能量衡算

能量衡算的基本依据是能量守恒定律。而能量守恒定律是以化工过程的能量衡算结果为基础进行的。本工艺所需的主要设备有泵、换热器、反应器、精馏塔等。输入生产系统的能量主要有电能、热公用工程带入的热量和原料的焓值，输出的能量主要有冷公用工程带走的热量和产物的焓值。

根据能量守恒定律，对于连续系统有：

Q W Q 损 = ΣHout -Σ Hin

Q ——设备的热负荷；Q=ΣHout -Σ Hin

W ——机械能，输入为正，输出为负；

Q 损——系统损失的热量，本计算书中忽略不计，即Q 损=0；

ΣHout——进料带入系统的能量之和，本计算书中即为物料焓值；

ΣHin——出料带出系统的能量之和，本计算书中即为物料焓值。

利用以上关系，可以对整个工艺系统或子系统进行能量衡算 误差Error：

ΔE= Q W-(ΣHout -Σ Hin)

能量衡算工艺流程

与物料衡算相同，根据几个主要的操作单元，也将能量衡算分为三个工段， 即原料混合工段、烷基化反应工段、粗产品处理工段。能量衡算数据以总流程模拟为准。

能量衡算任务

对于本厂，工艺采取年开工300天的连续操作，物料衡算的主要任务在于：确定工艺单元中物料输送机械（如泵）和其他操作机械所需要的功率， 以便于进行设备的设计和选型； 确定精馏等各个单元操作中所需要的热量或冷量以及传递速率，计算换热设备的尺寸，确定加热剂和冷却剂的消耗量，为后续设计中比如供汽、供冷、供水等专业提供设备条件；确定为保持一定反应温度所需移除或者加入的热传递速率，指导反应器的设计和选型； 提高热量内部集成度，充分利用余热，提高能量利用率，降低能耗； 最终计算出总需求能量和能量的费用，并由此确定工艺过程在经济上的可行性。2100433B

energy balance如果是热能，则称做热量衡算。

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

能量衡算和物料衡算类似，要用到守恒的概念，即要计算进入和离开特定体系的能量值，因此必须分清不同形式的能量形式及表示的方法。由于能量存在有多种形式，因此能量衡算要比物料衡算复杂。

热量衡算位能（Ep）

位能又称势能，是物体由于在高度上的位移而具有的能量。其值的大小与物体所在的力场有关，物体在重力场中所具有的位能可用下式表示：

位能的大小和基准面有关，因此物体距基准面的高度差决定了位能的大小，当物体处于基准面上时其位能为零。由于多数化工生产过程基本上是在地表或接近地表的高度进行的，位能对整个能量衡算的影响一般不大，除在计算物料的输送功率时物料的位能变化是不可忽略的外，在能量衡算中位能皆可忽略。

热量衡算动能（Ek）

由于物体运动所具有的能量，称为动能，其值表示为：

物体的动能与物体运动速度的平方成正比，因此物体的运动速度对动能的影响较大，但在化工生产过程中物料的流动速度一般都不大，与其他能量相比较可以忽略，只有当物料经过喷嘴或锐孔形成高速的喷射流时，在能量衡算中动能的影响才比较明显其值不可以忽略。

热量衡算内能（U）

内能表示除了宏观的动能和位能外物质所具有的能量，其大小与分子运动有关。对于纯组分物质，内能可表示成与温度和摩尔体积间的函数关系 ：

能量衡算的基础是物料衡算。 化工设计中的能量衡算主要是热量衡算。在化工设计工作中，通过热量衡算可以得到下面各种情况下的设计参数。

(1)换热设备的热负荷；

(2)反应器的换热量；

(3)吸收塔冷却装置的热负荷；

(4)冷激式多段绝热固定床反应器的冷激剂用量；

(5)加热蒸汽、冷却水、冷冻盐水的用量；

(6)有机高温热载体（如联苯、导热姆等）和熔盐的循环量；

(7)冷冻系统的制冷量和冷冻剂循环量；

(8)换热器冷、热支路的物流比例 ；

(9)设备进、出口的各股物料中某股物料的温度 。

物料衡算（无014）

概述

第一章 物料衡算的基本关系式及方法

第一节 物料衡算基本关系式

第二节 物料衡算的方法和步骤

第三节 物料衡算基准的选择

习题

第二章 不含化学反应的物料衡算

第一节 不含化学反应的物料衡算的计算步骤

第二节 应用举例

习题

第三章 化学反应过程的物料衡算

第一节 转化率、产率、收率的计算

第二节 化学反应过程的物料衡算

第三节 循环过程的物料衡算

习题

第四章 组成和流量数据不全的物料衡算

习题

附录

参考文献

热量衡算（无042）

概述

第一章 气体的p、v、t性质

第一节 理想气体

第二节 分压定律及分体积定律

习题

第二章 热力学第一定律

第一节 基本概念及术语

第二节 热力学第一定律

第三节 恒容热、恒压热及焓

第四节 热容

第五节 相变热、溶解热与冲淡热及化学反应热

习题

第三章 热力学第二定律

第一节 热力学第二定律

第二节 卡诺循环及热机效率

第三节 熵和熵差计算

习题

第四章 热量计算

第一节 显热和潜热的计算

第二节 热量衡算步骤与计算实例

附录

一、换算系数

二、部分气体的临界常数

三、部分气体的比热容

四、饱和水蒸气表

五、某些物质的标准生成由焓，标准熵及比热容（25c）2100433B