第五章 热量衡算.ppt

第五章 热量衡算 5.1热量衡算的意义 5.2热量衡算的基本方法 5.3热量衡算中的基本数据 5.4一些物质的热力学性质图 5.5常用热力学数据的估算 5.6热量衡算举例 5.7动力消耗综合表 5.8系统能量的合理利用 5.1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： 5.2热量衡算的基本方法 一、热量衡算的基本关系式 热量衡算是能量守恒定律的应用。 连续流动系统的总能量衡算式: Q＋W=△H＋g△Z＋△u2/2 W—单位质量流体所接受的外功或所作的外功，接受外功时W为正，向外界作功W为负； △ H—单位质量流体的焓变； g△ Z—单位质量流体的位能变化； △u2/2—单位质量流体的动能变化； Q—单位质量流体所吸收的热或放出的热，吸收热量时为正，放出热量则为负。 1. Q= △H （1） 2.Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6+Q7 （2） 式中Q1—物料带入热； Q2—过程放出的热，包括反应放热、冷凝放热、溶解放热、混合放热、凝固放热等； Q3—从加热介质获得的热； Q4—物料带出热； Q5—冷却介质带出的热； Q6—过程吸收的热，包括反应吸热、气化吸热、溶解吸热、解吸吸热、熔融吸热等； Q7—热损失。 二、热量的计算方法 1.等压条件下，在没有化学反应和聚集状态变化时，物质温度从T1变化到T2时，过程放出或吸收的热： Q也可以用T1~T2温度范围的平均摩尔热容计算出来，计算式为 式中 —温度T1~T2 的平均定压摩尔热容，kJ/ (kmol·K); —温度T1~T2的平均定压比热容，kJ/(kg·K). (2)通过计算过程的焓变求过程放出或吸收的热 根据Q=ΔH,如果能求出过程的焓变，则Q可求得。 计算过程的焓变可用状态函数法。因为焓是状态函数，过程焓变只与始态和终态有关，与过程无关，所以在计算时，应假设那些能够方便地计算出熔变的途径来获得焓变的值。 三、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：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。 5.3热量衡算中使用的基本数据 一.热容 1.热容与温度的关系 (1)在图上描绘CP~T关系曲线 (2) CP~T表 (3) CP~T 关系函数式 温度对液体的Cp的影响不大，而且大部分液体热容在1.674~2.092J/(g·K) 之间。 液体常用的CP~T 关系有如下的函数形式： Cp＝a+bT（1） Cp =a+bT＋CT2+dT3（2） 气体热容与温度的函数关系式除上式外，还有其它。 在使用这些特性常数时要注意温度范围，此温度范围是实验测定时的温度范围。 气体的Cp~T函数关系一般是指低压下的Cp~T关系，常用Cp°来表示，也称为理想气体热容。 2.平均热容 在工程计算中，常使用物质的平均定压摩尔热容计算出Q的值而不必进行积分计算，但准确度比积分差。 假如物质在T1到T2范围内的Cp-T关系为一直线，此温度范围内的平均定压摩尔热容等于(T1+T2)／2温度下物质的热容，也等于T1和T2温度下物质热容的算术平均值. 一般说来，物质的Cp-T关系不是一条直线，但它的曲率并不大，只要计算时温度范围不大，常可把曲线关系当作直线关系来近似处理，所以上述求平均热容的办法是可行的。即： 已知0-t℃的平均热容数据，求任意温度范围内的平均热容数据。 根据焓变不随途径而变的特性计算出各种温度范围的平均热容以满足热量计算的需要。 例1：P176 3.热容与压力的关系 压力对固体热容的影响一般可不予考虑； 对液体来说，也仅在临界点附近才较明显，一般条件下也是可以忽略的。 压力对理想气体的热容是没有影响的。 压力仅仅对真实气体热容的影响比较明显。 各种真实气体在温度T和压力p时的热容Cp与同样温度条件下的理想气体热容Cp°之差（Cp- Cp°)的数