能量衡算

物理学术语

能量衡算，根据能量守恒定律而进行的能量平衡的计算。在生产过程中，能量可能是热能、电能、机械能或其他能。

简介

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

原理和基准

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)

其他信息

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。

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。

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