能量衡算
第四章能量衡算及热数据的估算
第二节 热量衡算
对气体混合物
N
Cp Ni Cpi i 1
式中：Ni —i组分的重量是百分数，（%） Cpi—i组分的热容，（KJ/Kg·K）
第二节 热量衡算
2、Q5的计算
如是稳态操作过程，Q5=0；对于非稳态过程，如开车、停车以及各种间歇操 作过程，Q5可按下式（4-6）计算。
Q5 Mcp(t 2 t )1 （4—6）
第二节 热量衡算
①用标准反应热计算
当反应温度为298K及标准大气压时反应热的数值为标准反应热，用ΔH0表 示，规定负值表示放热，正值表示吸热，这与热量衡算平衡方程式中规定的符 号相反，下述用q0r表示标准反应热，且规定正值表示放热，负值表示吸热， 因而
q0r = -ΔH0 （4-11）
第二节 热量衡算
Q3:过程热效应，KJ；放热为正；吸热为负
Q4:物料离开设备所带走的热量，KJ
Q5:加热或冷却设备所消耗的热量，KJ
Q6:设备向环境散失的热量，KJ
第二节 热量衡算
1、Q1与Q4的计算
Q1(Q4) m
t2
Cpdt
(4—3)
t0
Cp=f (t)= a + bt + ct2 +┅ （4-4）
当Cp—t是直线关系时，上式（4-3）可简化为
目录
一、概述 二、热量衡算 三、常用热力学数据的计算 四、加热剂、冷却剂及其他能量消耗的计算
第一节 概述
一、能量衡算的目的和意义
能量衡算数据是设备选择与 计算的依据。
进行能量衡算，决定过程所 需要的能量，计算生产过程能耗 指标，对工艺设计的多种方案进 行比较，以选定先进的生产工艺。
能量衡算是组织、管理、生产、 经济核算和最优化的基础。
化工计算能量衡算
化工计算能量衡算能量衡算在化工工程中起着重要的作用，它是对化工过程中能量的流动和转化进行定量分析的方法。
通过能量衡算，可以评估化工过程的能源效率、分析能量损失和寻找节能措施，从而降低能耗和减少环境污染。
能量衡算的基本原理是能量守恒定律和热力学第一定律。
能量守恒定律表明在一个封闭的系统中，能量的总量不变，只能从一种形式转化为另一种形式。
热力学第一定律则描述了能量的转化过程中，能量的转化量等于外界对系统做功与系统从外界吸收的热量之和。
在化工过程中，能量衡算可以分为热平衡和物质平衡两个方面。
热平衡主要关注能量的转化和传递过程，物质平衡则主要关注物质的进出和转化过程。
热平衡是能量衡算的重要部分，它涉及到反应器、换热器、蒸馏塔等设备的能量平衡。
对于反应器而言，通过测量进出口温度、压力以及反应热等参数，可以计算出反应过程中的能量变化。
对于换热器而言，通过测量进出口温度、流体流量以及传热系数等参数，可以计算出传热过程中的能量变化。
对于蒸馏塔而言，通过测量进出口温度、压力以及回流比等参数，可以计算出蒸馏过程中的能量变化。
通过对这些设备进行能量平衡计算，可以评估它们的能量效率，找出能量损失的原因，并采取相应措施进行改善。
物质平衡是能量衡算的另一个重要部分，它涉及到化工过程中物质的进出和转化过程。
通过对物质的进出口流量、浓度以及反应速率等参数进行测量，可以计算出物质的转化率和反应速率，进而计算出化工过程中所需的能量。
物质平衡计算还可以用于确定化工过程的最优操作条件，从而达到节能的目的。
除了这些基本原理和方法，能量衡算还可以通过建立模型和使用计算软件进行复杂的能量计算。
化工过程中的能量转化往往非常复杂，涉及到多个反应过程、多个换热器以及各种流体流动过程。
通过对这些过程进行建模，并使用计算软件进行模拟和优化，可以更加准确和高效地进行能量衡算。
总之，能量衡算是化工工程中的重要环节，它可以评估能源效率、分析能量损失和寻找节能措施。
简述能量衡算的方法和步骤
简述能量衡算的方法和步骤1.引言1.1 概述概述部分的内容可具体如下：能量衡算作为一种重要的分析工具，被广泛应用于各个领域，例如工业生产、环境保护、能源管理等。
它通过对能量流动和转换过程进行定量和定性的分析，帮助人们更好地了解和评估能量的使用效率，为改进能源利用提供科学依据。
能量衡算的基本方法和步骤是确定能量系统的边界和系统内外的能量流动，然后对系统内各个部分的能量输入、输出和转化进行量化和分析。
具体而言，能量衡算的步骤包括以下几个方面：第一步是确定研究对象的边界，即确定能量系统所包含的范围和与外界的相互作用。
在能量衡算中，边界的划定十分重要，它直接影响到能量衡算的准确性和应用结果的可靠性。
第二步是识别和量化能量流动，即确定能量的输入来源和输出去向，以及能量在系统内的转化过程。
这可以通过收集和分析能量消耗和转换的相关数据来完成，例如电、气、水和燃料的使用量等。
第三步是对能量流动进行分析和评估，以获得能量衡算的结果。
这包括对能量输入、输出和转化的数量进行统计和比较，计算能量的利用效率和能量损失等指标。
通过比较不同系统或不同时间段的能量衡算结果，可以评估能源利用的优化潜力和改进方向。
最后一步是根据能量衡算的结果制定相应的措施和策略，以提高能量利用效率和减少能量损失。
这可以包括改进能源设备的设计和运行方式、采取节能措施、推广可再生能源的利用等。
综上所述，能量衡算是一项重要的研究工作，它通过对能量系统的分析和评估，为我们提供了改善能源利用效率和保护环境的科学依据。
通过深入研究并应用能量衡算的方法和步骤，我们可以更好地实现可持续发展的目标。
1.2 文章结构第2章正文2.1 能量衡算的概念和重要性2.2 能量衡算的方法和步骤2.1 能量衡算的概念和重要性能量衡算是一种通过计算能量的输入和输出来实现能源管理和分析的方法。
能量衡算能够量化能源使用情况，帮助我们了解和评估能源系统的效率，并提出改进措施。
它涉及收集数据、分析数据、建立模型以及对能源系统进行优化的过程。
第五章能量衡算
第五章能量衡算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5.2 热量衡算5.2.1 热量平衡方程式Q —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。
注意各Q勺符号规定Q为设备的热负荷。
若Q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Q的值，并取其最大值作为设备热负荷的设计依据。
522 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Q的计算无相变时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，贝心3、Q的计算过程的热效应由物理变化热Q和化学变化热Q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Q C= 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。
4、Q的计算稳态操作过程Q 5= 0非稳态操作过程由下式求QQ=' GC (T2-T1)G-设备各部件的质量，kg;G—设备各部件材料的平均恒压热容，kJ kg-1「C-1;T1—设备各部件的初始温度，C；T2—设备各部件的最终温度，C。
能量衡算方程式(伯努利方程)
p1V1 m
p1 1
p1
1
2.理想流体的伯努力方程
◆理想流体，无摩擦力，据机械能守恒定律： 机械能＝位能＋动能＋压强能＝常数
◆单位质量流体所具有的机械能
gz1
1 2
u12
p1
gz2
1 2
u22
p2
gz p u 2 常数
2
---理想流体的柏努利方程
3.讨论 ◆机械能守恒与转换方程 意义：流体的各种机械能形式之间在一定条件下是
g
u22 2
Hf
位压头 静压头 动压头 有效压头 压头损失
◆以单位体积位衡算基准,有：
gz1
p1
g
u12
2Hale Waihona Puke Ptgz2p2
g
u22
2
Pf
例：用泵将贮液池中常温下的水送到吸收塔顶部，贮液池 水面保持恒定，各部分的相对位置如图所示。输水管的直 径为Φ76×3，排水管出口喷头连接处压强为61500Pa，送 水量为34.5 m3/h，水流经全部管路（不包括喷头）的能量 损失为160 J/kg，试求泵的有效功率。又知在泵入口处安装 了真空表，真空表距水面高2m，从贮液池水面到真空表段 管路的能量损失为50 J/kg，试求真空表的计数。
1.5
2m
/
s
hf 40J / kg
代入上式， 得W=128.41J/kg
)2 u2
0.25u2
u12 u22 (0.25u2 )2 u22
2
2
g(z2
z1)
u22 2
p2
p1
h f
u2 10.57m / s
Vs
u2 A2
10.57
第四章 能量衡算
③ 合理划定衡算范围，确定适宜的进料和出 料部位，一般和设备的进出口一致，或者与 物料衡算一致。
④ 计算时对于一些量小、比率小的热量可以 略去不计，以简化计算。其误差可归于热损 失中。
3） 收集数据
能量衡算的数据包括：
① 设计条件规定的有关工艺操作数据，如温度、压力等；
② 涉及能量衡算的各股物料的量及其组成标在物料流程 图上；
③ 有关的物化数据，如汽化热或冷凝热、热容、焓、反 应热、溶解热等；
以上这些数据，有的来自设计任务书，有的来自物料 衡算的结果，有的来自有关的资料和手册，有的可以从 工厂的实际生产的数据、中试数据、研发数据中合理选 取。这样，把计算涉及的数据资料预先收集好，可以节
6）绘制能量衡算图和编写能量衡算表 把整个过程衡算的结果经反复核对无误后列 表，具体要求如下：
① 表格可与物料衡算结果同时列入；
② 按计算所选定的物料基准列表；
③ 换算以单位产品为基准的数据，为产品成 本估算提供依据；
④ 换算为时间基准，即单位时间产品量对应 的数据，为设备选型、物料输送、仓贮配置 以及其它经济指标提供条件。
① 显热：如Q1和Q4，是由于温度变化引起的热量； ② 潜热：或相变热，如Q5，温度不变； ③ 化学反应热：如Q3，放热或吸热； ④ 外加有用热：如Q2，外界提供的热量； ⑤ 热损失：如Q6，此项往往是其他项总收支的差值。
上面（4-2）式亦为通用公式，遇到具体问题 时，要注意下面几个方面：
① 建立各个热量之间热平衡关系，根据物料走 向及变化具体分析热量间关系，要注意各热量的 正负号。上式中除了Q1，Q4是正值以外，其他 各项都有正、负两种情况，因此要根据具体情况 进行具体分析，判断清楚再进行计算。
化工生产过程物料衡算和能量衡算
化工生产过程物料衡算和能量衡算一、物料衡算物料衡算主要是对物料在生产过程中的流动进行定量分析和计算。
它包括物料的进出口流量、过程中的转化和损失等方面。
物料衡算的目的是确定物料的流动情况，以控制和优化生产过程。
物料衡算通常涉及以下几个方面：1.原料的输入和产物的输出：从化工生产过程的角度来看，物料衡算的第一步是确定原料的输入和产物的输出。
这可以通过物料的质量或体积以及流量来衡量。
2.过程中的转化：化工生产过程中，原料经过一系列的化学反应、物理过程和分离步骤，转化成所需的产物。
物料衡算需要确定过程中每个反应、过程或分离步骤涉及的物料流量和转化率，以及产物的纯度和收率。
3.丢失与损耗：化工生产过程中常常存在物料的丢失和损耗，如挥发、固体颗粒的落地损失等。
物料衡算需要考虑这些损耗，并尽量减少它们的发生。
物料衡算的重要性在于通过对物料流动的定量分析，可以帮助工程师了解和控制生产过程中的物料转化、损耗和产物生成情况，从而优化生产过程。
二、能量衡算能量衡算是对化工生产过程中能量转换的定量分析和计算。
它涉及到能源的输入与输出以及能量的转化。
能量衡算可用于改善能源效率，减少能源消耗和废弃物的排放。
能量衡算主要包括以下几个方面：1.能源输入：能源是化工生产过程中的重要驱动力之一，常见的能源包括电能、燃料、蒸汽等。
能量衡算需要确定能源的类型、质量或热值、消耗量和运用效率。
2.能量转化：化工生产过程中会发生能量的转化，如化学反应产生的热能、电能转化为机械能等。
能量衡算需要考虑这些能量转化过程，并计算能量的转化率和损耗。
3.能源的输出：化工生产过程中也会有能源的输出，如废热、废气、废水等。
能量衡算需要确定这些能源输出的类型、质量或热值、排放量以及处理方式。
能量衡算的目的是优化能源的利用，提高能源效率，减少能源消耗和环境污染。
通过定量分析和计算能量流动，能量衡算可以帮助工程师了解和控制能源输入与输出，寻找能源转化和能耗的瓶颈，提出改进方案，提高生产过程的能量利用率。
化工计算-能量衡算_OK
28
连续稳定体系的总能量衡算
• 每小时500千克蒸汽驱动涡轮。进涡轮的蒸汽为44atm、450℃，线速度为60m ／s，蒸汽离开涡轮的部位在涡轮进口位置以下5m，常压，速度为360m／s。 涡轮作轴功700kW，祸轮的热损失佑计为104kcal／h，计算过程焓的变化(kJ／ kg)。
29
流程图
500kg/h
L=0.648kmol
41
• (2)能量衡算 基准：苯(液)10℃，甲苯(液)10℃ 忽略混合热，总焓等于各组分焓的和。 查得：
CP(苯，液)＝62.55十ห้องสมุดไป่ตู้3.4×10-2T kJ／kmol·K CP(甲苯，液)＝157kJ／kmol·℃(0—50℃) ＝165kJ／kmol·℃(0—100℃)
Ha
323
C 283 P
(苯，液)dT
53
38k
J/
mo
l
b. 甲苯(液) 50℃
Hb
323
C 283 P
(甲苯，液)dT
6280kJ/
mol
43
c. 苯(汽) 50℃ 苯(液, 10℃ ) 苯(液, 80.26℃ ) 苯(汽, 80.26℃ ) 苯(汽, 50℃ )
Hc
353
C 283 P
44atm,450℃
5m
60m/s
500kg/h 1atm, 360m/s
Q=-104kcal/h
W=-700kW
30
解题过程
• 物料衡算
m=500/3600=0.139kg/s
• 能量衡算
EK
m 2
u22 u12
0.139(3602 602 ) 103 8.76kJ / s 2
化工计算能量衡算
化工计算能量衡算引言化工过程中，能量的衡算是一个重要的步骤。
能量衡算可以帮助工程师了解化工过程中的能量转化和能量损失情况，从而优化工艺和提高能源利用效率。
本文将介绍化工计算能量衡算的基本原理和方法，并以实际案例进行说明。
一、能量的基本概念在进行能量的衡算之前，我们需要先了解能量的基本概念和单位。
能量是物体或系统所具有的做功能力，它是物质存在的一种属性。
能量的单位通常用焦耳（J）表示。
以下是一些常见的能量单位：•千焦（kJ）= 10^3 J•兆焦（MJ）= 10^6 J•吉焦（GJ）= 10^9 J此外，化学工程中经常使用的能量单位还有千卡（kcal）和英尺磅（ft-lbf）等。
二、能量转化和传递能量在化工过程中会发生转化和传递。
常见的能量转化包括热能转化为机械能、化学能转化为热能等。
能量传递则是指能量从一个物体传递到另一个物体。
能量转化和传递的过程可以通过能量平衡方程表示。
能量平衡方程的一般形式为：$$E_{in} - E_{out} = \\Delta E_{sys}$$其中，E in表示系统收入的能量，E out表示系统输出的能量，$\\Delta E_{sys}$表示系统内能的变化。
能量平衡方程是能量衡算的基础，通过对各个能量项进行计算和衡量，可以得到系统能量的全面情况。
三、能量衡算的方法能量衡算的方法包括物料平衡法、焓平衡法和热力学计算法等。
下面分别介绍这些方法的主要原理和应用。
3.1 物料平衡法物料平衡法是一种根据物料的进出量来计算能量收支的方法。
它基于质量守恒定律，假设在化工过程中物料是不可压缩和不可消失的。
使用物料平衡法进行能量衡算的一般步骤如下：1.确定系统边界，包括进出口和反应器等；2.收集进出口的物料信息，包括物料的质量、温度、压力等；3.列出物料平衡方程，根据质量守恒定律得到进出口物质量的关系；4.根据进出口物料的属性，计算出相应的能量。
物料平衡法可以应用于各种化工过程，包括反应器、蒸馏塔、萃取塔等。
能量衡算
3.4烷基化反应工段
3.4.1反应器HECHENG1
物料 温度/℃ 压力/bar 气相分率 反应器HECHENG1能量衡算表 MIX5 460.0 1.000 1.000 PRO1 460.0 1.000 1.000
摩尔流量 /(kmol/h) 质量流量/(kg/h) 体积流量/(m3/h) 焓 值/(Gcal/h) ΣHin/(Gcal/h) ΣHout/(Gcal/h) Q/(Gcal/h) W/(Gcal/h) ΔE/(Gcal/h)
3.4.3甲醇分流器FENLIU1
物料 温度/℃ 压力/bar 气相分率 摩尔流量/(kmol/h) 质量流量/(kg/h) 体积流量/(m3/h) 焓值/(Gcal/h) ΣHin/(Gcal/h) ΣHout/(Gcal/h) Q/(Gcal/h) W/(Gcal/h) 甲醇分流器FENLIU1能量衡算表 JIACHUN1 JIACHUN2 JIACHUN4 300.0 300.0 300.0 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 1.000 620.OOO 319.982 300.018 19866.1392 10252.9144 9613.22476 29545.2211 15248.2886 14296.9325 -27.532795 -14.209676 -13.32312 -27.532795 （JIACHUN2+ JIACHUN4）=-27.532796 -0.000001 0
能量衡算
1.概述
在化工生产过程中，物料在不同单元间发生质量传递的同时，也伴随着能量 的消耗、释放和转化。其中能量变化可以通过能量衡算确定。能量衡算是以热力 学第一定律为依据， 对生产过程或设备的能量平衡进行定量的计算，计算过程中 要供给或移走的能量。能量是热能、电能、化学能、动能、辐射能的总称。化工 生产中最常用的能量形式为热能，故化工设计中经常把能量计算称为热量计算。 （1）确定传热设备的热负荷：为设计传热型设备如反应器、结晶器、塔式 设备、输送设备、压缩系统、分离等设备的形式、尺寸、传热面积等，以及各种 控制仪表等提供参数； （2）确定单位产品的能耗指标； （3）为非工艺专业（热工、电、给水、冷暖）的设计提供设计条件等
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能量衡算
4.1热量衡算的目的
热量衡算主要是为了确定设备的热负荷，根据设备热负荷的大小、
所处理物料的性质及工艺确定设备的主要工艺尺寸。
4.2热量衡算依据
热量衡算的主要依据是能量守恒定律，以车间物料衡算的结果为基
础而进行的，所以，车间物料衡算表是进行车间热量衡算的首要条件。
4.3液化加热蒸汽量
4.3.1加热蒸汽消耗量D
可按下式计算:
D＝GC(t2－t1)/(I－λ﹚
式中：
G——淀粉浆量(kg/h)
C——淀粉浆比热容[kJ/(kg·K)]
t1——浆料初温(10+273=293K)
t2——液化温度(90+273=363K)
I——加热蒸汽焓2738kJ/kg(0.3Mpa ，表压)
λ——加热蒸汽凝结水的焓，在363K时为377kJ/kg
4.3.2淀粉浆量G
根据物料衡算,日投工业淀粉1543.84Kg，由于为连续化液化，1543.84/24=64.3(Kg/h) 。
加水量为1：2.5，
粉浆量为G= 64.3× 3.5=225.14（kg/h）
4.3.3 粉浆干物质浓度
64.3× 86% × 100%÷225.14=24.6%
4.3.4粉浆干物质C
可按下式计算：C=C o*X+C水*(100-X)
式中：
C o——淀粉质比热容,取1.55kJ/(kg·K)
X——粉浆干物质含量,24.6%
C水——水的比热容4.18KJ/(kg·K)
C=1.55×24.6/100＋4.18×(100-24.6)/100=3.53[kJ/kg·K]
4.3.5蒸汽用量
D=64.3×3.53×(363-283)/(2738-377)=7.68(kg/h)
灭菌是将液化液由90℃加热至100℃，在100℃时的λ为419kJ/kg ，则灭菌所用蒸汽量：
D灭=64.3×3.53×(100-90)/(2738-419)=9.8（kg/h )。
由于要求在内使液化液由90℃加热至100℃，则蒸汽高峰量为:
9.8×60/15=39.2（kg/h)
以上两项合计为:
平均量=64.3+9.8=74.1(kg/h)
每日用量=74.1×24=1778.4(kg/h) 高峰用量=64.3+39.2=103.5(kg/h)。