第五章 能量衡算 徐东海 唐山开放大学 BOU 裂藥工行金 店山开放大学
第五章 能量衡算 徐东海 唐山开放大学
第一节概述 第二节热量衡算 第三节过程的热效应 第四节热量衡算举例 第五节加热剂、冷却剂及其其他能量消耗的计算 裂桑工行圣 四店山开放大季 NGSHAN OPEN UNIV末鞋sIT门
第一节 概述 第二节 热量衡算 第三节 过程的热效应 第四节 热量衡算举例 第五节 加热剂、冷却剂及其其他能量消耗的计算
5.1概述 ·5.1.1能量衡算的目的和意义 ·计算过程能耗指标进行方案比较，选定先进生产工艺。 ·能量衡算数据是设备选型和计算的依据； ·是组织、管理、生产、经济核算和最优化的基础 ·5.1.2能量衡算的的依据及必要条件 ·依据为能量守恒定律 ·条件：物料衡算的数据，相关热力学物性数据。 ·5.1.3能量守恒的基本方程 ·输出能量+消耗能量+积累能量=输入能量+生成能量 ·5.1.4能量衡算的分类 ·单元设备的能量衡算和系统的能量衡算 教發工行公 店山不秋大学
5.1 概述 • 5.1.1能量衡算的目的和意义 • 计算过程能耗指标进行方案比较，选定先进生产工艺。 • 能量衡算数据是设备选型和计算的依据； • 是组织、管理、生产、经济核算和最优化的基础 • 5.1.2能量衡算的的依据及必要条件 • 依据为能量守恒定律 • 条件：物料衡算的数据，相关热力学物性数据。 • 5.1.3能量守恒的基本方程 • 输出能量+消耗能量+积累能量＝输入能量+生成能量 • 5.1.4能量衡算的分类 • 单元设备的能量衡算和系统的能量衡算
5.2热量衡算 ·5.2.1热量平衡方程式 Q+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6 ·Q1物料带入设备的热量，k; ·Q2一加热剂或冷却剂传给设备及所处理物料的热量，kJ； ·Q3一过程的热效应，k；（注意符号规定) •Q4物料带出设备的热量，kJ; ·Q5一加热或冷却设备所消耗的热量或冷量，kJ； ·Q。一设备向环境散失的热量，k。 裂藥工行金 店小万秋大学
5.2 热量衡算 • 5.2.1热量平衡方程式 • Q1—物料带入设备的热量，kJ； • Q2—加热剂或冷却剂传给设备及所处理物料的热量，kJ； • Q3—过程的热效应，kJ；（注意符号规定） • Q4—物料带出设备的热量，kJ； • Q5—加热或冷却设备所消耗的热量或冷量，kJ； • Q6—设备向环境散失的热量，kJ。 Q1 + Q2 + Q3 = Q4 + Q5 + Q6
•注意各Q的符号规定 ·Q2为设备的热负荷。若Q2为正值，需要向设备及所 处理的物料提供热量；反之，表明需要从设备及所处 理的物料移走热量。 •对间歇操作，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。 裂桑工行圣 唐山开放大学 NGSHAN OPEN UNIV末鞋sIT门
•注意各Q的符号规定 • Q2为设备的热负荷。若Q2为正值，需要向设备及所 处理的物料提供热量；反之，表明需要从设备及所处 理的物料移走热量。 •对间歇操作，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
5.2.2各项热量的计算 ·1、计算基准 ·一般情况下，可以0C和1.013×105Pa为计算基准 ,有反应的过程，也常以25C和1.013×105Pa为计算 基准。 ·2、Q或Q4的计算 ·无相变时 T e,或0，=∑cjc,dn 式中T采用何种应由经验式中T的温标而定。 装桑工税公 巴店山罚放大季
5.2.2 各项热量的计算 •1、计算基准 •一般情况下，可以0℃和1.013105 Pa为计算基准 •有反应的过程，也常以25℃和1.013105Pa为计算 基准。 •2、Q1或Q4的计算 •无相变时 = 2 1 1 4 T T Q或Q G Cp dT 式中T采用何种应由经验式中T的温标而定
物料的恒压热容与温度的函数关系常用多项式来表示： Cp=a+bT+cT2+dT3 Cp=a+bT+cT2 ·若知物料在所涉及温度范围内的平均恒压热容，则： 2或Q=∑GC(T,-T) Cp可是To和T2下恒压热容的算术平均值，也可取To 和T2平均温度下的恒压热容。 恒压下Q实质为焓值或焓变（基准态焓值为0）。 裂桑工行金 店小万秋大学
物料的恒压热容与温度的函数关系常用多项式来表示： •若知物料在所涉及温度范围内的平均恒压热容，则： 2 2 3 Cp a bT cT Cp a bT cT dT = + + = + + + ( ) Q1 或Q4 =GCP T2 −T0 CP可是T0和T2下恒压热容的算术平均值，也可取T0 和T2平均温度下的恒压热容。 恒压下Q实质为焓值或焓变（基准态焓值为0）
3、Q3的计算 过程的热效应由物理变化热Q和化学变化热Qc两部分 组成 Q3=Q。+Q。 •物理变化热是指物料的浓度或状态发生改变时所产 生的热效应。若过程为纯物理过程，无化学反应发 生，如固体的溶解、硝化混酸的配制、液体混合物 的精馏等，则Qc=0。 ·化学变化热是指组分之间发生化学反应时所产生 的热效应，可根据物质的反应量和化学反应热计算。 裂桑工行圣 店山开放大学 NGSHAN OPEN UNIVE鞋sT门
3、Q3的计算 过程的热效应由物理变化热QP和化学变化热QC两部分 组成 •物理变化热是指物料的浓度或状态发生改变时所产 生的热效应。若过程为纯物理过程，无化学反应发 生，如固体的溶解、硝化混酸的配制、液体混合物 的精馏等，则 QC＝0 。 • 化学变化热是指组分之间发生化学反应时所产生 的热效应，可根据物质的反应量和化学反应热计算。 Q3 = Qp + Qc
4、Qs的计算 ·稳态操作过程Q5=0 非稳态操作过程由下式求Q5 Q5=∑GCp(T2-T1) ·G一设备各部件的质量，kg; ·C。一设备各部件材料的平均恒压热容，kkg1.℃1氵 ·T1一设备各部件的初始温度，℃； ·T2一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，因此， Q5常可忽略不计。 装藥工行星 店么万放大学
4、Q5的计算 •稳态操作过程 Q5＝0 •非稳态操作过程由下式求Q5 • Q5=GCP（T2 -T1 ) •G—设备各部件的质量，kg； •Cp—设备各部件材料的平均恒压热容，kJkg-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，因此， Q5常可忽略不计
5、Q6的计算 Q。=∑aSw(Iw-T)rx103 ·对有保温层的设备或管道，可用下列公式估算。 （1)空气在保温层外作自然对流，且Tw<150℃ ·在平壁保温层外，0T=9.8+0.07(Tw-T） ·在圆筒壁保温层外，r=9.4+0.052（Tw-T) ·(2)空气沿粗糙壁面作强制对流 ·当空气流速u不大于5ms-1时，0T可按下式估算 ·0T=6.2+4.2u ·当空气速度大于5ms1时，可按下式估算 °0灯=7.8u0.78 ~(3)对于室内操作的釜式反应器，的数值可近似取为 i0W.m-2.℃1 装桑工行圣 店小万秋大学
5、Q6的计算 •对有保温层的设备或管道，T可用下列公式估算。 （1）空气在保温层外作自然对流，且TW150℃ • 在平壁保温层外， T＝9.8+0.07（TＷ－Ｔ） •在圆筒壁保温层外， T＝9.４+0.0５２（TＷ－Ｔ） •(2)空气沿粗糙壁面作强制对流 •当空气流速u不大于5ms -1时，T可按下式估算 •T＝6.2+4.2u •当空气速度大于5ms -1时，T可按下式估算 •T＝7.8u0.78 •(3) 对于室内操作的釜式反应器，T的数值可近似取为 10 Wm-2 ℃-1 。 ( ) 3 6 10− Q =T SW TW −T