热量衡算依据能量守恒定律
热量衡算——精选推荐
第二章 能量衡算2.1 能量衡算概述物料衡算完成后，对于没有传热要求的设备，可以由物料处理量，物料的性质及工艺要求进行设备的工艺设计，以确定设备的型式，台数，容积以及重要尺寸。
对于有传热要求的设备则必须通过能量衡算，才能确定设备的主要工艺尺寸。
无论进行物理过程的设备或是化学过程的设备，多数伴有能量传递过程，所以必须进行能量衡算。
2.2 能量衡算目的对于新设计的生产车间，能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在选择传热面的型式，计算传热面积，确定设备的主要尺寸。
传热所需要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。
对于有些伴有热效应的过程，其物料衡算也要通过与能量衡算的联合求解才能得出最后的结果。
2.3 能量衡算依据能量衡算的主要依据是能量守恒定律。
能量守恒定律是以车间物料衡算的结果为基础而进行的。
2.4 能量衡算过程 2.4.1 反应釜的热量衡算反应工段的热量衡算主要体现在反应釜和夹套。
对于有传热要求的的设备，其热量衡算为：654321Q Q Q Q Q Q ++=++；式中 1Q —物料带入到设备的热量kJ ； 2Q —加热剂传给设备的热量kJ ； 3Q —物理变化及化学反应的热效应kJ ； 4Q —物料离开设备所带走的热量kJ ； 5Q —消耗于提高设备本身温度的热量kJ ； 6Q —设备向环境散失的热量kJ 。
物料热量衡算以天为单位。
1Q 与4Q 的计算1Q 与4Q 均可按照下式计算：()tkJ mc Q Q p ∑=41 式中m —输入或输出设备的物料量，kgp c —物料的平均比热容，()C kg kJ ︒⋅/t —物料的温度，℃。
该式的计算标准是标准状态，即Pa C 3101013.10⨯︒及为计算标准。
固体和液体的比热容可以采用下式计算：Mn c c p ∑⋅=α184.4； []1式中：αc —元素的原子比热容，()C kg kJ ︒⋅/ ；n —分子中同一原子的原子数；M —化合物的分子量，kmol kg /。
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，kJQ2——加热剂或冷却剂传给设备和所处理物料的热量，kJQ3——过程热效应，kJQ4——物料离开设备所消耗的热量，kJQ5——加热或冷却设备所消耗的热量，kJQ6——设备向环境散失的热量，kJQ1（Q4）=Σ mC P(t2- t0) kJ式2m——输入或输出设备的物料质量，kgC 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3M——设备各部件的质量，kgC 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，℃2Q5+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 pMc 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H4.3硫S7.4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。
2010热量衡算数据
（1—12）
qvb =Tb·（39.8lgTb－0.029Tb）/M kJ/kg 式中 Tb—液体的沸点 K；
M—液体的分子量。
（1—13）
3、熔融热的计算
不同物质的熔融热可根据以下公式求出：
元
素
qF =（8.4～12.6）TF
热量衡算中，过程热效应 Q3 的符号为：放热为正；吸热为负。 （1）、学反应热 QR 为计算各种温度下的反应热，规定当反应温度为 298K 及标准大气压时反应热的数值
为标准反应热，习惯上用 ΔH°表示，负值表示放热，正值表示吸热。这与在热量衡算中所 规定的符号正好相反，为避免出错，现用符号 q○r 表示标准反应热，放热为正，吸热为负， 则 q。r =－ΔH°。
2）、燃烧需氧原子数法标准燃烧热
里查德认为：有机化合物的燃烧热与完全燃烧该有机化合物所需的氧原子数成直线
关系。即：
q°c =∑a＋x∑b kJ/mol
（1—19）
式中 a、b—常数，与化合物结构相关，其值见《药厂反应设备及车间工艺设计》（P213～217
表 6—6 和表 6—7）；
X—化合物完全燃烧时所需的氧原子数。
无机化合物
qF =（20.9～29.3）TF
有机化合物
qF =（37.7～46.0）TF
其中：qF —— 熔融热 J/mol；
TF —— 熔点 K。
（1—14） （1—15） （1—16）
5
4、溶解热的计算
气态溶质的溶解热可取蒸发潜热的负值；固态溶质的溶解热则近似可取其熔融热的 值。
5、浓度变化热效应的计算
由无限稀释热可以求出浓度变化的热效应。本设计涉及到氢氧化钠、盐酸的水溶液浓
第四章能量衡算及热数据的估算
第二节 热量衡算
对气体混合物
N
Cp Ni Cpi i 1
式中：Ni —i组分的重量是百分数，（%） Cpi—i组分的热容，（KJ/Kg·K）
第二节 热量衡算
2、Q5的计算
如是稳态操作过程，Q5=0；对于非稳态过程，如开车、停车以及各种间歇操 作过程，Q5可按下式（4-6）计算。
Q5 Mcp(t 2 t )1 （4—6）
第二节 热量衡算
①用标准反应热计算
当反应温度为298K及标准大气压时反应热的数值为标准反应热，用ΔH0表 示，规定负值表示放热，正值表示吸热，这与热量衡算平衡方程式中规定的符 号相反，下述用q0r表示标准反应热，且规定正值表示放热，负值表示吸热， 因而
q0r = -ΔH0 （4-11）
第二节 热量衡算
Q3:过程热效应，KJ；放热为正；吸热为负
Q4:物料离开设备所带走的热量，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
第二节 热量衡算
1、Q1与Q4的计算
Q1(Q4) m
t2
Cpdt
(4—3)
t0
Cp=f (t)= a + bt + ct2 +┅ （4-4）
当Cp—t是直线关系时，上式（4-3）可简化为
目录
一、概述 二、热量衡算 三、常用热力学数据的计算 四、加热剂、冷却剂及其他能量消耗的计算
第一节 概述
一、能量衡算的目的和意义
能量衡算数据是设备选择与 计算的依据。
进行能量衡算，决定过程所 需要的能量，计算生产过程能耗 指标，对工艺设计的多种方案进 行比较，以选定先进的生产工艺。
能量衡算是组织、管理、生产、 经济核算和最优化的基础。
能量衡算
能量衡算4.1热量衡算的目的热量衡算主要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确定设备的主要工艺尺寸。
4.2热量衡算依据热量衡算的主要依据是能量守恒定律，以车间物料衡算的结果为基础而进行的，所以，车间物料衡算表是进行车间热量衡算的首要条件。
4.3液化加热蒸汽量4.3.1加热蒸汽消耗量D可按下式计算:D＝GC(t2－t1)/(I－λ﹚式中：G——淀粉浆量(kg/h)C——淀粉浆比热容[kJ/(kg·K)]t1——浆料初温(10+273=293K)t2——液化温度(90+273=363K)I——加热蒸汽焓2738kJ/kg(0.3Mpa ，表压)λ——加热蒸汽凝结水的焓，在363K时为377kJ/kg4.3.2淀粉浆量G根据物料衡算,日投工业淀粉1543.84Kg，由于为连续化液化，1543.84/24=64.3(Kg/h) 。
加水量为1：2.5，粉浆量为G= 64.3× 3.5=225.14（kg/h）4.3.3 粉浆干物质浓度64.3× 86% × 100%÷225.14=24.6%4.3.4粉浆干物质C可按下式计算：C=C o*X+C水*(100-X)式中：C o——淀粉质比热容,取1.55kJ/(kg·K)X——粉浆干物质含量,24.6%C水——水的比热容4.18KJ/(kg·K)C=1.55×24.6/100＋4.18×(100-24.6)/100=3.53[kJ/kg·K]4.3.5蒸汽用量D=64.3×3.53×(363-283)/(2738-377)=7.68(kg/h)灭菌是将液化液由90℃加热至100℃，在100℃时的λ为419kJ/kg ，则灭菌所用蒸汽量：D灭=64.3×3.53×(100-90)/(2738-419)=9.8（kg/h )。
化工计算能量衡算
化工计算能量衡算能量衡算在化工工程中起着重要的作用，它是对化工过程中能量的流动和转化进行定量分析的方法。
通过能量衡算，可以评估化工过程的能源效率、分析能量损失和寻找节能措施，从而降低能耗和减少环境污染。
能量衡算的基本原理是能量守恒定律和热力学第一定律。
能量守恒定律表明在一个封闭的系统中，能量的总量不变，只能从一种形式转化为另一种形式。
热力学第一定律则描述了能量的转化过程中，能量的转化量等于外界对系统做功与系统从外界吸收的热量之和。
在化工过程中，能量衡算可以分为热平衡和物质平衡两个方面。
热平衡主要关注能量的转化和传递过程，物质平衡则主要关注物质的进出和转化过程。
热平衡是能量衡算的重要部分，它涉及到反应器、换热器、蒸馏塔等设备的能量平衡。
对于反应器而言，通过测量进出口温度、压力以及反应热等参数，可以计算出反应过程中的能量变化。
对于换热器而言，通过测量进出口温度、流体流量以及传热系数等参数，可以计算出传热过程中的能量变化。
对于蒸馏塔而言，通过测量进出口温度、压力以及回流比等参数，可以计算出蒸馏过程中的能量变化。
通过对这些设备进行能量平衡计算，可以评估它们的能量效率，找出能量损失的原因，并采取相应措施进行改善。
物质平衡是能量衡算的另一个重要部分，它涉及到化工过程中物质的进出和转化过程。
通过对物质的进出口流量、浓度以及反应速率等参数进行测量，可以计算出物质的转化率和反应速率，进而计算出化工过程中所需的能量。
物质平衡计算还可以用于确定化工过程的最优操作条件，从而达到节能的目的。
除了这些基本原理和方法，能量衡算还可以通过建立模型和使用计算软件进行复杂的能量计算。
化工过程中的能量转化往往非常复杂，涉及到多个反应过程、多个换热器以及各种流体流动过程。
通过对这些过程进行建模，并使用计算软件进行模拟和优化，可以更加准确和高效地进行能量衡算。
总之，能量衡算是化工工程中的重要环节，它可以评估能源效率、分析能量损失和寻找节能措施。
热量平衡技术原理及应用
热量平衡技术原理及应用热量平衡技术的原理是基于能量守恒定律和热力学原理。
根据能量守恒定律，系统中的能量总和是不变的，即输入的能量等于输出的能量加上系统内部的能量增减。
而根据热力学原理，能量的转换存在一定的损耗，因而需要对能量的输入和输出进行准确的测量。
热量平衡技术的应用范围广泛，包括电力行业、化工、冶金、建筑等。
在电力行业中，热量平衡技术被用于发电机组的性能评估和优化，以提高发电效率和减少能源损耗。
在化工行业中，热量平衡技术被用于提高生产过程中的能源利用率，优化化工品的制造过程。
在冶金行业中，热量平衡技术被用于提高冶金炉的效率，并减少废热的损失。
在建筑行业中，热量平衡技术被用于建筑物的节能设计，以提高建筑物的能源利用效率。
首先，热量平衡技术被用于能源转换设备的性能评估和优化。
通过对发电机组、炉窑等设备的热量输入和输出进行精确测量，可以计算出设备的能源利用效率和能量损耗，并采取相应的措施进行优化。
其次，热量平衡技术被用于能源系统的设计和规划。
通过对能源系统中各个组成部分的热量输入和输出进行准确测量，可以确定系统中的能源转换流程和能源传递路径，以达到最佳的能源利用效果。
再次，热量平衡技术被用于能源系统的监控和调节。
通过对能源系统中各个关键组件的热量输入和输出进行实时监测，可以及时发现和纠正系统中的能量损耗和能量浪费问题，并采取相应的措施进行调节。
最后，热量平衡技术被用于能源管理和节能减排。
通过对能源系统中各个关键组件的热量输入和输出进行定期监测，可以评估能源系统的能源利用效率，并提出节能减排的措施和建议，以降低能源消耗和减少碳排放。
总之，热量平衡技术是一种能够提高能源利用效率和减少能源损耗的重要工具。
通过对能源系统中各个组成部分的热量输入和输出进行准确测量，可以实现能量转换和传递的有效控制和管理，以达到能源的最优利用。
随着能源需求的不断增加和能源消耗的不断增多，热量平衡技术将在能源领域发挥越来越重要的作用。
化工原理复习知识点
化工原理复习知识点一、填空题：1、物料衡算的理论依据是质量守恒定律，热量衡算的理论基础是能量守恒定律。
2、雷诺数的表达式是Re=duρ／μ。
当密度ρ=1000㎏·m-3,粘度μ=1厘泊，半径d=10mm，以流速为0.15m·s-1在管中流动时，其雷诺准数等于1500，流动类型为层流。
3、流体在圆形直管中作层流流动，若流量不变，管径不变，管长增加一倍，则摩擦阻力损失为原来的2倍。
4、根据按单元操作所遵循的基本原理不同，可将单元操作分为动量传递、热量传递、质量传递。
5、离心泵主要部件有如下三部分：泵壳、叶轮、泵轴。
6、当安装高度超过允许安装高度时，离心泵会发生气蚀现象。
7、平壁稳定传热过程，通过三层厚度相同的不同材料，每层间温度变化如图所示，试判断λ1、λ2、λ3的大小顺序λ3〉λ1〉λ2,以及每层热阻的大小顺序δ3/λ3〈δ1/λ1〈δ2/λ2。
8、1140W。
(属于第二章内容)9、热量传递的基本方式有传导传热、对流传热和辐射传热。
10、精馏过程,就是利用混合液的各组分具有不同的沸点(或挥发度),利用多次部分汽化_.多次部分冷凝的方法,将各组分得以分离的过程。
11、某连续精馏塔, 已知其精馏段操作线方程为y=0.78x+0.204,则该塔的回流比R=3.54，馏出液组成xd=0.926。
12、由于吸收过程气相中的溶质分压总大于液相中溶质的平衡分压，所以吸收操作线总是在平衡线的上方。
增加吸收剂用量，操作线的斜率增大，则操作线向远离平衡线的方向偏移，吸收过程推动力（y－ye）增大。
13、用相平衡常数m表达的亨利定律表达式为y=mx。
在常压下,20℃时, 氨在空气中的分压为166mmHg, 与之平衡的氨水浓度为20(kgNH3/100kgH2O)。
此时亨利系数m=1.250。
14、当空气的湿含量一定时，其温度越高，则相对温度越低，表明空气的吸湿能力越强，所以湿空气在进入干燥器之前都要经预热器预热。
物理热平衡方程计算方法
物理热平衡方程计算方法热平衡是物理学中的重要概念，它描述了物体之间热量的交换达到平衡的状态。
在研究热平衡问题时，我们常常使用热平衡方程来计算物体之间的热量交换。
本文将介绍热平衡方程的计算方法。
热平衡方程是基于热力学第一定律的能量守恒原理而推导出来的。
根据这一定律，能量在物体之间的传递是通过热量的形式进行的。
热平衡方程的一般形式如下：Q = mcΔT其中，Q表示热量的大小，单位为焦耳(J)；m表示物体的质量，单位为千克(kg)；c表示物体的比热容，单位为焦耳/千克·摄氏度(J/(kg·℃))；ΔT表示温度的变化，单位为摄氏度(℃)。
通过热平衡方程，我们可以计算物体之间的热量交换。
首先，我们需要确定物体的质量、比热容以及温度的变化。
然后，代入热平衡方程中进行计算，即可得到热量的大小。
例如，假设有两个物体A和B，它们之间存在热量交换。
物体A的质量为1kg，比热容为500J/(kg·℃)，温度从20℃升高到50℃；物体B的质量为2kg，比热容为800J/(kg·℃)，温度从50℃降低到30℃。
我们可以使用热平衡方程来计算它们之间的热量交换。
我们计算物体A的温度变化ΔT1 = 50℃ - 20℃ = 30℃。
代入热平衡方程，可以得到物体A的热量变化Q1 = 1kg × 500J/(kg·℃) × 30℃ = 15000J。
接下来，我们计算物体B的温度变化ΔT2 = 30℃ - 50℃ = -20℃。
注意到温度变化为负值，表示温度降低。
代入热平衡方程，可以得到物体B的热量变化Q2 = 2kg × 800J/(kg·℃) × (-20℃) = -32000J。
根据热平衡方程，物体A释放了15000J的热量，而物体B吸收了32000J的热量。
由于热量的守恒，物体A释放的热量等于物体B 吸收的热量，即15000J = -32000J。
3.7 热量衡算
3.7 热量衡算
空气物料为计算基准。 解：以1kg空气物料为计算基准。 空气物料为计算基准 当热交换器水平安放时： 当热交换器水平安放时：Z1＝Z2，g△Z＝0， △ ＝ ， 对于热交换器，无轴功交换， 对于热交换器，无轴功交换，Ws＝0， ＝ ， 因此，此时稳流体系的总能量平衡式可简化为： 因此，此时稳流体系的总能量平衡式可简化为：
∆H = Q
应用：确定化工生产过程的工艺条件、设备尺寸、 应用：确定化工生产过程的工艺条件、设备尺寸、 热载体用量、热损失以及热量分布等。 热载体用量、热损失以及热量分布等。 实质：就是按能量守恒定律把各股物流所发生的各 实质：就是按能量守恒定律把各股物流所发生的各 按能量守恒定律 种热效应关联起来。对化工生产过程各种热效应进 热效应关联起来。 起来 行分析时，经常遇到的不外乎是几种基本热效应的 行分析时，经常遇到的不外乎是几种基本热效应的 几种基本热效应 迭加或综合。 迭加或综合。
g∆z = 9.81 × 6 = 58.86 J ⋅ kg = 0.05886 kJ ⋅ kg
−1
−1
3.7 热量衡算
则吸收热量
Q = 100.5 + 0.05886 = Байду номын сангаас00.55886 kJ / kg
则空气每小时吸收热量为
80 × Q = 80 × 100.55886 = 8.0447 × 10 3 kJ ⋅ h −1
由结果可知， 由结果可知，因势能增加而需要增加的吸热量也 完全可以忽略不计。 完全可以忽略不计。
3.8 气体压缩过程
3.8.1. 压缩过程热力学分析 3.8.2. 单级压缩机可逆轴功的计算
3.8 气体压缩过程
空气进口
排入空气瓶中
制药工艺设计(5.1.1)--能量衡算及热数据的估算习题答案
三、简答题 1 简述能量衡算的意义。 答：第一，在设计过程中进行能量衡算，可以决定过程所需要的能量，从而计算出生产过 程能耗指标，以便对工艺设计方案进行比较，选定先进的生产工艺。第二，能量衡算的数据 是设备选择和计算的依据。第三，能量衡算是组织、管理、生产、经济核算和最优化的基础。 2 简述单元设备热量衡算的步骤。 答：明确衡算对象，划定衡算范围，绘制设备的热平衡图；搜集有关数据；选择计算基准 计算各种形式热量的值；列热量平衡表；求出加热剂或冷却剂等载能介质的用量；求出每 顿产品的动力消耗定额、每小时最大用量以及每天用量和年消耗量。 3 简述加热剂或冷却剂的选用原则。 答：在较低压力下可达到较高温度；化学稳定性高；没有腐蚀作用；热容量大，冷凝热大 无火灾或爆炸危险性，无毒性；温度易于调节，价格低廉。
2（王志祥著制药工程学例题） 根据第三章物料衡算中的物料衡算表格计算，已知甲苯和浓硫酸的温度均为 30℃，脱水器 的 排 水 温 度 为 65℃ ， 磺 化 液 的 出 料 温 度 为 140℃ ， 甲 苯 与 硫 酸 的 标 准 化 学 反 应 热 为 117.2KJ.mol-1(放热)，设备(包括磺化釜、回流冷凝器和脱水器，下同 )升温所需的热量为 1.3×105KJ, 设备表面向周围环境的散热量为 6.2×104KJ，回流冷凝器中冷却水移走的热量 共 9.8×105KJ。试对甲苯磺化过程进行热量衡算，并绘制热量衡算表。根据计算结果分析如 需要加热，则计算需要多少蒸汽，如要冷却，请计算需要多少冷却水。 有关热力学数据为：原料 甲苯的定压比热为 1.71KJ.kg-1.℃-1；98%硫酸的定压比热为 1.47KJ.kg-1.℃-1；磺化液的平均定压比热为 1.59KJ.kg-1.℃-1；水的定压比热为 4.18KJ.kg1.℃-1；
热量衡算2——精选推荐
热量衡算热量衡算的时间与物料衡算的时间相同以每反应釜处理物料作为基准热量衡算按能量守恒定律，在无轴功条件下，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：Q Q Q Q Q Q 654321++=++ 式中：Q 1——所处理物料带入设备的热量KJ Q 2——加热剂或者冷却剂与设备和物料传递的热kJQ 3——过程热效应kJQ 4—— 物料离开设备带走的热量Q 5——设备各部件所消耗的热量 kJ Q 6——设备想四周散失的热量kJ ，又称热损失热量衡算式计算热负荷Q2 根据热量衡算式可知： Q Q Q Q Q Q 314652--++= 假设:Q Q Q 265%15=+基准温度为25℃。
则，Q Q Q Q 3142%85--=对马来松香的合成阶段进行热量横算根据物料衡算，做出热量衡算示意图：压力：一标准大气压 以25℃作为热量衡算的基准温度进料物温度：马来酸酐的进口温度为 55℃松香的进口温度为125℃出口物温度：马来酸酐的出料温度为 195℃松香的出料温度为 195℃马来松香的出料温度为 195℃压力为1标准大气压。
计算Q 1——所处理物料带入设备的热量Kj 计算定压比热容Cp ：松香的分子结构为采用Missenard 法估算定压比热容查《精细化工反应器及车间工艺设计》P94表3-7得查表得基团结构摩尔热熔值： 单位 J/（mol ℃）—COOH — 94.2 —CH 3 48.4—CH 2— 31.0 —CH — 28.13*113 —O — 31.0—CO —酮基 46.1所以松香在一标准大气压下，125℃的定压比热容为：Cp=)/(6.6501133944.484℃kmol kj =⨯++⨯=2.23kj/(kg.℃）因为顺丁烯二酸酐的结构式为：所以马来酸酐在一标准大气压下，125℃的定压比热容为：Cp=℃）./(17922831246kmol kj =⨯++⨯ =1.83kj/(kg.℃)则：)25125(83523.2)2555(12683.11-⨯⨯+-⨯⨯=Q =192152kj 热负荷 Q = kJ 1.7476)25130(259.21.111=-⨯⨯Q 4—— 物料离开设备带走的热量采用Missenard 法估算定压比热容因为马来松香的分子结构式为：所以马来松香在125℃的定压比热容为：Cp=℃）./(808226312469444.483113kmol kj =⨯++⨯++⨯+⨯ =2.126kJ （kg.℃）则：=Q4)25195(464126.2)25195(46423.2)25195(83.15.6-⨯⨯+-⨯⨯+-⨯⨯ =345623kj计算Q 3——过程热效应kJQ Q Q PR +=3 Q P _____物理过程热效应，在在这个计算中忽略不计。
化工设计之物料衡算及热量衡算
每小时需要的乙苯量： ＝530Kg/h 每小时需要的乙苯量： 530/0.98＝540.8Kg/h 每小时需要的水蒸气的量： 540.8×2.6＝1406.08Kg/h 其余为甲苯，则甲苯量为：540.8×0.02=10.8Kg/h （2）产物组成 苯乙烯的产率为90%，可知理论苯乙烯的量为： 208.3/0.9＝231.4Kg/h
能量衡算
特殊过程能量衡算时的简化如下：
• • • •
绝热过程（Q ＝ 0） △H ＝W 无做功过程（W ＝ 0） △H ＝Q 无功、无热量传递过程(Q ＝0，W ＝0) △H ＝0 间歇过程△(PV) ＝0 △U ＝Q ＋W
化学反应过程的能量衡算
• 对于无化学反应的能量衡算问题，由于都是物理 过程，所以只要计算进出口流股相对于参考态的焓， 即可计算出焓值
- h 2.22
=25.81kJ/mol
- h 42.22
=42.9kJ/mol
则溶液稀释后能量的变化为 △H=（42.9-25.81）*3.125=53.41KJ 该能量使得水的温度升高
根据Q=Cm△T Q为总能量， C为水的比热容， m为水的质量， △T为温度变化量
查水的比热容为
4.2 103 kJ / kg ℃
每小时转化的乙苯量为： ＝235.9Kg/h＝2.23Kmol/h 未反应的乙苯量为：540.8－235.9＝304.9Kg/h 生成的甲苯量： 2.23×0.05×92＋10.8＝21.1Kg/h
生成的苯量：
2.23×0.03×78＝5.22Kg/h
生成的焦炭量：
2.23×0.02×7×12＝3.75Kg/h
第二种基准中的物质，是组成反应物和产物的、以自然 形态存在的原子。
18
能量衡算的依据是能量守恒定律
13
单元操作的分类
按操作的理论基础划分：
以动量传递理论为基础——流体输送、搅拌、沉 降、过滤，离心分离
以热量传递理论为基础——加热、冷却、蒸发、 冷凝
以质量传递理论为基础——蒸馏、吸收、吸附、 萃取
因此，冷却水的流量
qm2
100 70kg2/8h46 10 4186
476
31
例0-4 高压灭菌锅中装有1000罐青豆罐头。灭菌时罐头被加热 到100℃，离开灭菌锅前要求被冷却到40℃ 。已知冷却水进口 温度为15℃ ，出口温度为35℃ ，试计算共需要多少冷却水。 已知青豆罐头的比热为4.1kJ/kg·℃,金属罐的比热为 0.50kJ/kg·℃ ，每一金属罐的重量是60g，罐头净重0.45kg。 假设将灭菌锅锅壁降到40℃需要1.6×104kJ，且忽略热量损失。
动能和势能的总和
本课程所用到的能量主要有机械能和热能。
能量衡算的依据是能量守恒定律。
热量衡算的步骤与物料衡算的基本相同。
能量守恒定律:能量既不会消灭，也不会创生,它只会从一种形 式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在 转化和转移的过程中,能量的总量保持不变。
27
能量衡算的依据是能量守恒定律，对热量 衡算可以写成：
论。
17
茶饮料生产工艺流程
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二、食品工程原理的基本概念
物料衡算 能量衡算 物系的平衡关系 传递速率 经济核算
19
1、物料衡算（material balance）
为弄清生产过程中原料、成品及损失的物料数量， 必须进行物料衡算。
化工中物料衡算和热量衡算公式
物料衡算和热量衡算物料衡算根据质量守恒定律，以生产过程或生产单元设备为研究对象，对其进出口处进行定量计算，称为物料衡算。
通过物料衡算可以计算原料与产品间的定量转变关系，以及计算各种原料的消耗量，各种中间产品、副产品的产量、损耗量及组成。
物料衡算的基础物料衡算的基础是物质的质量守恒定律，即进入一个系统的全部物料量必等于离开系统的全部物料量，再加上过程中的损失量和在系统中的积累量。
∑G1=∑G2+∑G3+∑G4∑G2：——输人物料量总和；∑G3：——输出物料量总和；∑G4：——物料损失量总和；∑G5：——物料积累量总和。
当系统内物料积累量为零时，上式可以写成：∑G1=∑G2+∑G3物料衡算是所有工艺计算的基础，通过物料衡算可确定设备容积、台数、主要尺寸，同时可进行热量衡算、管路尺寸计算等。
物料衡算的基准(1)对于间歇式操作的过程，常采用一批原料为基准进行计算。
(2)对于连续式操作的过程，可以采用单位时间产品数量或原料量为基准进行计算。
物料衡算的结果应列成原材料消耗定额及消耗量表。
消耗定额是指每吨产品或以一定量的产品(如每千克针剂、每万片药片等)所消耗的原材料量；而消耗量是指以每年或每日等时间所消耗的原材料量。
制剂车间的消耗定额及消耗量计算时应把原料、辅料及主要包装材料一起算入。
热量衡算制药生产过程中包含有化学过程和物理过程，往往伴随着能量变化，因此必须进行能量衡算。
又因生产中一般无轴功存在或轴功相对来讲影响较小，因此能量衡算实质上是热量衡算。
生产过程中产生的热量或冷量会使物料温度上升或下降，为了保证生产过程在一定温度下进行，则外界须对生产系统有热量的加入或排除。
通过热量衡算，对需加热或冷却设备进行热量计算，可以确定加热或冷却介质的用量，以及设备所需传递的热量。
热量衡算的基础热量衡算按能量守恒定律“在无轴功条件下，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衡算可由下式表示Q 1+Q 2+Q 3=Q 4+Q 5+Q 6 （1—1）式中： Q 1—所处理的物料带入设备总的热量，KJ;Q 2—加热剂或冷却剂与设备和物料传递的热量（符号规定加热剂加入热量为“+”，冷却剂吸收热量为“-”），KJ;Q 3—过程的热效率，（符号规定过程放热为“+”；过程吸热为“-”）Q 4—反应终了时物料的焓（输出反应器的物料的焓）Q 5—设备部件所消耗的热量，KJ;Q 6—设备向四周散失的热量，又称热损失,KJ;热量衡算的基准可与物料衡算相同，即对间歇生产可以以每日或每批处理物料基准。
物料衡算和能量衡算概述
物料衡算和能量衡算概述物料衡算和能量衡算是重要的工程技术方法，用于分析和评估生产过程中的物质流动和能源消耗情况。
物料衡算是计算和跟踪物料进入和离开系统的方法，而能量衡算则是评估能源在系统中的利用情况。
物料衡算的基本原理是物质守恒定律，即在一个封闭的系统中，物质的总量应保持恒定。
通过跟踪物料的进出流量，并对物料在过程中的转化和转移进行记录和检测，可以更好地了解生产过程中物质的变化情况。
物料衡算可应用于各种行业，例如化工、制造业和环境工程等。
能量衡算是评估能源利用情况的方法，其基本原理是能量守恒定律，即能量在一个封闭的系统中不会凭空消失或产生。
通过分析能源输入和输出的数量和质量，并计算能源在不同过程中的转化损失，可以评估能源利用的效率和效益。
能源衡算在能源管理和环境保护中起到了重要作用，可帮助企业降低能源消耗和减少环境污染。
物料衡算和能量衡算常常结合使用，相互补充。
通过将物料流和能量流结合起来分析，可以更精确地评估生产过程中的资源利用效率，并提出改进措施。
这些技术方法对于企业实施节能减排、提高生产效率和降低生产成本具有重要意义。
总之，物料衡算和能量衡算是分析和评估生产过程中物质流动和能源消耗的重要工程技术方法。
它们基于守恒定律的原理，通过计算和跟踪物料和能量的进出流量，评估资源利用效率，为企业的持续发展和可持续发展做出贡献。
物料衡算和能量衡算是工程领域中的重要方法，用于分析和评估生产过程中的物质流动和能源消耗情况。
这些衡算方法的应用范围广泛，可以应用于各个行业和领域，包括制造业、化工、能源与环境等。
下面将对物料衡算和能量衡算进行更详细的介绍。
物料衡算是一种计算和追踪物料进入和离开系统的方法，目的是了解物料在生产过程中的变化情况。
物料衡算基于物质守恒定律，即在一个封闭的系统中，物质的总量应保持不变。
通过记录和追踪每个物料的进出流量，并对物料在过程中的转化和转移进行计算和检测，可以更好地了解生产过程中物质的变化情况。
第5章+热量衡算
i =1 i =1 i =1 S2 S1 I
量之和，W
离开体系各股物 流焓流量之和，W
进入体系各股物流焓流量之和，W
化 工 工 艺 学
5.2 热量平衡
流量 mol/s
S
~ H i = Ni H i
摩尔焓 J/mol
I
进入和离开体 系的物流股数
5.2 热量平衡 （3）选择基准 计算基准：单位时间 能量基准：确定物流焓的基准态 （4）收集数据 热性质数据 （5）列方程 物料衡算各有关方程式及限制关系式 热量衡算式和焓方程式
化 工 工 艺 学
5.2 热量平衡 （6）解方程 计算问题的自由度 解方程组 考察物料计算基准和答案要求是否相同 （7）校核 热量平衡表
~ ~0 ~0 H i = H i ,1 xi ,1 + H i , 2 xi , 2 + (a1 xi ,1 + a2 xi , 2 )T + (b1 xi ,1 + b2 xi , 2 )T 2 + (c1 xi ,1 + c2 xi , 2 )T 3
物流i的摩尔焓
化 工 工 艺 学
5.2 热量平衡
第5章 热量衡算
5.1 概述 5.2 热量平衡 5.3 能量系统的的合理利用
化 工 工 艺 学
5.1 概述 能量衡算的依据：能量守恒定律 热量衡算的主要任务： 计算加热剂或冷却剂的用量 计算由设备传递的热 分析研究热量利用是否经济合理 计算传热面积 热量衡算的应用： 对单元设备做热量衡算 对整个过程的热量衡算
i, j
H i , j = ∑ Qi
i =1
I
化工设计物料衡算和热量衡算
过滤过程
料浆
滤饼 90%固体
F1=2000kg/h 75%液体 25%固体
过滤机
F3=？kg/h 10%液体
F2=？kg/h 1%固体 99%液体
滤液
对某反应系统，可画出物料衡算方框图如下：
3.确定衡算体系（衡算范围）。 物料衡算是研究某一个体系进、出物料量及组成的
变化。 进行物料衡算时，必须首先确定衡算的体系。
（4）对于气体物料，如果环境条件（如温度、压力）已定， 则可选取体积作基准。
6.列出物料衡算式，然后用数学方法求解。 根据质量守恒定律，对某一体系，输入体系的物料量 应该等于输出物料量与体系内积累量之和。
输 物 入 料 的 量 ＝ 输 物 出 料 的 量 ＋ 积 物 累 料 的 量
Ns
Nr
F ixij jm rm0(j1,2,..N .C,)
i1
m 1
❖ Fi—第i股物流物质的量流量； ❖ xij—第j组分在第i股物流中的摩尔分数； ❖ vjm—第j组分在第m个化学反应中的化学计量系数; ❖ rm—第m个化学反应的反应速率； ❖ Nr—过程中所包含的化学反应个数。
（三）、物料衡算基准 物料衡算过程，必须选择计算基准，并在整个运算
现了物料衡算式中未知变 量数与独立方程式数目不 相等时，无法进行衡算。
【 例如3-3 】 有两个蒸馏塔的分离装置，将含50%苯、30%
甲苯和20%（mol%）二甲苯的混合物分成纯的三 个馏分，其流程图及各流股组成如图。
进入系统的物流为两个，离开系统的物流为三个，其中已知 一个物流量，因此有四个物流是未知的。
水F1 1200kg/h
吸 收 塔
混合气体F2，1.5 （mol）%丙酮
空气F3
热量平衡计算公式中常温
热量平衡计算公式中常温常温下热量平衡计算公式。
热量平衡是指在恒定温度下，系统内外热量的输入和输出相等的状态。
在常温下，热量平衡的计算公式可以帮助我们更好地理解热量的变化规律，以及在实际生活中的应用。
本文将介绍常温下热量平衡计算公式的基本原理和应用。
热量平衡计算公式的基本原理是根据热力学第一定律，即能量守恒定律。
根据这一定律，系统内外的热量变化等于系统内外的热量输入和输出之差。
在常温下，我们可以通过以下公式来计算热量平衡：Q = m c ΔT。
其中，Q表示热量的变化，单位为焦耳（J）；m表示物质的质量，单位为千克（kg）；c表示物质的比热容，单位为焦耳/千克·摄氏度（J/kg·°C）；ΔT表示温度的变化，单位为摄氏度（°C）。
在这个公式中，m c被称为物质的热容量，表示单位质量的物质在温度变化时所吸收或释放的热量。
ΔT表示温度的变化，当物质的温度发生变化时，其热量也会发生变化。
通过这个公式，我们可以计算出在恒定温度下，物质的热量变化情况。
在实际生活中，常温下热量平衡计算公式有着广泛的应用。
比如，在热力学实验中，我们可以通过这个公式来计算物质在温度变化时吸收或释放的热量，从而更好地理解物质的热力学性质。
此外，在工程领域中，热量平衡计算公式也被广泛应用于热工艺过程的设计和优化中，帮助工程师们更好地控制和调节系统的热量平衡，以提高系统的热能利用效率。
除此之外，热量平衡计算公式还可以帮助我们更好地理解一些日常生活中的现象。
比如，当我们在烹饪食物时，可以通过这个公式来计算食材在加热过程中所吸收的热量，从而更好地控制烹饪的时间和温度，以确保食物的口感和营养。
又如，当我们在使用电器时，可以通过这个公式来计算电器在工作过程中所释放的热量，从而更好地了解电器的能耗情况，以节约能源。
总之，常温下热量平衡计算公式是热力学领域中的重要工具，它可以帮助我们更好地理解热量的变化规律，并在实际生活中得到广泛的应用。
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上述关系代入 ，得：
1.033 kgf cm2
Байду номын сангаас
1.033
9.81N
0.01m2
1.013105 N
/ m2
3．单位的正确运用
理论公式：根据物理规律建立的，反映各有关物理量之间
的关系，又叫物理方程。
具有单位一致性，只要采用同一单位制的单位
来表示各物理量即可。
你的问题
• 1.什么是单元操作?有哪几个特点? • 2.单元操作有哪三大类? • 3.化工常用的国际单位有哪些?分别代表哪些
基本量：任意选定的几个独立的物理量(如长度,时间等)。 基本单位：根据使用方便的原则制定的基本量的单位。 导出量：根据物理量与基本量之间的关系来确定的量。 导出单位：导出量的单位称为导出单位，均由基本单位相乘 、除而构成的 。 单位制：基本单位与导出单位的总和。
物理单位制：基本单位：长度cm 质量g 时间s 工程单位制：基本单位：长度cm 力 kgf 时间s
•热过程 ——遵循传热基本规律，用热量传递理论研究
如：传热、冷凝、蒸发等
•传质过程 ——遵循传质基本规律，用质量传递理论研究 如：蒸馏、吸收、萃取、结晶、干燥等
2. 化工原理学科性质与研究方法
1）学科性质——工程学科
用自然科学的基本原理来分析和处理化工生产中的物理过程
2）研究方法——工程方法 因次分析法 ——直管湍流阻力
一、化工原理课程简介
1. 化工原理的研究对象——单元操作
(1) 单元操作的概念 ——化工生产中共有的物理操作
化工生产过程
原料的预处理 进行化学反应 反应产物的分离与提纯
单元操作
化学反应和若干个单元操作串联而成 化工原理——研究各个独立的单元操作
(2)单元操作的特点
①所有的单元操作都是物理性操作，只改变物料的状态或 物理性质，并不改变化学性质。
即任何时间内输入系统的总热量等于系统输出的总热量与 损失的热量之和。
QI Q0 QL ——热量衡算通式
热量衡算的基本方法与物料衡算的方法相同，也必须首先 划定衡算范围及衡算基准。
此外应注意焓是相对值，因此必须指明基准温度，习惯上 选0℃为基准温度，并规定0℃时液态的焓值为零。
3.过程的平衡和速率
①平衡问题 过程的平衡问题是说明过程进行的方向和所能达到的极限 。 平衡是一个动态的过程。
② 速率 过程的速率是指过程由不平衡到平衡进行的快慢。
过程的速率表示为： 过程的速率＝推动力／阻力
推动力：过程所处的状态与平衡状态的距离， 阻力：过程的阻力是各种因素对速率影响的总的体现。
三、单位及单位制
1.单位及单位
操作：如何根据基本原理发现操作上可能出现的各种不 正常现象，寻找其原因及可能采取的调节措施。
二、化工原理处理问题的方法
1. 物料衡算
依据——质量守恒定律 输入系统的物料质量等于从系统输出的物料质量和系统 中积累的物料质量。
GI G0 GA
——物料衡算的通式
2． 热量衡算
依据：能量守恒定律
②单元操作是化工生产过程中共有的操作，只是不同的化 工生产中所包含的单元操作数目、名称与排列顺序不同。
③单元操作作用于不同的化工过程时，基本原理相同，所 用的设备也是通用的。
(3)单元操作的分类
根据单元操作所遵循的基本规律，分为三类： •流体动力过程 ——遵循流体动力基本规律，用动量传
递理论研究 如：流体输送、沉降、过滤、固体流态化
物理量?
SI单位制：基本单位有7个，化工中常用的有5个： 长度cm 、质量kg 、时间s 、温度K、 物质量mol
2．单位衡算
已知1atm=1.033kgf/cm2,将其换算成N/m2。 按题意需将kgf/cm2中的单位换算成N，cm2换算成m2,查附录1 ：换算关系为：
1kgf=9.81N， 1cm=0.01m
数学模型法 ——双膜模型的建立
参数综合法 ——过滤常数
当量法 类比法
——当量直径、当量长度等 ——动量、热量、质量传递的类似律
3. 化工原理的学习方法
发展：如何根据某个物理或物理化学原理开发成为一个 单元操作，寻本求源。
选择：为了达到或实现某一工程目的，能否对过程和设 备作合理的选择和组合。
设计：对已掌握了性能的过程和设备作直接的设计计算 以及对性能不十分掌握的过程和设备通过必要的试验，测取 设计数据，做逐级放大。