热量衡算

热量衡算

1计算方法与原则

1.1热量衡算的目的及意义

热量衡算的主要目的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要求再选择传热面的形式、计算传热面积、确定设备的主要工艺尺寸。传热所需的加热剂或冷却剂的用量也是以热负荷的大小为依据而进行计算的。

1.2热量衡算的依据及必要条件

热量衡算的主要依据是能量守恒定律，其数学表达式为

Q1+ Q2+Q3=Q4+Q5+Q6 式1

其中：

Q1——物料带入到设备的热量，kJ

Q2——加热剂或冷却剂传给设备和所处理物料的热量，kJ

Q3——过程热效应，kJ

Q4——物料离开设备所消耗的热量，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

Q1（Q4）=Σ mC P(t2- t0) kJ式2

m——输入或输出设备的物料质量，kg

C P——物料的平均比热容，kJ/(kg•℃)

t2——物料的温度，℃

t0——基准温度，℃

Q5=Σ C P M (t2-t1) kJ式3

M——设备各部件的质量，kg

C P——设备各部件的比热容，kJ/(kg•℃)

t1——设备各部件的初始温度，℃

t

——设备各部件的最终温度，℃

2

Q5+Q6=10%Q总式4

热量衡算是在车间物料衡算的结果基础上而进行的，因此，车间物料衡算表是进行车间热量衡算的首要条件。其次还必须收集有关物质的热力学数据，例如比热容，相变热，反应热等。本设计还将涉及到的所有物料的热力学数据汇总成表4，以便于后期的计算。

1.3热量衡算基准

因为物料衡算计算的是各个岗位的天处理量，所以热量衡算计算的也是某个设备天换热介质消耗量，同时温度基准采用的是0℃做基准。当然，进行传热面积校核时，是根据批处理量计算。

2全车间物料热力学数据的估算

2.1所用纯化合物比热的推算

0i i p

M

c n C ∑=

式 5

式中M ——化合物分子量；

n i ——分子中同种元素原子数； c i ——元素的原子比热容，kJ/(kg•℃)

查《制药工程工艺设计》P111，得到原子的摩尔热容相关数据，见表1

表1 元素原子的摩尔热容单位：kcal/( kmol•℃)

(当物质为固体时，各原子的C a 取值近似值）

原子 C a 原子 C a 原子 C a 碳C 2.8 氧O 6.0 氮N 2.6 氢H

4.3

硫S

7.4

其他

8.0

(当物质为液体时，各原子的C a 取值近似值）

而在实际生产的过程中遇到的物质大多是混合物，极少数的混合物有实验测定的热容数据，一般都是根据混合物内各种物质的热容和组成进行推算的，其中杂质的含量极少，热效应可以忽略不计。

在本次设计中所涉及到得液体混合物的热容可以采用类似理想气混合物的热容的按分子组成加和的规律进行计算。即

C P = Σ X i C Pi 0 式 6

式中 C P ——液体混合物的定压摩尔热容，kJ/(kmol•℃)

X i ——液体混合物中ｉ组分的摩尔分数； C Pi 0——液体混合物中纯ｉ组分的定压摩尔热容

原子 C a 原子 C a 原子 C a 碳C 1.8 氧O 4.0 氮N 2.6 氢H

2.3

硫S

5.5

其他

6.2

对于2（C13H20N3O2Cl M=285.77）

C0P(2)=4.187x91.4/285.77=1.34 kj/kg.℃

对于联硼酸频哪醇酯(C12H24B2O4 M=231.18)

C P(C12H24B2O4)=4.187*105.2/231.18=1.91kj/kg.℃

对于醋酸甲（C2H3O2K M=98.14）

C P(C2H3O2K)=4.187*38.8/98.14=1.66 kj/kg.℃

对于二甲亚砜（C2H6SO M=83.95）

C P(C2H6SO)=4.187*45.4/83.95=2.26 kj/kg.℃

对于（PdCl2 M=175.84）

C P(PdCl2)=4.187*48/175.84=1.14 kj/kg.℃

对于3（C19H32O4N3B M= 377.29）

C P(C19H32O4N3B)=4.187*1377.8/377.29=1.53 kj/kg.℃

对5（C18H19O3N2Cl2BrF M=480.10）

C P(C18H19O3N2Cl2BrF)=4.187*118.1/480.10=1.03 kj/kg.℃对于碳酸钠（Na2CO3M= 105.99）

C P(Na2CO3)=4.187*26.2/105.99=1.03 kj/kg.℃

对于4 (C31H39N5O3Cl2F M=650.57)

C P(C31H39N5O3Cl2F)=4.187*189.1/650.57=1.22 kj/kg.℃

查《化工工艺设计手册》（第四版上册）P1189得到下列物质比热容数据

对于水（H 2O M= 18.01）

20

P

（） 4.18kJ/（kg ）H C O C =•︒

对于二氧化碳（CO 2 M= 44.01）

20

P

（） 2.84kJ/（kg ）C C O C =•︒

对于二氧化硫（SO 2 M= 64.06）

20

P

（）0.37kJ/（kg ）S C O C =•︒

对于氯化氢（HCl M= 36.46）

P

（） 4.00kJ/（kg HCl C ）C =•︒

对于乙酸乙酯（C 4H 8O 2 M= 88.11） 20

P

48（） 3.28kJ/（kg C H C ）O C =•︒