[科普中國(guó)]-動(dòng)量衡算

定律，能量衡算依據(jù)是能量守恒和熱力學(xué)第一定律，動(dòng)量衡算的依據(jù)則是動(dòng)量守恒定律即牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律。

用衡算的方法來(lái)分析各種與動(dòng)量傳遞、熱量傳遞和質(zhì)量傳遞有關(guān)的過(guò)程時(shí)，首先要?jiǎng)澏ê馑愕姆秶春馑愕南到y(tǒng)，其次要確定衡算的對(duì)象與衡算的基準(zhǔn)。

原理能量衡算依據(jù)是能量守恒和熱力學(xué)第一定律，動(dòng)量衡算的依據(jù)則是動(dòng)量守恒定律即牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律。

反應(yīng)器應(yīng)當(dāng)滿足的條件：1.反應(yīng)器的容積，滿足生產(chǎn)能力

2.傳熱面積，為保證傳熱效率

3.物料均勻混合

化學(xué)反應(yīng)伴隨著動(dòng)量、熱量及質(zhì)量的傳遞，這些因素對(duì)反應(yīng)速率有直接影響，故設(shè)計(jì)反應(yīng)器是必須進(jìn)行物料、熱量及動(dòng)量衡算。

當(dāng)流體通過(guò)對(duì)反應(yīng)器前后壓力差不太大時(shí)，動(dòng)量衡算可以不考慮；對(duì)于等溫過(guò)程，只需物料衡算就可確定反應(yīng)器的容積，一般情況下，熱效應(yīng)不可忽略，及非等溫過(guò)程，需對(duì)物料衡算和熱量衡算式聯(lián)立求解算出傳熱面積，進(jìn)而求出反應(yīng)器有效體積VR和實(shí)際體積V，定出反應(yīng)器的型式。

物料衡算通過(guò)計(jì)算確定原料、產(chǎn)品、副產(chǎn)品間的平衡關(guān)系，物料衡算式是反應(yīng)器設(shè)計(jì)計(jì)算的基本方程式，其理論基礎(chǔ)：質(zhì)量守恒定理1。

對(duì)于微元體積ΔV，反應(yīng)物料組分A的物料衡算式：

簡(jiǎn)寫為：A入=A出+A反+A積

1.間歇操作：A入=A出=0→A反=-A積

2.連續(xù)穩(wěn)態(tài)操作：A積=0→A反=A出+A反

連續(xù)非穩(wěn)態(tài)操作：A積≠0→A反=A出+A反+A積

3.半連續(xù)操作：A積≠0→A反=A出+A反+A積

熱量衡算溫度條件取決于產(chǎn)生或吸收的熱量及換熱條件，由熱量衡算可確定反應(yīng)器的溫度條件及傳熱面積。其理論依據(jù)：能量守恒定律

對(duì)于流動(dòng)體系與間歇體系的普遍熱量衡算式：

反應(yīng)物代入微元體積熱量+由傳熱面?zhèn)魅胛⒃w積的熱量=反應(yīng)物從微元體積代出的熱量+微元體積內(nèi)由于化學(xué)反應(yīng)而消耗的熱量+微元體積內(nèi)積累的熱量。

簡(jiǎn)寫為：q入+q傳=q出+q反+q積q反吸熱反應(yīng)為正，放熱為負(fù)

1.間歇操作：q入=q出=0→q傳=q反+q積

2.連續(xù)穩(wěn)態(tài)操作：q積=0→q入+q傳=q反+q出

連續(xù)非穩(wěn)態(tài)操作：q積≠0→q入+q傳=q出+q反+q積

3.半連續(xù)操作：q入+q傳=q出+q反+q積

通過(guò)熱量恒算可確定反應(yīng)器所需的傳熱面積及傳熱劑的用量，但對(duì)間歇聚合反應(yīng)器來(lái)說(shuō)，在整個(gè)過(guò)程中，放熱是不均勻的，故在計(jì)算傳熱面積時(shí)應(yīng)當(dāng)以最大熱負(fù)荷作為依據(jù)。最大熱負(fù)荷可由以下兩種方法確定：

1.通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定。把整個(gè)反應(yīng)過(guò)程分成多個(gè)階段進(jìn)行熱量計(jì)算，然后作出整個(gè)過(guò)程的放熱曲線，這樣即可確定最大熱負(fù)荷Qmax。

2.根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際情況和經(jīng)驗(yàn)，選定Qmax與平均熱負(fù)荷之比。

在進(jìn)行物料恒算與熱量恒算時(shí)，對(duì)于理想混合流反應(yīng)器，因?yàn)榉磻?yīng)器內(nèi)各點(diǎn)物料的組成和溫度完全一致，故可以對(duì)整個(gè)反應(yīng)器列出物料恒算與熱量恒算式；對(duì)于平推流反應(yīng)器，因?yàn)槲锪系臏囟群徒M成等參數(shù)隨反應(yīng)器的位置而變，故只能對(duì)微元反應(yīng)器體積列出物料恒算和熱量恒算式。

根據(jù)物料恒算和熱量恒算可得到反應(yīng)器設(shè)計(jì)的基本方程式，再結(jié)合動(dòng)力學(xué)方程式就可計(jì)算反應(yīng)器的體積。

化學(xué)動(dòng)力學(xué)計(jì)算

①一級(jí)不可逆反應(yīng)

②二級(jí)不可逆反應(yīng)

同時(shí)我們還需要考慮可逆反應(yīng)、平行反應(yīng)、連串反應(yīng)等2。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

王寧 - 副教授 - 西南大學(xué)