制药工程第六章热量衡算

第六章热量衡算6.1概述6.2热量衡算的基本原理6.3热量衡算的 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 6.4热量衡算举例6.5加热剂、冷却剂及其他能量消耗的计算6.1概述当物料衡算完成后:对没有热效应的过程,可直接根据物料衡算结果和工艺要求进行设备的工艺 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 ，以确定设备的型式、数量和主要工艺尺寸。而对伴有热效应的过程,则还必须进行能量衡算,才能确定设备的主要工艺尺寸。∵在药品生产中，无论是进行物理过程的设备,还是进行化学过程的设备,大多存在一定的热效应,∴通常要进行能量衡算。通过热量衡算确定如下设计参数:⑴设备的热负荷Q包括:换热器、反应器、塔设备等进一步确定换热面积F⑵加热剂、冷却剂的用量能量衡算的依据:⑴物料衡算结果⑵物料的热力学数据如定压比热、相变热、反应热等6.2热量衡算的基本原理6.2.1能量衡算的基本关系式能量衡算的理论基础:热力学第一定律，即能量守恒定律。能量有不同的 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 现形式，如内能、动能、势能、热能和功等。连续流动系统的总能量衡算式单位质量流体所吸收的热或放出的热单位质量流体所接受的外功或所做的外功单位质量流体的焓变位能变化动能变化设备的能量衡算时，位能变化，动能变化，外功等项相对较小，多数情况下，能量衡算可简化为热量衡算。∴流动系统总能量衡算式可简化为：上式只限于连续操作过程使用，不适用于间歇过程，且没有包括化学反应热。另一种形式：热衡算方程热量衡算基本关系式Q-两部分热量之和热衡算示意图Q1—载热体取出的热，Q2—热损失，负值。当内能、动能、势能的变化量可以忽略且无轴功时，输入系统的热量与离开系统的热量应平衡，由此可得出传热设备的热量平衡方程式为式中:Q1—物料带入设备的热量，kJ或kJ/h；Q2—加热剂或冷却剂传给设备及所处理物料的热量，kJQ3—过程的热效应，kJ或kJ/h；Q4—物料带出设备的热量，kJ或kJ/h；Q5—加热或冷却设备所消耗的热量或冷量，kJ或kJ/h；Q6—设备向环境散失的热量，kJ或kJ/h。(6-1)在上式，应注意除Q1和Q4外，其它Q值都有正负两种情况。例如，当反应放热时，Q3取“+”号；反之，当反应吸热时，Q3取“”号，这与热力学中的规定正好相反。由式(6-1)可求出Q2，即设备的热负荷。若Q2为正值，表明需要提供热量，即需要加热；反之，则表明需要移走热量，即需要冷却。此外，对间歇操作∵不同时间段内的操作情况可能不同∴应按不同的时间段分别计算Q2的值，并取其最大值作为设备热负荷的设计依据。为求出Q2，必须求出式(6-1)中其它各项热量的值。6.3热量衡算的方法6.3.1计算基准在计算Qi之前，要确定一个计算基准。①数量上基准②相态基准(基准态)数量上基准:①按1kmol或1kg物料为计算基准;②用设备的小时工作量为计算基准。相态基准(基准态):∵热衡算中使用热力学函数焓，焓无绝对值，只有相对某一基准态的相对值∴热量衡算时需要规定基准态一般，把0℃和1.013105Pa下的某一相态为计算基准。对反应过程，常以25℃和1.013105Pa为计算基准。基准态可以任意规定,不同物料可使用不同的基准态,但对同一种物料其进口和出口只能使用相同基准态6.3.2热容法⊿P=0、无化学反应、无相变时，过程吸收或放出的热量可用热容法计算—显热的计算即式中:G-输入或输出设备的物料量，kg或kg/h或kmol/ht0—基准温度，℃；t2—物料的实际温度，℃；Cp—物料的定压热容，kJkg-1℃-1或kJkmol-1℃-1若已知物料在所涉及温度范围内的平均定压热容，则式中:Cp—物料在(t0～t2)℃范围内的平均定压热容，kJkg-1℃-1或kJkmol-1℃-1(6-2)(6-3)⑴Cp与T的关系:①查图法:烃类化合物的Cp-T图可在有关手册中查得;≤化工工艺设计手册≥第三版(上)②列表法:不同温度下的Cp列表卢焕章.石油化工基础数据手册.化学工业出版社，1978③函数表达式(气体数据较全): 式中:a、b、c、d-物质的特性常数，可从有关手册查得。 Cp-理想气体的热容;≤化工设计≥.黄璐:P401(6-4)(6-5)000工程项目建设基本程序(7步)（2）平均热容假如物质在T1～T2范围之内Cp–T成直线关系,则Cp=[(Cp)T1+(Cp)T2]/2⑶Cp与P的关系:①固体热容与P无关②Cp液体在临界点附近P的影响明显，一般条件下可忽略③P对理想气体的热容无影响④P对真实气体热容影响不大，在临界点附近影响明显(见≤化工设计≥.黄璐:P177图5.4和例5.2)①理想气体混合物:Cpo—混合气体的理想气体定压摩尔热容；Cpio—混合气体中i组分的理想气体定压摩尔热容；Ni—i组分的摩尔分数。②真实气体混合物:离临界状态远时按上式近似计算临界状态附近校正(见≤化工设计≥.黄璐P178例题)③液体混合物:工程计算中常用加合法估算液体混合物热容,公式与理想气体混合物 计算公式 六西格玛计算公式下载结构力学静力计算公式下载重复性计算公式下载六西格玛计算公式下载年假计算公式 相同.⑷混合物热容生产上遇到的大部分是混合物，根据混合物内各物质的热容和组成进行推算(6-6)⑸热容的单位①摩尔热容:每1mol或每1kmol物质温度升高1℃所需要的热量.单位:kJ/(mol·K)，kJ/(kmol·K)……等②比热容每1g或每1kg物质温度升高1℃所需要的热量单位:kJ/(kg·K)，J/(g·K)……等③单位换算比热容=摩尔热容/M摩尔热容=比热容×MM—相对分子质量6.3.3物理变化热Qp(相变热和浓度变化热)指物料的浓度或状态发生改变时所产生的热效应⑴相变热物质从一相转变至另一相的过程，称为相变过程如蒸发、冷凝、熔融、结晶、升华、凝华等。相变过程常在恒温恒压下进行，所产生的热效应称为相变热。∵相变过程中，体系T不改变，故相变热常称为潜热。∵蒸发、熔融、升华过程要克服液体或固体分子间的相互吸引力∴这些过程均为吸热过程，按式(6-1)中的符号规定，其相变热为负值；反之，冷凝、结晶、凝华过程的相变热为正值。各种纯化合物的相变热可从有关手册、文献中查得。⑵浓度变化热恒温恒压下，溶液因浓度发生改变而产生的热效应，称为浓度变化热。药品生产中，以物质在水溶液中的浓度变化热最为常见。但除某些酸、碱水溶液的浓度变化热较大外，大多数物质在水溶液的浓度变化热并不大，不会影响整个过程的热效应。①溶解热固体、液体或气体溶质溶解于溶剂中吸收或放出的热量有积分溶解热与微分溶解热之分1)积分溶解热恒温恒压下，将1摩尔溶质溶解于n摩尔溶剂中形成组成为x的溶液时的总热效应称为积分溶解热，用符号Hs表示。常见物质在水中的积分溶解热可从有关手册或资料中查得。P69见表5-1.在25℃下,1mol硫酸用水逐渐稀释,不断取出过程放出的热量,保持温度25℃用来计算:数据中可看出:加入的水量愈多,累计放出的热量愈多,累计放出的热量与溶液的组成有关.表6-125℃时，H2SO4水溶液的积分溶解热用来计算::积分溶解热，浓度的函数，温度的函数。#把溶质溶于溶剂中形成某一含量溶液时的热效应。#把溶液自某一含量冲淡（或浓缩）到另一含量的热效应。对于一些常用的酸、碱水溶液，也可将溶液的积分溶解热数据回归成相应的经验公式，以便于应用。例如：硫酸的积分溶解热可按SO3溶于水的热效应用下式估算(6-7) 式中:Hs—SO3溶于水形成硫酸的积分溶解热 kJ/(kgH2O) m—以SO3计，硫酸的质量分率； t—操作温度，℃。又如，硝酸的积分溶解热可用下式估算(6-8)式中:Hs—硝酸的积分溶解热，kJ/molHNO3；n—溶解1molHNO3的H2O的摩尔数，mol。再如，盐酸的积分溶解热可用下式估算(6-9)式中:Hs—盐酸的积分溶解热，kJ/molHCl；n—溶解1molHCl的H2O的摩尔数，mol。2)微分溶解热恒温恒压下，1kmol（或1kg）溶质溶解于含量为x的无限多溶液中（即溶解后溶液的含量仍可视为x）时所放出的热量。单位：kJ/kmol，kJ/kg……等用来计算：如果吸收时吸收剂的用量很大，在吸收时溶液含量变化很小，则吸收所放出的热量等于该含量的微分溶解热乘以被吸收的吸收质的数量。②积分稀释热恒温恒压下，将一定量的溶剂加入到含1摩尔溶质的溶液中，形成较稀的溶液时所产生的热效应称为积分稀释热，简称稀释热。显然，两种不同浓度下的积分溶解热之差就是溶液由一种浓度稀释至另一种浓度的积分稀释热。例如，向由1molH2SO4和1molH2O组成的溶液中加入5mol水进行稀释的过程可表示为由表6-1可知:1molH2SO4和6molH2O组成的H2SO4水溶液的积分溶解热为60.79kJmol-1，1molH2SO4和1molH2O组成的H2SO4水溶液的积分溶解热为28.09kJmol-1，则上述稀释过程的浓度变化热或积分稀释热为例6-1在25℃和1.013105Pa下，用水稀释78%的硫酸水溶液以配制25%的硫酸水溶液。拟配制25%的硫酸水溶液1000kg，试计算：78%的硫酸溶液和水的用量；配制过程中H2SO4的浓度变化热。解：(1)78%的硫酸溶液量和水的用量设为78%的硫酸溶液的用量，为水的用量，则联解式(a)、(b)得=320.5kg，=679.5kg(a)(b)硫酸平衡总物料平衡(2)配制过程中H2SO4的浓度变化热配制前，H2SO4的mol均为配制前H2O的摩尔数为则由表6-1用内插法查得kJmol-1配制后H2O的摩尔数变为则由表6-1查得kJmol-1Qp=(-)=(-)=8.604104kJ×6.3.4化学变化热(反应热)过程的化学变化热可根据反应进度和化学反应热来计算，即式中:—反应进度，mol；—化学反应热，kJmol-1。以反应物A表示的反应进度为 式中:nA0—反应开始时反应物A的摩尔数,mol; nA—某时刻反应物A的摩尔数，mol； A—反应物A在反应方程式中的计量系数。(6-10)(6-11)对同一化学反应而言，以参与反应的任一组分计算的反应进度都相同。但反应进度与反应方程式的写法有关。例如，氢与氧的热化学方程式为当反应进度为2mol时，化学变化热为若将氢与氧的热化学方程式改写为而其它条件均不变，则变为1mol，化学变化热为可见,与反应方程式的写法有关，但化学变化热不变kJ/molkJ/mol(放热)化学反应热可从文献、科研或工厂实测数据中获得。当缺少数据时，可由生成热或燃烧热数据经计算而得。产物反应物式中—反应物或产物在反应方程式中的计量系数；—反应物或产物的 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 生成热，kJ/mol。物质的标准生成热数据可从有关手册中查得。但应注意:一般手册中标准生成热的数据常用焓差，即表示，并规定吸热为正，放热为负，这与式(6-1)中的符号规定正好相反。(6-12)由盖斯定律得由生成热计算:由燃烧热计算:由盖斯定律得反应物产物式中—反应物或产质的标准燃烧热，kJ/mol。物质的标准燃烧热也可从有关手册中查得。化学反应热与反应物和产物的温度有关。若反应在标准状态(25℃和1.013105Pa)下进行，则化学反应热又称为标准化学反应热。(5-13)任意温度t℃下化学反应热的计算:若反应在t℃下进行，且反应物和产物在(25-t)℃之间均无相变化，则可设计如下热力学途径: 反应物t℃反应物25℃产物25℃产物t℃(25-t)iCpi(t-25)iCpi由盖斯定律得:反应物产物式中:t—反应温度，℃；Cpi—反应物或产物在(25～t)℃之间的平均定压比热，kJmol-1℃-1。+(25-t)iCpi+(t-25)iCpi=(6-14)若某反应物或产物在(25～t)℃之间存在相变，例如，若反应物中的j组分在温度t(25<t<t)时发生相变，则可设计如下热力学途径:反应物首先从25℃相变温度t相变温度t反应温度t(25-t)iCpijrj(t-t)iCpi=+(t-25)iCpi+(25-t)iCpi+jrj+(t-t)iCpi(6-15)过程的热效应由物理变化热和化学变化热两部分组成,即6.3.5加热或冷却设备所消耗的热量或冷量-Q5对稳态操作过程，；对非稳态操作过程，如开车、停车以及各种间歇操作过程，Q5可按下式计算 式中:G—设备各部件的质量，kg； Cp—设备各部件材料的平均定压比热，kJ/kg-1℃-1；t1—设备各部件的初始温度,℃； t2—设备各部件的最终温度，℃。 ∵与其他各项热量相比，Q5的数值一般较小 ∴Q5常可忽略不计。(6-16)6.3.6热散失—Q6设备向环境散失的热量Q6可用下式计算(6-17)式中:T—对流-辐射联合传热系数,Wm-2℃-1；AW—与周围介质直接接触的设备外表面积，m2；tW—与周围介质直接接触的设备外表面温度，℃；t—周围介质的温度，℃；—散热过程持续的时间，s.工程设计中,取Q6=0.05×Q16.3.7热量衡算的步骤(1)明确衡算目的，如通过热量衡算确定某设备或装置的Q、加热剂或冷却剂的消耗量等数据。(2)明确衡算对象，划定衡算范围，并绘出热量衡算示意图。为了计算方便，常结合物料衡算结果，将进出衡算范围的各股物料的数量、组成和温度等数据标在热量衡算示意图中。(3)收集与热量衡算有关的热力学数据，如定压比热、相变热、反应热等。(4)选定衡算基准。(5)列出热量平衡方程式，进行热量衡算。(6)编制热量平衡表。6.4热量衡算举例-(1)反应过程例6-2物料衡算数据如表4-3所示。已知加入甲苯和浓硫酸的温度t进均为30℃，脱水器的排水温度为65℃，磺化液的出料温度为140℃，甲苯与硫酸的标准化学反应热为117.2kJmol-1(放热)，设备(包括磺化釜、回流冷凝器和脱水器,下同)升温所需的热量为1.3×105kJ，设备表面向周围环境的散热量为6.2×104kJ，回流冷凝器中冷却水移走的热量共9.8×105kJ。试对甲苯磺化过程进行热量衡算。热力学数据为：原料甲苯的定压比热为1.71kJkg-1℃-1；98%硫酸的定压比热为1.47kJkg-1℃-1；磺化液的平均定压比热为1.59kJkg-1℃-1；水的定压比热为4.18kJkg-1℃-1。解：热量衡算的目的:确定磺化过程中的补充加热量。衡算对象:甲苯磺化装置(包括磺化釜、回流冷凝器和脱水器等)。若将过程的热效应作为输入热量来考虑，则可绘出如图5-1所示的热量衡算示意图。 图6-1甲苯磺化装置热量衡算示意P61表4-3甲苯磺化过程的物料平衡表则热量平衡方程式可表示为取热量衡算的基准温度为25℃，则反应中共加入98%浓硫酸的质量为1100kg，其中含水22kg。若以SO3计，98%硫酸的质量分率为80%。由式(6-7)得反应结束后,磺化液含硫酸35.2kg,水21.4kg。以SO3计,硫酸的质量分率为50.8%。则所以反应消耗的甲苯量为979kg，则Q4=1906.9×1.59×(140-25)+193.1×4.18(65-25)=3.81×105kJQ5=1.3×105kJQ6=6.2×104kJQ7=9.8×105kJ∴Q2=Q4+Q5+Q6+Q7-Q1-Q3=2.16×105kJ热量衡算结果见表6-2.表6-2甲苯磺化过程热量平衡表输入项目名称热量/kJ输出项目名称热量/kJ甲苯：1000kg1.66(104磺化液：1906.9kg3.81(105浓硫酸：1100kg脱水器排水：193.1kg过程热效应1.32(106设备升温1.3(105补充加热2.16(105设备表面散热6.2(104冷却水带走热量9.8(105合计1.55(106合计1.55(1066.4热量衡算举例-(2)物理过程化工(制药)生产中，有各种各样的物理过程，如：汽化、分流、溶液稀释、增湿、物理吸收和蒸馏以精馏过程为例（1）目的：①确定QC和QB②确定G冷却水和G蒸汽图6-2精镏塔热量衡算示意（2）计算步骤：①确定衡算范围（虚线表示）②确定衡算基准Kmol/h以进入精馏塔物料量为基准，Kg/h以0℃液态为基准③建立热量衡算式对方框1：对方框2：QF—进塔物料带入热，kJ/h；QB—再沸器加热剂带入热，kJ/h；QR—回流液带入热，kJ/h；QW—塔釜液带出热，kJ/h；QV—塔顶上升蒸汽带出热，kJ/h；QL—热损失，kJ/h；QC—冷凝器冷却剂取出的热即冷凝器的热负,kJ/h；QD—塔顶馏出物带出热，kJ/h；④列出物料平衡表⑤查组分基础热数据△H、Cp、常数a、b、c、d等⑥求QiQL=0.05×QF⑦带入式1和式2分别求出QC和QB⑧求G冷却水和G蒸汽⑨列出热量衡算表6.5载热体及其他能量消耗的计算6.5.1常用的载热体(加热剂或冷却剂)制药生产中，需要使用热载体取出或供给热量。∵制药生产的工艺特点和操作条件多种多样，对热载体的价格、稳定性、适用温度范围、毒性等多个方面都有不同的要求∴设计者要在众多热载体中选择合适的种类和品牌。工业上常用的载热体：（1）饱和蒸汽：广泛使用优点：①安全；②P与T一一对应，经调P可控T③加热剂时，相变，给热系数大缺点：加热温度受限制；低压蒸汽,T≤150℃，P≤0.48中压蒸汽，T≤180℃，P≤0.98MPa；高压蒸汽，T=270℃，P=12.5MPaMPa（2）加压或常压热水：∵无相变，K小∴用的少但应充分利用加热蒸汽冷凝水和废热水利用（3）矿物油：常压下，进行均匀的高温加热时，可选用矿物油、加热温度可达225℃。缺点:粘度大，给热系数小。（4）有机高温载热体：工业上常用:联苯、联苯醚、道热姆、联甲苯甲烷等优点：Tb高，化学性质稳定如：道热姆，200℃Ps=0.025Mpa；350℃Ps=0.537MPa∵Ps低∴设备压力低，具有可燃性但无爆炸危险，毒性低，黏度比矿物油低,传热效果好。缺点：极易渗漏（5）熔盐硝酸钠、亚硝酸钠、硝酸钾等组成的低熔混合物加热温度＞380℃时，可用 图6-3反应器邻二甲苯氧化工段就有熔盐循环系统氧化过程放热（6）烟道气当加热T＞300～500℃时使用。烟道气T≥1000℃，但给热系数小（7）电加热T＜500℃清洁,效率高,加热速度快,操作控制方便,使用T范围广但成本高,常用于加热量不大的场合（8）空气水源不足地区可使用空气作为冷却剂T气温≤35℃的地区空气作为冷却剂是合适（9）水最常用的冷却剂。可用湖水、河水、井水等直流水。规模稍大的化工企业，一般都设有循环水系统。6.5.2冷冻剂和载冷体⑴冷冻剂冷冻循环的循环介质，起热量传递的中介作用。工业常用：NH3，CO2，氟里昂，CH4，C2O，C2=，C3=等。图6-4⑵载冷体通常为冷冻盐水，是氯化钠、氯化钙、氯化镁等盐类的水溶液，所能达到的低温与盐水的冻结温度有关。被冷物料的最低温度不能低于所选冷冻盐水的最低冻结温度，高于最低冻结温度若干度。氯化钙水溶液的最低冻结温度为-55℃（相应的含量为29.9%），而物料被冷却到的温度应不低于-45℃。氯化钠水溶液的最低冻结温度为-21.2℃（相应的含量为22.4%），而物料被冷却到的温度应不低于-12℃。若物料：0℃≤T被冷≤25℃采用冷冻盐水溶液T被冷＞25℃采用深井水(18℃～19℃)6.5.3载热体用量计算(1)间接蒸汽加热时的蒸汽消耗量若以0℃为基准温度，间接蒸汽加热时水蒸汽的消耗量可用下式计算(6-18) 式中:W—蒸汽消耗量,kg或kgh-1; Q2—由蒸汽传递给物料及设备的热量，kJ或kJ/h; △Hv—饱和蒸汽的冷凝热,kJ/kg; Cp—冷凝水的平均定压比热,取4.18kJkg-1℃-1; T,t—分别为蒸汽的冷凝温度和冷凝水的出口温度,0C; —热效率。 保温设备取0.97～0.98;不保温设备取0.93～0.95。(2)直接蒸汽加热时水蒸汽的消耗量若以0℃为基准温度，直接蒸汽加热时水蒸汽的消耗量可用下式计算(6-19)式中t—被加热液体的最终温度，℃。(3)水、冷冻盐水和空气等冷却剂的消耗量式中:W—冷却剂的消耗量，kg或kgh-1；Cp—冷却剂的平均定压比热，kJkg-1℃-1；t1—冷却剂的初温，℃；t2—冷却剂的终温，℃。(6-20)定压比热与温度的关系:水和空气的定压比热均随温度而变化，但变化并不显著。一般情况下:水的定压比热可取4.18kJkg-1oC-1，空气的定压比热可取1.01kJkg-1oC-1。氯化钠水溶液的定压比热与温度和浓度有关，如P78表5-5所示。(4)燃料的消耗量的计算式中:G—燃料的消耗量,kg或kgh-1;—燃烧炉的热效率,一般燃烧炉的值可取0.3～0.5,锅炉的值可取0.6～0.92;Qp—燃料发热量,kJkg-1。表6-6几种燃料的发热量燃料的消耗量可用下式计算(6-21)燃料名称褐煤烟煤无烟煤燃料油天然气发热量/kJ(kg-18400~1460014600~3350014600~2930040600~4310033500~37700⑸电能的消耗量的计算电能的消耗量可用下式计算(6-22)式中:E—电能的消耗量,kWh(1kWh=3600kJ)；—电热装置的热效率,一般可取0.85～0.95。6.5.4压缩空气的消耗量的计算一般情况下，压缩空气的消耗量均要折算成常压(1.013105Pa)下的空气体积或体积流量。∴首先要计算出压缩空气的压强以及操作状态下的空气体积或体积流量。⑴每次操作将设备中的液体全部压完时压缩空气消耗量以常压(1.013105Pa)下的空气体积计，一次操作所需的压缩空气消耗量为(6-23)式中:Vb—一次操作所需的压缩空气体积，m3/次；VT—设备容积，m3；P—压缩空气在设备内建立的压强，Pa。⑵每次仅将设备中的部分液体压出时的压缩空气消耗量以常压(1.013105Pa)下的空气体积计，一次操作所需的压缩空气消耗量为式中——设备的装料系数；V1——每次压送的液体体积，m3。⑶搅拌液体时压缩空气消耗量以常压(1.013105Pa)下的空气体积计，一次操作所需的压缩空气消耗量为(6-25)式中:K—系数，缓和搅拌取24，中等强度搅拌取48，强烈搅拌取60；A—被搅拌液体的横截面积，m2；—一次搅拌操作持续的时间，h。6.5.5真空抽气量的计算⑴抽吸液体物料一次抽吸操作所需的抽气量为式中Pk—设备中的剩余压强，Pa。⑵真空抽滤式中C—经验常数，可取15～18；A—真空过滤器的过滤面积，m2；—一次抽滤操作持续的时间，h。(6-27)(6-26)⑶真空蒸发∵由设备、管道等连接处漏入的空气以及溶液中的不凝性气体在冷凝器内积聚∴使P被冷凝蒸汽下降，致冷凝器的K显著减小∴必须从冷凝器中连续抽走空气和不凝性气体。在标准状态(P0=1.013105Pa，T0=273.15K)下，1kg水蒸汽中约含2.510-5kg的空气。每冷凝1kg蒸汽，由设备、管道等的连接处漏入的空气约为0.01kg。据此可计算出真空蒸发的抽气量。①间壁式冷凝器当采用间壁式冷凝器时，每小时从冷凝器抽走的空气量为式中:M—空气的平均分子量,常取29g/mol；R—通用气体常数,8.314Jmol-1K-1。以标准状态下的空气体积计，每小时应从冷凝器抽走的空气体积为式中Gh—从冷凝器抽走的空气量，kg/h；Dh—进入冷凝器的蒸汽量，kg/h。②直接混合式冷凝器当采用直接混合式冷凝器时，每小时必须从冷凝器抽走的空气量为式中:Wh—进入冷凝器的冷却水量，kg/h。以标准状态下的空气体积计，每小时应从冷凝器抽走的空气体积为(6-30)(6-31)⑷建立真空所需要的抽气量建立真空时每小时需抽走的空气体积为(6-32)式中—抽气时间，h；P1—设备内的初始压强，Pa；P2—设备内的终了压强，Pa。⑸维持真空所需的抽气量在系统内建立真空后，外界空气会从设备、管道等的各连接处漏入系统，这种气体泄漏一般是无法避免的。∴在建立真空后仍需继续抽气，以维持系统内的真空度。维持真空所需的抽气量可用下式计算(6-33)式中:Gh—真空系统的气体泄漏量,kg/h;G1—由真空系统容积确定的气体泄漏量,kg/h;G2—真空系统中各连接件的气体泄漏量之和,kg/h;K—校正系数。密封性能较好的小型装置,K值取0.5～0.75;密封性能较差及有腐蚀的装置,K值取2～3。真空系统中常见连接件的气体泄漏量如下表所示。连接件或部件名称平均泄漏量/kg(h-1连接件或部件名称平均泄漏量/kg(h-1aaa丝扣连接Dg<50①0.045视镜0.45Dg(500.09玻璃液位计(含旋塞)0.91法兰连接Dg<1500.23150(Dg<600(含人孔)0.36带液封填料箱的搅拌器、泵轴等0.14600(Dg<18000.5普通填料箱(以每mm轴径计)0.027Dg(18000.91阀门(有密封圈)d<15②0.23安全阀、放气口(以每mm公称直径计)0.018d(150.45润滑旋塞0.045轴封普通2.3泄放用小型旋塞0.09十分严密0.5~1通过进一步计算，可确定每吨产品的各种能量消耗定额、每小时的最大用量、日消耗量和年消耗量，最后可编制出能耗一览表，如表5-9所示。表6-11能耗一览表求出各种能量消耗后，还应考虑输送过程中的损失。通常做法：将所求得的能量消耗再乘上适当的能耗系数。表6-10能耗系数名称水水蒸汽冷冻盐水压缩空气真空抽气量能耗系数1.201.251.201.301.30序号名称规格单位每吨产品消耗定额每小时最大用量日消耗量年消耗量备注123456789第六章作业6-1、乙胺(1)-二乙胺(2)连续精馏塔，年处理量为15000吨/年，年工作日为300日，每天按24小时计算.回流比为0.914。进料:xF1=0.45(质量%)TF=26.51℃(泡点进料)馏出液:xD1=97(质量%)T顶≈T回=16.62℃釜液:xW1=2(质量%)Tw=52.38℃T℃Cp1[j/mol.k]Cp2[j/mol.k]△Hv1[j/mol]△Hv2[j/mol]26.51126.215171.067---------16.62124.340168.82028023.23530078.52552.38132.055179.004------------热损失为进料热量的5%。以0℃为基准温度,上述数据为上述温度下的平均热容。求①Qc和QB;②确定冷凝器冷剂以及用量;③确定再沸器加热剂以及用量。6-2教材P83习题1