[科普中国]-动量衡算

定律，能量衡算依据是能量守恒和热力学第一定律，动量衡算的依据则是动量守恒定律即牛顿第二运动定律。

用衡算的方法来分析各种与动量传递、热量传递和质量传递有关的过程时，首先要划定衡算的范围，即衡算的系统，其次要确定衡算的对象与衡算的基准。

原理能量衡算依据是能量守恒和热力学第一定律，动量衡算的依据则是动量守恒定律即牛顿第二运动定律。

反应器应当满足的条件：1.反应器的容积，满足生产能力

2.传热面积，为保证传热效率

3.物料均匀混合

化学反应伴随着动量、热量及质量的传递，这些因素对反应速率有直接影响，故设计反应器是必须进行物料、热量及动量衡算。

当流体通过对反应器前后压力差不太大时，动量衡算可以不考虑；对于等温过程，只需物料衡算就可确定反应器的容积，一般情况下，热效应不可忽略，及非等温过程，需对物料衡算和热量衡算式联立求解算出传热面积，进而求出反应器有效体积VR和实际体积V，定出反应器的型式。

物料衡算通过计算确定原料、产品、副产品间的平衡关系，物料衡算式是反应器设计计算的基本方程式，其理论基础：质量守恒定理1。

对于微元体积ΔV，反应物料组分A的物料衡算式：

简写为：A入=A出+A反+A积

1.间歇操作：A入=A出=0→A反=-A积

2.连续稳态操作：A积=0→A反=A出+A反

连续非稳态操作：A积≠0→A反=A出+A反+A积

3.半连续操作：A积≠0→A反=A出+A反+A积

热量衡算温度条件取决于产生或吸收的热量及换热条件，由热量衡算可确定反应器的温度条件及传热面积。其理论依据：能量守恒定律

对于流动体系与间歇体系的普遍热量衡算式：

反应物代入微元体积热量+由传热面传入微元体积的热量=反应物从微元体积代出的热量+微元体积内由于化学反应而消耗的热量+微元体积内积累的热量。

简写为：q入+q传=q出+q反+q积q反吸热反应为正，放热为负

1.间歇操作：q入=q出=0→q传=q反+q积

2.连续稳态操作：q积=0→q入+q传=q反+q出

连续非稳态操作：q积≠0→q入+q传=q出+q反+q积

3.半连续操作：q入+q传=q出+q反+q积

通过热量恒算可确定反应器所需的传热面积及传热剂的用量，但对间歇聚合反应器来说，在整个过程中，放热是不均匀的，故在计算传热面积时应当以最大热负荷作为依据。最大热负荷可由以下两种方法确定：

1.通过实验确定。把整个反应过程分成多个阶段进行热量计算，然后作出整个过程的放热曲线，这样即可确定最大热负荷Qmax。

2.根据生产实际情况和经验，选定Qmax与平均热负荷之比。

在进行物料恒算与热量恒算时，对于理想混合流反应器，因为反应器内各点物料的组成和温度完全一致，故可以对整个反应器列出物料恒算与热量恒算式；对于平推流反应器，因为物料的温度和组成等参数随反应器的位置而变，故只能对微元反应器体积列出物料恒算和热量恒算式。

根据物料恒算和热量恒算可得到反应器设计的基本方程式，再结合动力学方程式就可计算反应器的体积。

化学动力学计算

①一级不可逆反应

②二级不可逆反应

同时我们还需要考虑可逆反应、平行反应、连串反应等2。

本词条内容贡献者为:

王宁 - 副教授 - 西南大学