第五章 能量衡算新

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1、第五章能量衡算第五章能量衡算1.教学目的与要求掌握能量衡算的基本方法，学会能量衡算的基本方法及步骤，掌握无化学反应的能量衡算及有化学反应的能量衡算进行计算。2.主要教学内容能量的形式、几个与能量有关的物理量，能量衡算的基本方法及步骤，无化学反应的能量衡算，有化学反应的能量衡算。3.重点与难点重点：无化学反应及有化学反应能量衡算的计算方法难点：有化学反应能量衡算的计算方法4.学时分配：8+6S学时第一节概述在化工生产中，能量的消耗是一项重要的技术经济指标，它是衡量工艺过程、设备设计、操作制度是否先进合理的主要指标之一。能量衡算有两种类型的问题，一种是先对使用中的装置或设备，实

2、际测定一些能量，通过衡算计算出另外一些难以直接测定的能量，由此作出能量方面的评价，即由装置或设备进出口物料的量和温度，以及其它各项能量，求出装置或设备的能量利用情况；另一类是在设计新装置或设备时，根据已知的或可设定的物料量求得未知的物料量或温度，和需要加入或移出的热量。能量衡算的基础是物料衡算，只有在进行完备的物料衡算后才能作出能量衡算。5－1  能量的形式能量衡算也象物料衡算那样，要用到守恒的概念，也就是姿开算进入的能量和离开的能音，因此就要分清不同的能量形式和表示的方法。一、动能l       动能（Ek） 运动着的流体具有动能；二、位能l位能（EP） 物体自某一基准面

3、移高到一定距离，由于这种位移而具有的能量。静压能（Ez）流体由于一定的静压强而具有的能量。三、内能6第五章能量衡算l内能（U）  内能是指物体除了宏观的动能和位能外所具有的能量。5－2几个与能量衡算有关的重要物理量1、热量（Q）温度不同的两物体相接触或靠近，热量从热（温度高）的物体向冷（温度低）的物体流动，这种由于温度差而引起交换的能量，称为热量。因此对于热量要明确两点，第一，热量是一种能量的形式，是传递过程中的能量形式；第二，一定要有温度差或温度梯度，才会有热量的传递。2、功（W）功是力与位移的乘积。在化工中常见的有体积功（体系体积变化时，由于反抗外力作用而与环境交换的功

4、）、流动功（物系在流动过程中为推动流体流动所需的功）以及旋转轴的机械功等。以环境向体系作功为正、反之为负。功和热量都是能量传递的两种不同形式，它们不是物系的性质，因此不能说体系内或某物体有多少热量或功。功和热量的单位在SI制中为焦耳，除此以外，公制中的卡或千卡、英制中的英热单位(Btu)还常有使用，应注意它们之间的换算关系。3、焓(H)这是我们在能量衡算中经常遇到的一个变量，它的定义是：H＝U＋PV式中   P为压力,V为容积。对于纯物质，焓可表示成温度和压力的函数：H=H(T，P)对H全微分：　其中(H／T)P，为恒压热容，以CP，表示，在多数实际场合，(H／P)T很小，

5、故上式右边第二项可忽略，因此焓差可表示成4、热容热容是一定量的物质改变一定的温度所需要的热量，可以看作是温度差∆T和引起温度变化的热量Q之间的比例常数，即Q＝mC∆T6第五章能量衡算 第二节能量衡算的基本方法及步骤根据能量守恒原理，能量衡算的基本方法可表示为：输入的能量一输出的能量＝积累的能量由于物质具有各种形式的能量，因此作能量衡算时也应注意输入榆出体系的各种能量，上式中各项指的都是“总能量”，因为总能量中某部分能量并不总是守恒的。5－3总能量衡算l       连续稳定流动过程的总能量衡算∆H+∆Ek+∆EP＝Q+Wl       间歇过程的总能量衡算∆U+∆Ek+∆E

6、P＝Q+W一般间歇操作，能量、位能差项等于零，即∆Ek＝0，∆EP＝0，所以上式又可简化为∆U＝Q+W此式即为热力学第一定律的数学式，此处W的符号以环境向体系作功为正。5－4热量衡算l       热量衡算式Q=∆H=H1–H2Q=∆U=U1–U2 (间歇过程)热量衡算就是计算在指定的条件下进出物料的焓差，从而确定过程传递的热量。在实际计算时，由于进出设备的物料不止一个，因此可改写为：ΣQ=ΣH1–ΣH2或      ΣQ=ΣU1–ΣU2 热量衡算的基本方法及步骤热量衡算有两种情况：一种是在设计时，根据给定的进出物料量及已知温度求另一殷物料的未知物料量或温度，常用于计算换热

7、设备的蒸汽用量或冷却水用量。另一种是在原有的装置上，对某个设备，利用实际测定（有时也要作一些相应的计算）的数据，计算出另一些不能或很难直接测定的热量或能量，由此对设备作出能量上的分析。如根据各股物料进出口量及温度，找出该设备的热利用和热损失情况。热量衡算也需要确定基准，画出流程图，列出热量衡算表等。5－5机械能衡算6第五章能量衡算在反应器、蒸馏塔、蒸发器、换热器等化工设备中，功、动能、位能的变化，较之传热量、内能和烩的变化，是可以忽略的。因此作这些设备的能量衡算时，总能量衡算式可以简成Q=∆U(封闭体系）或Q=∆H