能量衡算簡介

energy balance如果是熱能，則稱做熱量衡算。

在化工生產過程中，物料在不同單元間發(fā)生質量傳遞的同時，也伴隨著能量的消耗、釋放和轉化。其中能量變化可以通過能量衡算確定。能量衡算是以熱力學第一定律為依據，對生產過程或設備的能量平衡進行定量的計算，計算過程中要供給或移走的能量。能量是熱能、電能、化學能、動能、輻射能的總稱?；どa中最常用的能量形式為熱能，故化工設計中經常把能量計算稱為熱量計算。

（1）確定傳熱設備的熱負荷：為設計傳熱型設備如反應器、結晶器、塔式設備、輸送設備、壓縮系統(tǒng)、分離等設備的形式、尺寸、傳熱面積等，以及各種控制儀表等提供參數；

（2）確定單位產品的能耗指標；

（3）為非工藝專業(yè)（熱工、電、給水、冷暖）的設計提供設計條件等

能量衡算的基本依據是能量守恒定律。而能量守恒定律是以化工過程的能量衡算結果為基礎進行的。本工藝所需的主要設備有泵、換熱器、反應器、精餾塔等。輸入生產系統(tǒng)的能量主要有電能、熱公用工程帶入的熱量和原料的焓值，輸出的能量主要有冷公用工程帶走的熱量和產物的焓值。

根據能量守恒定律，對于連續(xù)系統(tǒng)有：

Q W Q 損 = ΣHout -Σ Hin

Q ——設備的熱負荷；Q=ΣHout -Σ Hin

W ——機械能，輸入為正，輸出為負；

Q 損——系統(tǒng)損失的熱量，本計算書中忽略不計，即Q 損=0；

ΣHout——進料帶入系統(tǒng)的能量之和，本計算書中即為物料焓值；

ΣHin——出料帶出系統(tǒng)的能量之和，本計算書中即為物料焓值。

利用以上關系，可以對整個工藝系統(tǒng)或子系統(tǒng)進行能量衡算 誤差Error：

ΔE= Q W-(ΣHout -Σ Hin)

能量衡算工藝流程

與物料衡算相同，根據幾個主要的操作單元，也將能量衡算分為三個工段， 即原料混合工段、烷基化反應工段、粗產品處理工段。能量衡算數據以總流程模擬為準。

能量衡算任務

對于本廠，工藝采取年開工300天的連續(xù)操作，物料衡算的主要任務在于：確定工藝單元中物料輸送機械（如泵）和其他操作機械所需要的功率， 以便于進行設備的設計和選型； 確定精餾等各個單元操作中所需要的熱量或冷量以及傳遞速率，計算換熱設備的尺寸，確定加熱劑和冷卻劑的消耗量，為后續(xù)設計中比如供汽、供冷、供水等專業(yè)提供設備條件；確定為保持一定反應溫度所需移除或者加入的熱傳遞速率，指導反應器的設計和選型； 提高熱量內部集成度，充分利用余熱，提高能量利用率，降低能耗； 最終計算出總需求能量和能量的費用，并由此確定工藝過程在經濟上的可行性。2100433B

能量衡算和物料衡算類似，要用到守恒的概念，即要計算進入和離開特定體系的能量值，因此必須分清不同形式的能量形式及表示的方法。由于能量存在有多種形式，因此能量衡算要比物料衡算復雜。

熱量衡算位能（Ep）

位能又稱勢能，是物體由于在高度上的位移而具有的能量。其值的大小與物體所在的力場有關，物體在重力場中所具有的位能可用下式表示：

位能的大小和基準面有關，因此物體距基準面的高度差決定了位能的大小，當物體處于基準面上時其位能為零。由于多數化工生產過程基本上是在地表或接近地表的高度進行的，位能對整個能量衡算的影響一般不大，除在計算物料的輸送功率時物料的位能變化是不可忽略的外，在能量衡算中位能皆可忽略。

熱量衡算動能（Ek）

由于物體運動所具有的能量，稱為動能，其值表示為：

物體的動能與物體運動速度的平方成正比，因此物體的運動速度對動能的影響較大，但在化工生產過程中物料的流動速度一般都不大，與其他能量相比較可以忽略，只有當物料經過噴嘴或銳孔形成高速的噴射流時，在能量衡算中動能的影響才比較明顯其值不可以忽略。

熱量衡算內能（U）

內能表示除了宏觀的動能和位能外物質所具有的能量，其大小與分子運動有關。對于純組分物質，內能可表示成與溫度和摩爾體積間的函數關系 ：

能量衡算的基礎是物料衡算。 化工設計中的能量衡算主要是熱量衡算。在化工設計工作中，通過熱量衡算可以得到下面各種情況下的設計參數。

(1)換熱設備的熱負荷；

(2)反應器的換熱量；

(3)吸收塔冷卻裝置的熱負荷；

(4)冷激式多段絕熱固定床反應器的冷激劑用量；

(5)加熱蒸汽、冷卻水、冷凍鹽水的用量；

(6)有機高溫熱載體（如聯(lián)苯、導熱姆等）和熔鹽的循環(huán)量；

(7)冷凍系統(tǒng)的制冷量和冷凍劑循環(huán)量；

(8)換熱器冷、熱支路的物流比例 ；

(9)設備進、出口的各股物料中某股物料的溫度 。

物料衡算（無014）

概述

第一章 物料衡算的基本關系式及方法

第一節(jié) 物料衡算基本關系式

第二節(jié) 物料衡算的方法和步驟

第三節(jié) 物料衡算基準的選擇

習題

第二章 不含化學反應的物料衡算

第一節(jié) 不含化學反應的物料衡算的計算步驟

第二節(jié) 應用舉例

習題

第三章 化學反應過程的物料衡算

第一節(jié) 轉化率、產率、收率的計算

第二節(jié) 化學反應過程的物料衡算

第三節(jié) 循環(huán)過程的物料衡算

習題

第四章 組成和流量數據不全的物料衡算

習題

附錄

參考文獻

熱量衡算（無042）

概述

第一章 氣體的p、v、t性質

第一節(jié) 理想氣體

第二節(jié) 分壓定律及分體積定律

習題

第二章 熱力學第一定律

第一節(jié) 基本概念及術語

第二節(jié) 熱力學第一定律

第三節(jié) 恒容熱、恒壓熱及焓

第四節(jié) 熱容

第五節(jié) 相變熱、溶解熱與沖淡熱及化學反應熱

習題

第三章 熱力學第二定律

第一節(jié) 熱力學第二定律

第二節(jié) 卡諾循環(huán)及熱機效率

第三節(jié) 熵和熵差計算

習題

第四章 熱量計算

第一節(jié) 顯熱和潛熱的計算

第二節(jié) 熱量衡算步驟與計算實例

附錄

一、換算系數

二、部分氣體的臨界常數

三、部分氣體的比熱容

四、飽和水蒸氣表

五、某些物質的標準生成由焓，標準熵及比熱容（25c）2100433B