与热平衡概述
是以0℃为焓值零点，即t＝0℃时，焓值为零。
（3）焓值的大小还与载热体及其量有关。 对于气体，通常将1气体的焓值称为比焓，单 位是KJ/Nm3。在锅炉热力计算中，通常以每kg 计算燃料为基准来计算焓值。在锅炉热计算中， 焓的单位为KJ/Kg。
ky " py
空气侧风平衡
l"
' ky "
热风道在无泄漏情况下的风平衡按下式计算：
l l l
如果对流烟道各处漏风系数的总和为 ，炉 膛出口过量空气系数为 l ，则烟气离开锅炉 时，排烟的过量空气系数增为
py l ky
py l gr sm ky
2.1.2 工质侧物质平衡
排污率 pw
即为排污水量占蒸汽量的百分比。
Dgs
1
pw
100
D
Dzy
如 Dzy 0 则：
Dgs
1
pw
100
D
2.2 空气焓及烟气焓计算
目的
计算焓的目的是为了求出作为热载体的空气 或烟气由某一温度被加热或者冷却到另一温 度时吸收或者放出的热量。
➢ 影响焓值的因素
（1） 焓值是温度和压力的函数，但对锅炉范 围内的空气和烟气，其压力变化不大，所以计算 时忽略压力的影响，认为焓只是温度的单值函数。
C yh 100 C yh
a fh
C fh 100 C fh
32700 Aar Qr
,%
a yl alh a yh a fh 1
对于煤粉炉
q4
alh
Clh 100 Clh
a
yh
C yh 100 C
第4章-物质平衡及热平衡学习资料
第4章-物质平衡及热平衡第4章 物质平衡及热平衡1.什么是理论空气量？如何计算？1kg 固体及液体燃料完全燃烧并且燃烧产物（烟气）中午自由氧存在时，所需要的空气量成为理论空气量。
标准状态下的理论空气量可根据燃料中C 、S 、H 等可燃元素所需要的氧气量计算得到。
2.什么是实际空气量？什么是过量空气系数？实际送入锅炉的空气量称为实际空气量。
实际空气量与理论空气量的比值称为过量空气系数。
3.燃料的燃烧产物（烟气）中都有哪些成分？理论烟气的组成为CO 2、SO 2、N 2和H 2O 。
前三种组成合在一起称为干烟气，包括H 2O 在内的烟气称为湿烟气。
当有过量空气时，烟气中除上述组分外，还含过量的空气。
若燃烧不完全，则除上述组分外，烟气中还将出现CO 、CH 4和H 2等可燃成分。
4.烟气的成分组成是如何表示的？每种成分的容积用符号V 和下角标注以该成分的分子式来表示，如2CO V 、2SO V 、2O V 、2N V 、0H 2V 、CO V 分别表示每千克燃料燃烧后所生成烟气中二氧化碳、二氧化硫、未参加燃烧反应的剩余氧气、氮气、水蒸气、一氧化碳的容积。
烟气的成分组成，是用烟气中某种成分的容积占干烟气容积的百分数来表示，并直接用用该成分的分子式书写。
所谓干烟气体积Vgy 是指烟气中除水蒸气外其他各成分体积之和。
5.奥氏烟气分析仪式根据什么原理分析烟气成分的？某些化学药剂对气体具有选择性吸收的特性，如将一定量的烟气（通常为100mL ）反复多次流经这些药剂时，其中某一成分的气体便与之反应而被吸收，通过在等温等压条件下对气体减量的测定，便可获得该气体的体积分数。
6.什么是燃烧方程式？燃料燃烧是可燃物与氧的化合反应。
燃烧后生成的烟气成分组成与燃料的干燥无灰基元素成分之间，必然存在一定规律，并满足一定的方程式，此方程式就称燃烧方程式。
利用燃烧方程式可以推算出烟气中CO 的含量，可以分析出烟气中RO 2与O 2的变化关系等。
火法冶金过程中的物质平衡与热平衡
火法冶金概述物质平衡在火法冶金过程中的作用热平衡在火法冶金过程中的作用火法冶金过程中的物质与热量流动
目录
CONTENT
火法冶金过程中的物质平衡与热平衡优化结论与展望
目录
CONTENT
火法冶金概述
01
火法冶金是指通过高温反应将矿石中的有价元素转化为金属或其化合物的过程。
05
通过提高热效率和能量回收率，降低冶金过程中的能源消耗。
降低能耗
优化配料和工艺参数，提高有价金属的回收率。
提高金属回收率
降低烟气、废水和固废的产生，实现清洁生产。
减少污染物排放
通过优化工艺和降低能耗，降低生产成本。
降低成本
某铜冶炼厂的物质平衡与热平衡优化
通过采用高效熔炼技术和余热回收技术，实现了能源消耗的降低和金属回收率的提高。同时，采用清洁生产技术，有效降低了污染物排放。
减少环境污染
通过优化热平衡，可以降低废气、废渣的产生量，减少对环境的污染。
03
02
01
案例一
某炼钢厂的转炉热平衡分析。通过测量各物料流量、温度，以及烟气、炉渣等产物的温度和成分，分析转炉的热收入和热支出，提出优化措施。
案例二
某铜冶炼厂的闪速熔炼过程热平衡改进。通过改进燃料配比、提高余热回收效率等措施，实现热平衡的优化，降低能耗并提高产量。
03
02
01
古代炼铁
古代炼铁主要采用木炭作为还原剂，工艺简单但效率低下。
近代炼钢
随着焦煤的发现，炼钢工艺得到了改进，提高了钢的质量和产量。
现代有色金属冶炼
随着科技的发展，现代有色金属冶炼技术日趋成熟，实现了大规模、高效、环保的生产。
物质平衡在火法冶金过程中的作用
热平衡的名词解释
热平衡的名词解释热平衡是一个物理学中重要的概念，指的是在一个封闭系统中，各个部分之间的热量传递达到均衡状态。
当系统中的能量转移停止，温度达到一致时，我们就可以说该系统达到了热平衡状态。
在我们日常生活中，热平衡体现在许多方面。
举个例子来说，如果在一个封闭的房间里将一杯滚烫的咖啡放置一段时间后，咖啡的温度逐渐会与房间的温度趋于一致。
这是因为由于温度差异，热量会从高温的咖啡流向低温的空气，直到两者达到热平衡。
热平衡的达成需要满足两个基本条件：热量的传递和温度的均衡。
首先，热量的传递是通过三种方式进行的：传导、对流和辐射。
传导是物质直接接触时的热量传递，例如将一根铁棒的一端放入火中，热量将从火源通过铁棒传递到另一端。
对流是在液体或气体中由于粒子的运动而传递热量，如在锅中煮水时，热水上升，冷水下沉，形成对流循环。
辐射是通过电磁波的传播进行的，例如太阳辐射出来的热量通过空气和大气层传递到地球表面。
其次，温度的均衡是热平衡达成的另一个条件。
温度是物体内部分子或原子的平均动能的度量。
当两个物体的温度不同，热量会从高温物体流向低温物体，直到两者的温度相等。
这是因为分子或原子的热运动会导致它们与周围物质发生碰撞，从而造成热量的传递。
为了更好地理解热平衡的概念，我们可以运用热平衡的原理解释一些常见现象。
例如，在烹饪中，当我们用水煮东西时，通常会调低火候，以保持锅中的温度稳定。
这是因为通过减慢热量的传递速度，我们可以更好地控制食物的烹饪过程，使其均匀受热。
另外，热平衡也是理解天气现象中温度差异的重要概念。
气候系统中的气体、海洋和陆地相互作用，形成了一个复杂的热平衡系统。
这种系统中，当高温空气与低温空气相遇时，会引起气流的对流和变化。
通过了解热平衡的原理，我们可以更好地理解气温的变化、风的形成以及各种天气现象的产生。
除了在自然界中的应用外，热平衡在工程和科学研究领域也有广泛的应用。
在建筑工程中，设计师需要考虑如何通过合理的隔热材料和空调系统来实现建筑物的热平衡，以提供舒适的室内环境。
化学平衡与热平衡的关系
化学平衡与热平衡的关系化学平衡和热平衡是化学反应中两个重要的概念。
化学平衡是指在封闭系统中反应物与生成物浓度达到一定比例时，各物质的物质守恒以及化学动力学的相对稳定状态。
而热平衡则是指封闭系统中各处温度保持恒定，不发生热量的净交换。
化学平衡和热平衡之间存在密切的关系。
在化学反应过程中，反应体系会产生或吸收热量，这直接影响到反应的热平衡。
下面将通过一些具体的例子来探讨化学平衡和热平衡之间的关系。
首先，考虑一个放热反应的化学平衡过程。
以气相反应A(g)+B(g)→C(g)为例，该反应是放热反应，即反应过程中会释放热量。
当反应初始时，反应物A和B的浓度高于平衡浓度，反应进行，生成物C的浓度逐渐增加，反应物的浓度逐渐降低。
当达到一定浓度时，反应速率与反应物浓度的变化达到动态平衡，即开始形成化学平衡。
此时，反应物与生成物浓度的比例保持不变。
同时，在整个反应过程中，由于放热反应的特性，反应体系会有热量的释放，导致温度升高。
当反应达到化学平衡后，由于反应物与生成物的浓度不再发生变化，温度也保持恒定，达到热平衡状态。
反之，对于吸热反应的化学平衡过程，即气相反应D(g)+E(g)←F(g)，反应过程会吸收热量。
当反应初始时，反应物D和E的浓度高于平衡浓度，反应进行，生成物F的浓度逐渐增加，反应物的浓度逐渐降低。
当达到一定浓度时，反应速率与反应物浓度的变化达到动态平衡，开始形成化学平衡。
与放热反应不同的是，这种吸热反应会导致反应体系温度下降，因为反应过程中需要吸收热量。
而在化学平衡状态下，反应体系中正好吸热量与放热量相等，保持热平衡。
此外，化学平衡和热平衡之间还存在相互影响的关系。
在反应过程中，如果增加了温度，将会改变反应平衡。
根据Le Chatelier原理，对于放热反应，增加温度会导致平衡向右移动，即生成物C的浓度增加；而对于吸热反应，增加温度会导致平衡向左移动，即反应物D和E的浓度增加。
这意味着，在不改变反应物与生成物浓度的情况下，改变温度会变化化学平衡。
热力学的热平衡与热力学均衡
热力学的热平衡与热力学均衡热平衡和热力学均衡是热力学领域中的两个重要概念。
在本文中，我们将探讨这两个概念的含义、特征以及它们之间的关系。
一、热平衡的定义及特征热平衡是指两个或多个物体之间没有热量传递的状态。
换句话说，当两个物体之间没有热量流动时，它们被认为是处于热平衡状态。
要实现热平衡，需要满足以下几个条件：1. 温度相等：在热平衡状态下，参与热交换的物体之间的温度必须是相等的。
这是因为热量是从高温物体流向低温物体的，只有当它们的温度相等时，才能达到热平衡。
2. 热量传递停止：在热平衡状态下，物体之间的热量传递停止。
这意味着热平衡状态下，没有热量的净传递。
虽然物体之间可能存在微小的热量传递，但这种传递是平衡的，即传递热量的速率与吸收热量的速率相等。
3. 系统无扩散：在热平衡状态下，物体之间的粒子扩散停止。
这意味着热平衡状态下，物体中的粒子不会自发地从一个物体扩散到另一个物体。
二、热力学均衡的定义及特征热力学均衡是指系统中所有宏观性质都保持不变的状态。
在热力学均衡状态下，系统的各种宏观性质（如温度、压力、物质组成等）都保持恒定，不随时间变化。
要实现热力学均衡，需要满足以下条件：1. 内部平衡：热力学均衡要求系统内部各部分之间的性质相同。
这意味着系统中的不同区域之间不存在温度或浓度梯度。
例如，一个封闭的容器内，各处的温度必须相等。
2. 外部平衡：热力学均衡要求系统与外界的性质相同。
这意味着系统和周围环境之间没有温差、压差或者浓度差。
系统与外界之间达到了平衡状态，没有物质和能量的交换。
三、热力学的热平衡与热力学均衡的关系热平衡是热力学均衡的一种特殊情况。
在热平衡状态下，系统不仅在宏观上保持稳定，同时也在微观上达到了平衡。
也就是说，热平衡是热力学均衡的一种特殊形式。
热平衡通常是通过热量传递实现的，而热力学均衡不仅包括热平衡，还包括物质和能量的平衡。
在自然界中，热力学均衡是趋向于稳定状态的结果。
系统会通过热量传递、物质扩散、能量转化等过程，逐渐趋向于达到热力学均衡状态。
第四章相律
Ｋ=Ｓ-Ｒ-Ｒ`
Ｒ`: 浓度限制条件
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如：PCl5,PCl3,Cl2三种物质组成系统中,若指定 mol(PCl3)/mol(Cl2)=1,或开始时只有PCl5,则平衡时 mol(PCl3)/mol(Cl2)=1.
PCl5 = PCl3 + Cl2
Ｋ=Ｓ-Ｒ-Ｒ`
如：由PCl5,PCl3,Cl2三组成的系统,
PCl5(g)=PCl3(g)+Cl2(g)
只要确定两种物质,则第三种物质就必然 存在,所以只有两种物质是独立的。
这时:Ｓ=３,Ｋ=２３.
● 物质间存在化学平衡时:Ｋ=Ｓ-Ｒ
Ｒ——独立的化学平衡数
注意！
现在你正浏览到当前第六页，共五十八页。
例如：由C(s),CO(g),CO2(g),H2O(g),H2(g)
压力为52kPa时的沸点； （2）293K时苯的饱和蒸汽压。
lnp2 vapHm(11)
在不同相之间,浓度限制条件不成立： 例如：
CaCO3 = CaO + CO2
CaCO3的分解,mol(CaO)/mol(CO2)=1,但是由于 一个是固相一个是气相浓度限制条件 不成立,Ｋ=２１.
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●物种数Ｓ随着考虑问题的角度不同 而不同,但系统的Ｋ值总是一样的.
现在你正浏览到当前第七页，共五十八页。
★ 若系统中有特殊的浓度限制条件： 例如：由HI(g)、H2(g)、I2(g)组成
的系统中，独立组分数？
HI= H2 + I2 K=S -R K=2
若：反应前只有HI(g),达到平衡时，体系 的独立组分数K = ?
Ｋ=3-1-1 = 1
热力学平衡状态
热力学平衡状态
热力学平衡状态是指一个系统在热力学上达到的一种稳定状态，即系统内部各个物理量以及系统与外界的交互满足一定的平衡条件。
这个状态可以通过热平衡、力学平衡以及化学平衡三个方面来描述。
下面是具体的内容：
1. 热平衡
热平衡是指系统内部各个部分之间的温度达到了一定的平衡状态，即热量在机械上、化学上以及任何其他方式上的扩散停止了。
在热平衡时，系统中不存在任何热流或温度梯度。
这个状态可以通过热传导方程和热力学第二定律来描述。
2. 力学平衡
力学平衡是指系统内部各个部分之间的力和压力达到了一定的平衡状态。
在这个状态下，系统内部的各个物质部分都不会发生任何相对变化，也就是说，它们之间不存在任何形式的加速度或相对运动。
这个状态可以通过牛顿第二定律以及能量守恒定律来描述。
3. 化学平衡
化学平衡是指在一个封闭体系内，当已知其他物质的量时，原系统中各个物质的浓度均保持不变。
换句话说，就是在某个温度和压力下，反应物在反应时达到了一定的平衡浓度，并且反应速率也一定。
这个状态可以通过化学反应平衡常数和化学动力学方程来描述。
总之，热力学平衡状态是一个系统中所有物理量达到平衡的状态，其中热平衡、力学平衡和化学平衡是三个方面不可或缺的要素。
在各种物质变化中，热力学平衡状态只是其中的一个过程。
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实际空气量为理论空气量与过量空气量之和。
2020/5/7
二、过量空气系数和漏风系数
实 际 空 气 量 与 理 论 空 气 量 的 比 值 称 为 过 量 空 气 系 数 ，
用 或 β 表 示 ， 即
V V0
或
V
V0
通常所指的过量空气系数是炉膛出口处的值
41.008 100
100
硫完全燃烧时所需要的氧气量为
22.4 Sar 0.7 Sar
m3
32 100 100
每kg燃料中本身所包含的氧量为
22.4 Qar 0.7 Qar
m3
32 100 100
2020/5/7
每kg燃料完全燃烧时，所需要的氧气量为： 1.86C6ar5.55Har0.7Sar0.7Qar m3 100 100 100 100
下 气 体 燃 料 燃 烧 所 需 要 的 理 论 空 气 量 V0 。
V 0 0 . 1 2 0 .1 5 H 2 0 .5 C O m n 4 C m H n 1 .5 H 2 S O 2
式中
V 0 ——理论空气量(干空气/干燃气)，m3／m3；
H 2 , CO, Cm H n , H 2 S, O2 ——燃气中各种可燃组
第四章 物质平衡及热平衡
§4—1燃烧所需空气量 一、理论空气量 二、实际空气量 三、过量空气系数 §4—2燃烧产物及其计算 一、理论烟气量和实际烟气量
§4—3燃烧温度和烟气焓 ห้องสมุดไป่ตู้、 燃烧温度及其涵义 二、 烟气焓值的确定 §4—4锅炉的热平衡 一、锅炉热效率 二、各项热损失 三、燃料消耗量
二、完全燃烧方程和不完全燃烧方程
锅炉燃烧所需要的氧气来源于空气。由于空气 中氧气的体积百分数为21％，所以，lkg燃料 油完全燃烧所需要的理论空气量为
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V 0 1 1.866Car 5.55 Har 0.7 Sar 0.7 Qar
0.21 100
100 100 100
0.0889Car 0.375Sar 0.265Har 0.0333Oar
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锅炉的最佳
'' l
数值与燃烧室的结构、燃料种
类和燃烧器的型式等有关。燃煤时，通常为 1.2～1.3；燃油时，通常为 1.05～1.10；燃
气锅炉的最佳
'' l
数值通常为 1.03～1.10。
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许多锅炉为负压燃烧，烟气量随着烟气流程而一路增 大。 应该指出，空气预热器区段烟道内的漏风，并非来自 外界空气，而是来自空气预热器内的空气。
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一、理论空气量 1. 固体及液体燃料
1kg 燃料完全燃烧并且燃烧产物(烟气)中无 自由氧存在时，所需要的空气量(指干空气) 称为理论空气需要量，简称理论空气量，并 以标准状态下 V0 (m3／kg)或 LO(kg／kg)来 表示。 V0 (或 LO)可根据燃料中 C、S、H 等可燃元 素所需要的氧气量计算得到。
'' l
，它是一个影响锅炉燃烧工
况及运行经济性的非常重要的指标。选择
'' l
作为判断指标，是因为燃料的
燃烧过程到炉膛出口处已基本结束。
'' l
偏小时，炉内的不完全燃烧热损失
便增大；
'' l
气偏大时，锅炉的排烟热损失又增多。因此，存在一最佳的
'' l
值，
使得锅20炉20/5的/7 上述热损失之和最小。
S O2 SO2 9050 kJ／kg
如果碳不完全燃烧而生成一氧化碳，反应热相应减少，即
2CO2 2CO9270kJ／kg
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在进行燃烧计算时，把空气和烟气均看作为理想
气体，即每 kmol 气体在标准状况( t 0 ℃, p
=0.1013MPa)下其体积为 22.4m3，燃料以 1kg 燃 料油或标准状况下 1m3 干气体燃料为单位。
分的体积百分数，％；
O2
——燃气中氧的容积成分，％。
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气体燃料的热值越高，燃烧所需要的理论空 气量也越多。 当燃气的成分资料不全时，可采用近似式来 估算理论空气量的大小。
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二、实际空气量、过量空气系数和漏风系数
实际送入锅炉的空气量 (m3/kg，液体燃料； m3／m3，气体燃料)称为实际空气量，其值 一般都大于理论空气量。
用上式计算燃烧所需要的空气量时，必 须知道燃料的元素分析数据。 当缺乏燃料的元素分析数据时，可由经
验式近似地求出标准状态下的V 0 值
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2.气体燃料 标准状态下1m3气体燃料按燃烧反应 计量方程完全燃烧所需要的空气量 （指干空气）称为气体燃料的理论空 气量(m3／m3)。
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碳的分子量为 12，每 kg 碳完全燃烧 所需要的氧气量为 22.4／12m3(标准 状态下)。已知每 kg 燃料中碳的含量
为 Car /100 kg ，因而所需氧气量为
22.4 Car 1.866Car
m3
12 100
100
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同样可得出氢完全燃烧所需要的氧气量
22.4 Har 5.55Har m3
0.0889Kar 0.265Har 0.0333Oar m3
式中 Kar——每kg燃料中的“当量含碳量”，
Kar Car0.375Sar。
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由于标准状态下空气的密度 =1.293kg／m3，故用质
量表示的理论空气量为
L0 1.293V 0 0.115 K ar 0.342 H ar 0.043Oar
三、烟气分析及运行过量空气系数的确定
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§4—1 燃烧所需空气量
燃烧是化学反应。 可燃质 碳生成二氧化碳， 氢生成水蒸气， 硫生成二氧化硫， 同时放出相应的反应热。即
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燃料完全燃烧时：
C O2 CO2 32860
kJ／kg
2H 2 O2 2H 2O 120370 kJ／kg
表4-1 各种单一可燃气体的燃烧化学反应式
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归纳出碳氢化合物的燃烧反应通式。即
C mH n m n 4 O 2 mC 2n 4 O H 2O
已知碳氢化合物的分子式，就可由上式 求得该碳氢化合物完全燃烧所需要的理 论空气量。
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当 气 体 燃 料 的 组 成 已 知 时 ， 便 可 计 算 出 标 准 状 态