能量衡算教学ppt课件

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1、第四章能量衡算一、目的和意义1、可以计算能耗指标，比较多种生产方案，选定生产工艺2、设备选择与计算的依据3、组织、管理、生产、经济核算和最优化的基础。（1）确定各单元过程所需热量或冷量以及传热速率，为其他工程，如供汽、给水等提供设计依据；（2）化学反应常伴有热效应，导致体系的温度变化，需确定为保持一定的反应温度所需的放热速率和传热速率；（3）通过能量衡算，分析工程设计和操作中热量利用是否经济合理，以提高热量利用水平；（4）确定泵、压缩机等输送机械和搅拌、过滤等操作机械所需功率。二、能量衡算的主要任务在制药工程工艺计算中，根据能量守恒原理：能量积累率＝能量进入率－能量

2、流出率＋反应热生成率－反应热消耗率1、当过程没有化学反应时：能量积累率＝能量进入率－能量流出率2、当过程没有化学反应，并处于稳态时：能量进入率＝能量流出率三、能量衡算基本方程能量有多种形式，势能、动能、电能、热能、化学能等等。热量是一种最主要的能量形式，能量衡算实际上是热量衡算，因此，在本节中主要讨论热量衡算。四、能量衡算分类单元设备热量衡算系统热量衡算热量衡算热量衡算按能量守恒定律，在无轴功的条件下，进入系统的热量与离开热量应该平衡，在实际中对传热设备的热量衡算可由下式表示：Q1＋Q2＋Q3＝Q4＋Q5+Q6Q1——所处理的物料带入设备中的热量Q2——加热剂或冷却

3、剂传给设备和物料传递的热量Q3——过程的热效应Q4——离开设备物料带走的热量Q5——加热或冷却设备各部件所消耗的热量Q6——设备向环境散失的热量五、设备的热量衡算方程式Q2=Q4＋Q5+Q6-Q1-Q3（1）Q1与Q4计算Q1（Q4）＝∑mCP(t－t0)式中m----物料质量（kg）；CP----物料平均等压比热容（KJ/kg℃）；t2----物料的温度（℃）；t0----计算基准温度（℃）。m的数值可由物料衡算结果而定，t2的数值由生产工艺确定，CP则可从手册中查得，或用估算法得到。物料带入(带出）设备中的热量（2）Q5计算Q5＝∑MCP(t2－t1)式中M--

4、-设备各部件的质量（kg）CP---设备各部件的比热容kJ/(kg·℃)t1----设备各部件的初温度（℃）t2----设备各部件的终温度（℃）消耗在加热或冷却设备上的热量3）Q6计算Q6＝∑AαT(tw－t0)τ式中A--设备散热表面积（m2）；αT---散热表面向周围介质的联合给热系数W/(m2·℃)；tw---器壁向四周散热的表面温度（℃）；to---周围介质温度（℃）；τ---过程连续时间（s）。设备向四周散失的热量Q3＝Qr＋Qp式中Qr----化学反应热效应（kJ）；Qp----物理过程热效应（kJ）。过程热效应化学反应热效应物理过程热效应（溶解、结晶、

5、蒸发、冷凝、熔融、升华及浓度变化）4）过程热效应Q3化学反应热的计算1、用标准反应热计算2、用标准生成热计算3、用标准燃烧热计算焓（kJ·mol-1，可以根据相关手册查询）（）物理过程热效应相变热：在恒定的温度和压力下单位质量或摩尔物质发生相的变化时的焓变（汽化热，升华热，熔化热，冷凝热)溶解与混合热：积分溶解热：恒温恒压下，将1mol溶质溶解于nmol溶剂中，该过程所产生的热效应(ΔH)积分稀释热：恒温恒压下，将1mol溶剂加入于nmol溶质中，该过程所产生的热效应(ΔH)六、单元设备热量衡算步骤（1）明确衡算对象，划定衡算范围，绘制设备的热平衡图（2）收集有关资

6、料（3）选择计算基准温度（4）计算各种形式热量的值（5）列出热量平衡表七、热量衡算应注意的问题1、所有热量和可能转化成热量的其他能量2、确定计算的基准3、Q2等于正值表示需要加热，Q2等于负值表示需要冷却，对于间歇操作，各段时间操作情况不一样，则应分段进行热量平衡计算，求出不同阶段的Q24、查数据时，要注意使数值的正负号八、有效平均温差在设备选择与计算时，有传热面积的校核。根据Q2求传热面积时，需要知道有效温差。1、列管式换热器有效平均温差的计算Δtm换热介质逆流流向换热介质并流流向其他并流2、间歇式反应锅有效平均温差的计算间歇冷却过程有效平均温差的计算间歇加热过程

7、有效平均温差的计算九、常用热力学数据的计算比热容，汽化热，熔解热，溶解热，燃烧热比热容1、热熔的单位：摩尔热熔，比热容2、物质的热熔A、气体的比热容（压强低于5×105Pa的气体，压强高于5×105Pa的气体）B、固体的比热容（元素的比热容，化合物的比热容）C、液体的比热容（有机化合物的比热容，水溶液的比热容）3、混合物的热容A、理想气体混合物的热容B、真实气体混合物的热容C、液体混合物的热容汽化热1、利用waston从已知温度的汽化热求另一温度的汽化热2、利用盖斯定律从已知的T1、P1条件下的汽化数据求T2、P2条件下的汽化数据。3、液体在沸点下的汽化热4、根