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第 三 章 化 工 计 算第 一 节 化 工 过 程 及 过 程 参 数 应 用 守 恒 定 律 来 研 究 化 工 过 程 的 物 料 衡 算 和 能 量衡 算 问 题 。 化 工 过 程 基 础 知 识 主 要 内 容 包 括 ：主 要 任 务 ：化 工 过 程 ；化 工 工 艺 流 程 ；化 工 过 程 开 发 ；化 工 过 程 基 本 参 数 温 度 、 压 力、 流 量 、 化 学 组 成 等 基 本 概 念 。 化 工 过 程 所 谓 化 工 过 程 ， 是 指 由 原 料 经 化 学 处 理 和 物 理 处 理 加工 成 化 学 产 品 或 中 间 产 品 的 生 产 过 程 。 它 包 括 许 多 工序 ， 每 个 工 序 又 由 若 干 个 或 若 干 组 设 备 （ 如 反 应 器 、蒸 馏 塔 、 吸 收 塔 、 干 燥 塔 ， 分 离 器 、 换 热 器 及 输 送 设备 等 等 ） 组 合 而 成 。 物 料 通 过 各 设 备 时 ， 完 成 某 种 化学 或 物 理 处 理 ， 最 终 成 为 合 格 的 产 品 。 主 要 操 作 可 归 纳 为 下 列 几 类 ： 1.化 学 反 应 ；2.分 离 或 提 纯 ，3.改 变 温 度 ，4.改 变 压 力 ，5.混 合 1、 化 学 反 应 。 化 学 反 应 是 整 个 化 工 过 程 的 核 心 。 一 种 化 学 反 应 是 否 能在 工 业 上 付 诸 实 现 取 决 于 许 多 因 素 ， 如 平 衡 收 率 （ 即 反应 系 统 达 到 平 衡 状 态 时 ， 加 入 的 原 料 转 化 为 产 品 的 数 量） 、 反 应 速 度 、 控 制 或 减 少 副 反 应 的 可 能 性 等 。 分 离 过 程 通 常 只 是 一 种 物 理 过 程 ， 不 发 生 化 学 反 应 。它 是 利 用 物 质 在 相 变 化 过 程 中 某 些 物 理 性 质 （ 如 沸 点、 熔 点 、 溶 解 度 等 ） 的 差 异 来 进 行 的 。 如 蒸 馏 是 基 于不 同 组 分 挥 发 度 或 沸 点 的 不 同 ； 结 晶 是 基 于 熔 点 或 溶解 度 的 不 同 ； 溶 剂 萃 取 是 基 于 一 种 物 质 在 两 种 互 不 相溶 的 液 体 中 溶 解 度 的 不 同 等 。2、 分 离 或 提 纯 。 化 工 生 产 中 的 分 离 过 程 就 是 将 两 种 或 两 种 以 上 组 分的 混 合 物 分 成 纯 的 或 比 较 纯 的 组 分 。 由 于 生 产 中 的化 学 反 应 过 程 常 常 存 在 副 反 应 、 反 应 不 完 全 或 使 用溶 剂 等 方 面 原 因 ， 使 原 料 经 反 应 后 得 到 的 产 物 往 往不 是 一 种 纯 的 产 物 ， 而 是 几 种 组 分 的 混 合 物 ， 必 须经 分 离 或 提 纯 后 ， 才 能 成 为 较 纯 的 产 品 。 3、 改 变 温 度 。 化 学 反 应 速 度 和 收 率 、 物 质 的 相 态 变 化 （ 如 蒸 气 的 冷凝 、 液 体 的 气 化 或 凝 固 、 固 体 的 熔 化 等 ） 以 及 物 质 的其 他 物 理 性 质 变 化 （ 如 粘 度 、 溶 解 度 、 表 面 张 力 等 ）等 均 与 温 度 有 密 切 的 关 系 ， 改 变 温 度 可 调 节 以 上 各 性质 达 到 所 需 的 要 求 。物 质 的 加 热 都 要 消 耗 能 量 。 所 以 ， 回 收 热 量 使 热 量 充分 利 用 ， 是 化 工 厂 提 高 经 济 效 益 的 一 个 重 要 措 施 。 例如 ， 要 将 原 科 加 热 到 反 应 温 度 则 需 要 热 量 。 而 反 应 器排 出 的 是 热 的 产 物 ， 此 部 分 热 量 可 回 收 利 用 ， 这 就 可以 把 原 料 先 与 热 的 反 应 产 物 进 行 换 热 ， 回 收 部 分 热 量， 然 后 再 将 其 加 热 到 反 应 温 度 。 4、 改 变 压 力 。 化 学 反 应 的 反 应 物 或 生 成 物 中 如 有 气 体 时 ， 改 变 压力 对 平 衡 收 率 有 影 响 。 例 如 ， 合 成 氨 反 应 N2 3H 2 2NH 3， 压 力 增 高 ， 氨 的 平 衡 产 率 就 增 加 。 除 此之 外 物 质 的 相 态 变 化 ， 如 蒸 气 冷 凝 或 液 体 气 化 等 与压 力 亦 有 密 切 关 系 。 当 用 泵 或 压 缩 机 输 送 流 体 时 ，压 力 用 于 克 服 设 备 和 管 线 中 的 阻 力 。 5、 混 合 。 混 合 是 与 分 离 相 反 的 一 个 过 程 。 在 化 工 生 产 中 ， 常 常需 要 将 两 种 或 两 种 以 上 物 质 混 合 在 一 起 。 通 常 ， 混 合不 消 耗 能 量 ， 只 有 为 了 加 速 混 合 使 用 搅 拌 器 时 ， 才 消耗 少 量 能 量 。 化 工 过 程 中 的 每 一 个 设 备 进 行 上 述 一 种 或 几 种 操 作 。 设计 化 工 过 程 ， 就 是 设 计 以 上 一 系 列 操 作 ， 将 其 适 当 地 、合 理 地 组 合 起 来 ， 以 改 变 原 料 的 化 学 和 物 理 性 质 ， 使 之能 够 生 产 合 格 的 产 品 。 把 完 成 这 些 操 作 的 设 备 串 连 组 合起 来 ， 就 成 为 一 个 化 工 过 程 。 化 工 工 艺 流 程 工 艺 流 程 图 能 简 明 、 扼 要 的 表 明 化 工 产 品 的 生 产 工 序， 看 来 一 目 了 然 。 从 工 艺 流 程 图 可 以 初 步 了 解 生 产 方法 、 生 产 过 程 以 及 各 主 要 物 料 的 来 龙 去 脉 。 在 解 物 料和 能 量 衡 算 题 时 ， 也 需 要 用 图 来 表 示 各 设 备 之 间 的 物料 关 系 。 1 3化 工 过 程 开 发 化 工 过 程 开 发 是 指 一 个 化 学 反 应 从 实 验 室 过 渡 到 第一 套 生 产 装 置 的 全 部 过 程 。化 工 过 程 开 发 ， 首 先 是 决 定 子 化 学 反 应 的 可 能 性 、转 化 率 及 反 应 速 度 是 否 具 有 工 业 价 值 ， 产 物 分 离 的难 易 程 度 以 及 机 械 、 设 备 、 材 料 是 否 可 行 。 当 然 ，最 终 取 决 于 是 否 有 经 济 效 益 。化 工 过 程 开 发 的 第 一 步 就 是 要 设 计 一 个 流 程 图 。 由于 化 学 反 应 或 产 物 的 分 离 可 用 不 同 的 方 法 来 完 成 ，因 此 ， 设 计 流 程 时 ， 必 须 选 择 一 个 安 全 、 可 靠 、 经挤 效 益 高 的 最 佳 方 案 。 1 4过 程 参 数 在 化 工 生 产 过 程 中 ， 能 影 响 过 程 运 行 和 状 态 的 物 理 量， 如 温 度 、 压 力 、 流 量 及 物 料 的 百 分 组 成 或 浓 度 等 ，在 指 定 条 件 下 它 的 数 值 恒 定 ， 条 件 改 变 其 数 值 也 随 之变 化 ， 这 些 物 理 量 称 为 过 程 参 数 。 这 些 参 数 也 常 作 为控 制 生 产 过 程 的 主 要 指 标 。进 行 化 工 计 算 时 ， 上 述 参 数 是 基 本 数 据 ， 可 以 直 接 测定 。 对 一 些 不 易 直 接 测 定 的 参 数 ， 可 找 出 与 容 易 测 定的 参 数 之 间 的 关 系 ， 通 过 计 算 求 得 ， 有 时 也 可 以 根 据经 验 数 据 选 定 。 第 二 节 化 工 基 础 数 据 在 化 工 计 算 以 及 化 工 工 艺 和 设 备 设 计 中 ， 必 不 可 少地 要 用 到 有 关 化 合 物 的 物 性 数 据 。 化 工 基 础 数 据 包 括 很 多 ， 现 将 常 用 的 一 些 化 工 基础 数 据 大 致 归 纳 成 以 下 几 类 ： (1)基 本 物 性 数 据 如 临 界 常 数 （ 临 界 压 力 、 临 界 温度 、 临 界 体 积 ） 、 密 度 或 比 容 、 状 态 方 程 参 数 、 压 缩系 数 、 蒸 气 压 、 气 一 液 平 衡 关 系 等 。(2)热 力 学 物 性 数 据 如 内 能 、 焓 、 熵 、 热 容 、 相 变热 、 自 由 能 、 自 由 焓 等 。(3)化 学 反 应 和 热 化 学 数 据 如 反 应 热 、 生 成 热 、 燃烧 热 、 反 应 速 度 常 数 、 活 化 能 ， 化 学 平 衡 常 数 等 。(4)传 递 参 数 如 粘 度 、 扩 散 系 数 、 导 热 系 数 等 。 通 常 这 些 数 据 可 用 下 列 方 法 得 到 ： 1、 查 手 册 或 文 献 资 料有 关 常 用 物 质 的 物 性 数 据 ， 前 人 已 系 统 地 进 行 归 纳总 结 ， 从 表 格 或 图 的 形 式 表 示 。 这 些 致 据 可 从 有 关的 化 学 化 工 类 手 册 或 专 业 性 的 化 工 手 册 中 查 到 。2、 估 算 。 可 以 应 用 物 理 和 化 学 的 一 些 基 本 定 律 计 算各 种 物 质 的 性 质 参 数 。3、 用 实 验 直 接 测 定 。 近 年 来 ， 随 着 电 子 计 算 机 的 迅 速 发 展 ， 应 用 计 算 机储 存 、 检 索 和 推 算 物 性 数 据 日 益 增 多 。 一 些 大 型 化工 企 业 、 研 究 部 门 和 高 等 院 校 都 相 应 建 立 了 物 性 数据 库 ， 以 便 于 通 过 计 算 机 自 动 检 索 或 估 算 所 要 求 的数 据 ， 而 不 必 自 行 查 找 或 计 算 ， 大 大 节 省 了 时 间 和精 力 。 第 三 节 物 料 衡 算 物 料 衡 算 是 化 工 计 算 中 最 基 本 、 也 是 最 重 要 的 内 容之 一 ， 它 是 能 量 衡 算 的 基 础 。 一 般 在 物 料 衡 算 之 后， 才 能 计 算 所 需 要 提 供 或 移 走 的 能 量 。 物 料 衡 算 的 分 类 ：一 、 对 已 有 的 生 产 设 备 或 装 置 ， 利 用 实 际 测 定 的 数据 ， 算 出 另 一 些 不 能 直 接 测 定 的 物 料 量 。 用 此 计 算结 果 ， 对 生 产 情 况 进 行 分 析 、 作 出 判 断 、 提 出 改 进措 施 。二 、 是 设 计 一 种 新 的 设 备 或 装 置 ， 根 据 设 计 任 务 ，先 作 物 料 衡 算 ， 求 出 进 出 各 设 备 的 物 料 量 ， 然 后 再作 能 量 衡 算 ， 求 出 设 备 或 过 程 的 热 负 荷 ， 从 而 确 定设 备 尺 寸 及 整 个 工 艺 流 程 。 一 、 物 料 衡 算 式 1、 化 工 过 程 的 类 型 根 据 其 操 作 方 式 分 ：（ 1） 、 间 歇 操 作（ 2） 、 连 续 操 作（ 3） 、 半 连 续 操 作 或 者 分 为 ：（ 1） 、 稳 定 状 态 操 作（ 2） 、 不 稳 定 状 态 操 作 两 类 。 闻 歇 操 作 过 程 ：原 料 在 生 产 操 作 开 始 时 一 次 加 入 ， 然 后 进 行 反 应 或 其他 操 作 ， 一 直 到 操 作 完 成 后 ， 物 料 一 次 排 出 ， 即 为 间歇 操 作 过 程 。 此 过 程 的 特 点 是 在 整 个 操 作 时 间 内 ， 再无 物 料 进 出 设 备 ， 设 备 中 各 部 分 的 组 成 、 条 件 随 时 间而 不 断 变 化 。连 续 操 作 过 程 ：在 整 个 操 作 期 间 ， 原 料 不 断 稳 定 地 输 入 生 产 设 备 ， 同时 不 断 从 设 备 排 出 同 样 数 量 （ 总 量 ） 的 物 料 。 设 备 的进 料 和 出 料 是 连 续 流 动 的 ， 即 为 连 续 操 作 过 程 。 在 整个 操 作 期 间 ， 设 备 内 各 部 分 组 成 与 条 件 不 随 时 间 而 变化 。 半 连 续 操 作 过 程 ：操 作 时 物 料 一 次 输 入 或 分 批 输 入 ， 而 出 料 是 连 续 的 ，或 连 续 输 入 物 料 ， 而 出 料 是 一 次 或 分 批 的 。 稳 定 状 态 操 作 ：就 是 整 个 化 工 过 程 的 操 作 条 件 （ 如 温 度 、 压 力 、 物 料量 及 组 成 等 ） 如 果 不 随 时 间 而 变 化 ， 只 是 设 备 内 不 同点 有 差 别 ， 这 种 过 程 称 为 稳 定 状 态 操 作 过 程 ， 或 称 稳定 过 程 。不 稳 定 状 态 操 作 ：如 果 操 作 条 件 随 时 间 而 不 断 变 化 的 ， 则 称 为 不 稳 定 状态 操 作 过 程 ， 或 称 不 稳 定 过 程 。 间 歇 过 程 及 半 连 续 过 程 是 不 稳 定 状 态 操 作 。连 续 过 程 在 正 常 操 作 期 间 ， 操 作 条 件 比 较 稳 定 ，此 时 属 稳 定 状 态 操 作在 开 、 停 工 期 间 或 操 作 条 件 变 化 和 出 现 故 障 时 ，则 属 不 稳 定 状 态 操 作 。 2、 物 料 衡 算 式 物 料 衡 算 的 基 本 关 系 式 物 料 量积 累 的物 料 量输 出 的物 料 量输 入 的 物 料 量积 累 的物 料 量输 出 的消 耗 的 物 料 量反 应 生 成 或物 料 量输 入 的如 果 体 系 内 发 生 化 学 反 应 ， 则 对 任 一 个 组 分 或 任 一 种 元素 作 衡 算 时 ， 必 须 把 反 应 消 耗 或 生 成 的 量 亦 考 虑 在 内 。 列 物 料 衡 算 式 时 应 注 意 ， 物 料 平 衡 是 指 质 量 平 衡 ， 不是 体 积 或 物 质 的 量 (摩 尔 数 )平 衡 。 若 体 系 内 有 化 学 反应 ， 则 平 衡 式 中 各 项 用 摩 尔 /时 为 基 准 时 ， 必 须 考 虑反 应 式 中 的 化 学 计 量 系 数 。 因 为 反 应 前 后 物 料 中 的 分子 数 不 守 恒 。 如 图 ， 表 示 无 化 学 反 应 的 连 续 过 程 物 料 流 程 。 图 中 方框 表 示 一 个 体 系 ， 虚 线 表 示 体 系 边 界 。 共 有 三 个 流 股， 进 料 F及 出 料 P和 W。 有 两 个 组 分 。 每 个 流 股 的 流量 及 组 成 如 图 所 示 。 图 中 x为 质 量 分 数 。 1 23F PWf1f2 p1p2w1w2xxxxxx 无 化 学 反 应 的连 续 过 程 物 料 衡 算过 程可 列 出 物 料 衡 算 式 ：总 物 料 衡 算 式 每 种 组 分 衡 算 式 222 111 wpf wpf xWxPxF xWxPxF WPF 二 、 物 料 衡 算 的 基 本 方 法 1、 画 物 料 流 程 简 图 。2、 计 算 基 准 及 其 选 择 。 3、 物 料 衡 算 的 步 骤 常 用 基 准 ：a、 时 间 基 准 b、 批 量 基 准 c、 质 量 基 准 计 算 步 骤 如 下 ： (1)搜 集 计 算 数 据 。(2)画 出 物 料 流 程 简 图 。(3)确 定 衡 算 体 系 。(4)写 出 化 学 反 应 方 程 式 ， 包 括 主 反 应 和 副 反 应 ， 标出 有 用 的 分 子 量 。(5)选 择 合 适 的 计 算 基 准 ， 并 在 流 程 图 上 注 明 所 选 的基 准 值 。(6)列 出 物 料 衡 算 式 ， 然 后 用 数 学 方 法 求 解 。(7)将 计 算 结 果 列 成 输 入 输 出 物 料 表 (物 料 平 衡 表 )。(8)校 核 计 算 结 果 第 四 节 能 量 衡 算 在 化 工 生 产 中 ， 能 量 的 消 耗 是 一 项 重 要 的 技 术 经 济指 标 ， 它 是 衡 量 工 艺 过 程 、 设 备 设 计 、 操 作 制 度 是否 先 进 合 理 的 主 要 指 标 之 一 。能 量 衡 算 有 两 种 类 型 的 问 题 ， 一 种 是 先 对 使 用 中 的 装置 或 设 备 ， 实 际 测 定 一 些 能 量 ， 通 过 衡 算 计 算 出 另 外一 些 难 以 直 接 测 定 的 能 量 ， 由 此 作 出 能 量 方 面 的 评 价， 即 由 装 置 或 设 备 进 出 口 物 料 的 量 和 温 度 ， 以 及 其 它各 项 能 量 ， 求 出 装 置 或 设 备 的 能 量 利 用 情 况 ； 另 一 类是 在 设 计 新 装 置 或 设 备 时 ， 根 据 已 知 的 或 可 设 定 的 物料 量 求 得 未 知 的 物 料 量 或 温 度 ， 和 需 要 加 入 或 移 出 的热 量 。 能 量 衡 算 的 基 本 概 念 动 能 （ Ek） 运 动 着 的 流 体 具 有 动 能 ；位 能 （ EP） 物 体 自 某 一 基 准 面 移 高 到 一 定 距离 ， 由 于 这 种 位 移 而 具 有 的 能 量 。静 压 能 （ Ez） 流 体 由 于 一 定 的 静 压 强 而 具 有 的能 量 。内 能 （ U） 内 能 是 指 物 体 除 了 宏 观 的 动 能 和位 能 外 所 具 有 的 能 量 。 一 、 能 量 的 形 式 二 、 几 个 与 能 量 衡 算 有 关 的 重 要 物 理 量1、 热 量 （ Q）温 度 不 同 的 两 物 体 相 接 触 或 靠 近 ， 热 量 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 交 换 的 能 量 ， 称 为 热 量 。因 此 对 于 热 量 要 明 确 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 二 ， 一 定 要 有 温 度 差 或 温 度 梯 度 ， 才 会 有 热 量的 传 递 。 2、 功 （ W） 功 是 力 与 位 移 的 乘 积 。 在 化 工 中 常 见 的 有 体 积 功 （ 体系 体 积 变 化 时 ， 由 于 反 抗 外 力 作 用 而 与 环 境 交 换 的 功） 、 流 动 功 （ 物 系 在 流 动 过 程 中 为 推 动 流 体 流 动 所 需的 功 ） 以 及 旋 转 轴 的 机 械 功 等 。 以 环 境 向 体 系 作 功 为正 、 反 之 为 负 。 3、 焓 (H )它 的 定 义 是 ： H U PV dPPHdTTHdH TP 对 H 全 微 分 ：在 多 数 实 际 场 合 ， 上 式 右 边 第 二 项 可 忽 略 ，因 此 焓 差 可 表 示 成 2112 TT pdTCHH 4、 热 容 热 容 是 一 定 量 的 物 质 改 变 一 定 的 温 度 所 需 要 的 热 量， 可 以 看 作 是 温 度 差 T和 引 起 温 度 变 化 的 热 量 Q之间 的 比 例 常 数 ， 即 Q mCT 二 、 能 量 衡 算 的 基 本 方 法 及 步 骤 根 据 能 量 守 恒 原 理 ， 能 量 衡 算 的 基 本 方 法 可 表 示 为 ： 输 入 的 能 量 一 输 出 的 能 量 积 累 的 能 量 1、 总 能 量 衡 算a、 连 续 稳 定 流 动 过 程 的 总 能 量 衡 算 H +Ek + EP Q + Wb、 间 歇 过 程 的 总 能 量 衡 算U +Ek + EP Q + W c、 一 般 间 歇 操 作 ， 能 量 、 位 能 差 项 等 于 零 ，即 Ek 0， EP 0， 所 以 上 式 又 可 简 化 为 U Q + W 2、 热 量 衡 算 l热 量 衡 算 式 Q = H = H 1 H 2Q = U = U1 U2 (间 歇 过 程 )热 量 衡 算 就 是 计 算 在 指 定 的 条 件 下 进 出 物 料 的 焓 差 ， 从而 确 定 过 程 传 递 的 热 量 。 在 实 际 计 算 时 ， 由 于 进 出 设 备的 物 料 不 止 一 个 ， 因 此 可 改 写 为 ： Q =H 1 H 2或 Q = U1 U2 l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 殷 物 料 的 未 知 物 料 量 或 温 度 ， 常 用 于 计 算 换 热设 备 的 蒸 汽 用 量 或 冷 却 水 用 量 。另 一 种 是 在 原 有 的 装 置 上 ， 对 某 个 设 备 ， 利 用 实 际 测定 （ 有 时 也 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 测 定 的 热 量 或 能 量 ， 由 此 对 设 备作 出 能 量 上 的 分 析 。如 根 据 各 股 物 料 进 出 口 量 及 温 度 ， 找 出 该 设 备 的 热 利用 和 热 损 失 情 况 。 热 量 衡 算 也 需 要 确 定 基 准 ， 画 出 流程 图 ， 列 出 热 量 衡 算 表 等 。 3、 机 械 能 衡 算 在 反 应 器 、 蒸 馏 塔 、 蒸 发 器 、 换 热 器 等 化 工 设 备 中， 功 、 动 能 、 位 能 的 变 化 ， 较 之 传 热 量 、 内 能 和 焓的 变 化 ， 是 可 以 忽 略 的 。 因 此 作 这 些 设 备 的 能 量 衡算 时 ， 总 能 量 衡 算 式 可 以 简 成 Q = U (封 闭 体 系 ） 或Q = H (敞 开 体 系 ） 。但 在 另 一 类 操 作 中 ， 情 况 刚 好 相 反 ， 即 传 热 量 、 内 能的 变 化 与 动 能 变 化 、 位 能 变 化 、 功 相 比 ， 却 是 次 要 的了 。 这 些 操 作 大 多 是 流 体 流 入 流 出 贮 罐 、 贮 槽 、 工 艺设 备 、 输 送 设 备 、 废 料 排 放 设 备 。 或 在 这 些 设 备 之 间流 动 。 连 续 稳 定 流 动 过 程 总 能 量 衡 算 式 ： H u2/2 gZ (PV) Q W1千 克 不 可 压 缩 流 体 流 动 时 的 机 械 能 衡 算 式 ：P/ u2/2 gZ F W 4 3无 化 学 反 应 过 程 的 能 量 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 出 过 程 物 料 的 烩 差 ， 用 来 确 定 过 程 的 热 量 。为 了 计 算 一 个 过 程 的 AH ， 可 以 用 假 想 的 、 由 始 态 到终 态 几 个 阶 段 来 代 替 原 过 程 ， 这 些 阶 段 的 焓 变 应 该 是可 以 计 算 的 ， 所 需 的 数 据 也 可 以 得 到 的 。 由 于 焓 是 状态 函 数 ， 所 以 每 一 阶 段 的 H 之 和 即 为 全 过 程 的 H 。 1、 无 相 变 的 变 温 变 压 过 程 21TT vv dTCnUQ 21TT pp dTCnHQ 2、 相 变 过 程 的 能 量 衡 算汽 化 和 冷 凝 、 熔 化 和 凝 固 、 升 华 和 凝 华 这 类 相 变 过 程往 往 伴 有 显 著 的 内 能 和 烩 的 变 化 ， 这 种 变 化 常 成 为 过程 热 量 的 主 体 ， 不 容 忽 视 。在 恒 定 的 温 度 和 压 力 下 ， 单 位 质 量 或 摩 尔 的 物 质 发 生相 的 变 化 时 的 焓 变 称 为 相 变 热 。 例 如 100oC、 latm时液 体 水 转 变 成 水 汽 的 焓 变 H 等 于 40.6kJ/mol， 称 为 在该 温 度 和 压 力 下 水 的 汽 化 潜 热 。 三 种 相 变 的 相 变 热 定 义 如 下 ： 汽 化 潜 热 (H v） 当 T和 P不 变 ， 单 位 数 量 的 液体 汽 化 所 需 的 热 量 。 熔 化 潜 热 (H m) 当 T和 P不 变 ， 单 位 数 量 的 固体 熔 化 所 需 的 热 量 。 升 华 潜 热 (H t） 当 T和 P不 变 ， 单 位 数 量 的 固体 气 化 所 需 的 热 量 。 4 4化 学 反 应 过 程 的 能 量 衡 算 化 学 反 应 过 程 通 常 都 伴 随 较 大 的 热 效 应 吸 收热 量 或 放 出 热 量 。 为 了 使 反 应 温 度 得 到 控 制 ， 必须 自 反 应 体 系 排 走 热 量 或 向 反 应 体 系 供 给 热 量 ，即 反 应 器 必 须 有 供 热 或 冷 却 用 的 换 热 设 备 ， 这 种措 施 不 但 成 为 反 应 能 否 进 行 的 关 键 ， 也 与 能 量 的合 理 利 用 有 密 切 关 系 。 这 里 主 要 讨 论 反 应 热 的 计 算 方 法 ， 反 应 热 可 用 生 成 热或 燃 烧 热 来 计 算 ， 所 以 先 要 讨 论 燃 烧 热 和 生 成 热 ， 及其 用 于 反 应 热 的 计 算 ， 然 后 将 反 应 热 结 合 到 能 量 衡 算中 去 。 1、 反 应 热 及 其 表 示恒 压 反 应 热 Qp H r恒 容 反 应 热 Qv Ur(T)2、 反 应 热 的 计 算 反 应 热 可 以 用 实 验 方 法 测 定 ， 也 可 以 用 已 有 的 实 验数 据 进 行 计 算 。 根 据 盖 斯 定 律 ， 化 学 反 应 热 只 决 定于 物 质 的 初 态 和 终 态 ， 与 过 程 的 途 径 无 关 ， 反 应 热可 用 简 单 的 热 量 加 和 法 求 取 。（ 1） 由 标 准 生 成 热 H fo计 算 标 准 反 应 热 H roH ro 生 成 热 i(H fo)i 反 应 热 i(H fo)i （ 2） 由 标 准 燃 烧 热 H co计 算 标 准 反 应 热 H roH ro 反 应 物 i(H co)i 产 物 i(H co)i 3、 化 学 反 应 过 程 的 能 量 衡 算当 体 系 进 行 化 学 反 应 时 ， 应 将 反 应 热 列 入 能 量 衡 算 式 中。 反 应 体 系 能 量 衡 算 的 方 法 按 计 算 烩 时 的 基 准 区 分 ， 主要 有 两 种 ， 下 面 讨 论 这 两 种 基 准 以 及 对 应 每 种 基 准 计算 H 的 方 法 。 （ 1） 第 一 种 基 准如 果 已 知 标 准 反 应 热 ， 则 可 选 298K， latm为 反 应物 及 产 物 的 计 算 基 准 。 对 非 反 应 物 质 另 选 适 当 的 温 度为 基 准 （ 如 反 应 器 的 进 口 温 度 ， 或 平 均 热 容 表 示 的 参考 温 度 ） 。如 果 一 个 过 程 的 反 应 很 复 杂 ， 难 以 写 出 平 行 反 应的 化 学 反 应 式 ， 或 难 以 确 定 一 种 原 料 参 加 不 同 反 应 的量 的 比 例 ， 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 系 ， 标 准 反 应 热也 无 法 知 道 ， 因 此 用 第 一 种 基 准 来 算 这 类 问 题 就 显 得有 困 难 。 此 时 ， 可 以 用 下 面 介 绍 的 第 二 种 基 准 。 （ 2） 第 二 种 基 准以 组 成 反 应 物 及 产 物 的 元 素 ， 在 25 ， 1atm时 的焓 为 零 ， 非 反 应 分 子 以 任 意 适 当 的 温 度 为 基 准 ， 也 要画 一 张 填 有 所 有 流 股 组 分 ni和 H i 的 表 ， 只 是 在 这 张表 中 反 应 物 或 产 物 的 H i， 是 各 物 质 25 的 生 成 热 与物 质 由 25 变 到 它 进 口 状 态 或 出 口 状 态 所 需 显 热 和 潜热 之 和 。