Тепловой баланс

Август 2, 2022

Главная
Химия
Тепловой баланс

Содержание

2. Энергетический (тепловой) баланс любого аппарата может быть представлен в виде уравнения, связывающего приход и расход энергии
3. Тепловой эффект реакции также равен сумме теплот образования исходных веществ за вычетом суммы теплот образования продуктов
4. Тепловой баланс подобно материальному выражают в виде таблиц, диаграмм, а для расчета используют следующее уравнение Qт
5. Qп – количество теплоты, подводимое в аппарат извне (в виде дымовых газов, нагретого воздуха, сжигания топлива,
6. Коэффициенты а0, а1,а2 – приведены в справочниках. Чаще всего приходится иметь дело со смесями веществ. Поэтому
7. Тепловой эффект химической реакции равен разности сумм теплот образования продуктов реакции и исходных веществ, умноженных на
8. Зависимость теплового эффекта от температуры определяется уравнениями Киргофа. Поскольку обычно известны табличные значения стандартных тепловых эффектов
9. Таким образом зависимость определяется конечным изменением теплоемкости от температуры и может иметь любой вид, например как
10. Особенности теплового баланса химического реактора Общая схема теплового баланса реактора характеризуется физическим теплом которое входит с
13. Скачать презентацию

Слайд 2

Энергетический (тепловой) баланс любого аппарата может быть представлен в виде уравнения,

связывающего приход и расход энергии (тепла) процесса (аппарата). Энергетический баланс составляется на основе закона сохранения энергии, в соответствии с которым в замкнутой системе сумма всех видов энергии постоянна. Обычно для химических процессов составляется тепловой баланс. Уравнение теплового баланса: ΣQпр = ΣQрасх (1.1) или ΣQпр – ΣQрасх = 0.
Тепловой баланс рассчитывают по данным материального баланса с учетом тепловых эффектов (экзотермических и эндотермических) химических реакций и физических превращений (испарение, конденсация и т.п.), происходящих в аппарате с учетом подвода теплоты извне и отвода ее с продуктами реакции, а также через стенки аппарата.

Слайд 3

Тепловой эффект реакции также равен сумме теплот образования исходных веществ за

вычетом суммы теплот образования продуктов реакции:
ΔН = Σ(ΔНобр)исх – Σ(ΔНобр)прод
Подвод теплоты в аппарат Qп можно учитывать по потере количества теплоты теплоносителя, например, греющей воды (Gв и св)
Qп = Gвсв(tнач – tкон)
пара Qп = Gr
или же по формуле теплопередачи через греющую стенку:
Qп = kТ F(tr – tх)τ
где kТ – коэффициент теплопередачи; F –поверхность теплообмена; tr – средняя температура греющего вещества (воды, пара); tх –средняя температура нагреваемого вещества в аппарате; r –теплота испарения; τ –время

Слайд 4

Тепловой баланс подобно материальному выражают в виде таблиц, диаграмм, а для

расчета используют следующее уравнение
Qт + Qж + Qг + Qф + Qр + Qп = Q'т + Q'ж + Q'г + Q'ф + Q'р + Q'п
где Qт ,Qж ,Qг – количество теплоты, вносимое в аппарат твердыми, жидкими и газообразными веществами соответ-ственно; Q'т, Q'ж, Q'г –количество теплоты, уносимое из аппа-рата выходящими продуктами и полупродуктами реакции и не прореагировавшими исходными веществами в твердом, жидком и газообразном виде; Qф и Q'ф –теплота физических процессов, происходящих с выделением и поглощением теплоты; Qр и Q'р – количество теплоты, выделяющееся в результате экзо- и эндотермических реакций.

Слайд 5

Qп – количество теплоты, подводимое в аппарат извне (в виде дымовых

газов, нагретого воздуха, сжигания топлива, электроэнергии и т.п.); Q'п –потери тепла в окружающую среду, а также отвод тепла через холодильники, помещенные внутри аппарата.
Величины Qт ,Qж ,Qг, Q'т, Q'ж, Q'г рассчитывают для каждого вещества, поступающего в аппарат и выходящего из него по формуле:
Q = Gсt
где G – количество вещества, с – средняя теплоемкость этого вещества; t – температура, отсчитанная от какой-либо точки (обычно от 0о С). Теплоемкости газов в Дж/(кмоль·К), участвующих в процессе, для данной температуры в 0о С (или Т, К) можно подсчитать, пользуясь формулой: С = а0 + а1Т + а2Т2

Слайд 6

Коэффициенты а0, а1,а2 – приведены в справочниках. Чаще всего приходится иметь

дело со смесями веществ. Поэтому в формулу подставляют теплоемкость смеси Ссм, которая может быть вычислена по закону аддитивности. Так, для смеси трех веществ в количестве G1, G2 и G3, имеющих теплоемкости с1, с2
и с3,
то С смеси = G1с1 + G2 с2 + G3 с3/ (G1 + G2 + G3) Суммарная теплота физических процессов, происходящих в аппаратах, может быть рассчитана по уравнению: Qф = G1r1 + G2 r2 + G3 r3
где r1, r2 и r3 – теплота фазовых переходов; G1, G2 и G3 – количества компонентов смеси, претерпевших фазовые переходы в данном аппарате.

Слайд 7

Тепловой эффект химической реакции равен разности сумм теплот образования продуктов реакции

и исходных веществ, умноженных на стехиометрические коэффициенты.

Тепловой эффект химической реакции равен разности сумм теплот сгорания исходных веществ и продуктов реакции, умноженных на стехиометрические коэффициенты.

В общем случае тепловой эффект химической реакции зависит от температуры и давления, при которых проводится реакция. Влиянием давления на ΔН и и ΔUреакции обычно пренебрегают.

Слайд 8

Зависимость теплового эффекта от температуры определяется уравнениями Киргофа. Поскольку обычно известны

табличные значения стандартных тепловых эффектов ΔН°298 и ΔU°298, , то оно имеет вид

Для химического процесса изменение теплоемкости задается изменением состава системы и рассчитывается следующим образом:

При расчете изменения теплового эффекта реакции в большом интервале температур необходимо учитывать зависимость теплоёмкости от температуры, которая выражается степенным рядом C°p = aT + bT2 + cT3; коэффициенты a, b, c приведены в справочниках.

Слайд 9

Таким образом зависимость определяется конечным изменением теплоемкости от температуры и может

иметь любой вид, например как показано на рисунке:

Слайд 10

Особенности теплового баланса химического реактора
Общая схема теплового баланса реактора характеризуется физическим

теплом которое входит с потоком в виде сырья и выводится с потоком в виде продуктов реакции, тепловым эффектом реакций +/- (экзотермическим или эндотермическим) и потоком снятия или подводом тепла для экзотермического и эндотермического процесса. В стационарном состоянии сумма этих потоков равно нулю. Особенностью теплового баланса является учет факта, что количество тепла выделяемого или потребляемого в процессе является линейной функцией от степени превращения для любых видов реакторов.

Слайд 11