热量衡算

根据能量守恒定律而进行的热量平衡的计算

热量衡算是指根据能量守恒定律而进行的热量平衡的计算，对任何一个生产过程，其中输入的热量应为输出热量与损失热量之和。通过热量衡算，可知热量的利用、消耗和损失的情况，从而可推算热量的利用效率。例如利用热量衡算，可以确定蒸馏釜中加热蒸汽的消耗量以及分（冷）凝器和冷却器中冷却水的消耗量。

热量衡算的意义

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。

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

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 mCP(t2- t0) kJ

m ——输入或输出设备的物料质量，kg

CP——物料的平均比热容，kJ/(kg·℃)

t2——物料的温度，℃

t0——基准温度，℃

Q5=Σ CPM (t2-t1) kJ

M——设备各部件的质量，kg

CP——设备各部件的比热容，kJ/(kg·℃)

t1——设备各部件的初始温度，℃

t2——设备各部件的最终温度，℃

Q5+Q6=10%Q总

热量衡算是在物料衡算的结果基础上而进行的，因此，物料衡算表是进行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。

能量的基本形式

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。

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。

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。

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：

热量衡算的基准

计算基准包括两方面，一指数量上的基准，一指相态的基准（亦称为基准态）。数量上的基准，指用哪个量出发来计算热量，与物料衡算相似。相态的基准指在热量衡算中之所以要确定基准态，是因为在热衡算中广泛使用焓这个热力学函数，焓没有绝对值，只有相对于某一基准态的相对值。基准态可以任意规定，不同物料可使用不同的基准，但对同一种物料，其进口和出口的基准态必须相同。

系统能量的合理利用

提高能源的利用率，大力节约能源，降低能耗是化工生产和设计的一项重要指导原则。在工厂设计中，降低能量消耗是一项必须高度重视的基本原则。能量的消耗指标是设计的技术经济指标之一，它影响到工厂的产品成本以及燃料和动力的总供应量；因而在一定程度上反映了所设计的工厂在技术上的先进性和经济上的合理性如何。一个好的设计必须采取各种措施来降低能量的消耗。

降低能量消耗的重要措施：综合利用能量、回收利用废热能综合利用的典型例子是现代大型化工企业的动力工艺装置。动力工艺装置就是把动力系统与工艺系统密切结合起来。2015年，对大型化工厂，不仅要求它能做到“热量自给”，甚至还要求做到“能量自给”以及“动力自给”。

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