化工安全课件第五章能量衡算.ppt

第五章 能量衡算 第一节 概述 一、能量衡算的意义 选择最佳操作条件，制定既经济又合理的能量消耗方案。 二、能量衡算的理论依据 热力学第一定律 ：能量既不能产生，也不能消灭 三、能量衡算的应用 主要应用在两种类型的问题上： 一类是对使用中的装置或设备 ； 另一类是在设计新装置或设备时 。 能量衡算的基础是物料衡算。只有在进行物料衡算后才能做出能量衡算。 四、能量平衡图 第二节 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。 一、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： 第二节 能量的基本形式 分析： 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。 第二节 能量的基本形式 二、动能（Ek） 由于物体运动所具有的能量，称为动能，其值表示为： 第二节 能量的基本形式 三、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： 我们只能计算内能的差，或计算相对于某个参考态的内能，而无法计算内能的绝对值。 第三节 几个与能量衡算有关的重要物理量 一、功（W） 功是能量传递的一种形式，功是力与位移的乘积。可表示为： 第三节 几个与能量衡算有关的重要物理量 二、热量（Q） 当温度不同的两物体进行接触时，能量总是从热（温度高）的物体向冷（温度低）的物体流动，这种由于温度差而引起传递的能量称为热量。 环境对系统加的热为正，从系统中取出的热为负。热量的单位为焦耳（J） 注意两点: 第一，热量是一种能量的形式，是传递过程中的能量形式； 第二，一定要有温度差或温度梯率，才会有热量的传递。 第三节 几个与能量衡算有关的重要物理量 三、焓（H） 对于焓的定义在第二章化工常用基础数据的有关章节中已做了介绍。 焓与内能一样，都是热力学函数中的状态函数，这种状态函数与过程的途径无关，只与所处的状态有关。 既然焓是用来表达流动系统中能量的适当形式，为了解决问题方便，科技工作者编制了许多形式的焓值表，并提出估算相变热的方法，其中重要的有： 水蒸气表 气体焓值表 相变焓 第四节 能量衡算的基本方法 一、能量衡算方程 1.能量衡算方程式的一般形式 根据热力学第一定律，能量衡算方程式可写为： 式中: 2.对不同的体系能量衡算式又有不同的简化形式： ⑴封闭体系 ⑵连续稳态流动过程的总能量衡算 第四节 能量衡算的基本方法 二、机械能衡算 第四节 能量衡算的基本方法 三、热量衡算 对于没有功的传递（W=0），并且动能和位能可以忽略不计的设备，如换热器，连续稳定流动过程的能量衡算主要就体现在热量衡算，且化工生产中热量消耗是能量消耗的主要部分，例如一套年产25万吨乙烯的裂解装置，采用柴油作裂解原料时，总能量消耗约为1.314×109 kJ·h-1，其中90%以上的能量消耗就是体现在热量消耗上。因此，化工过程中的能量衡算主要是热量衡算。 第四节 能量衡算的基本方法 1．热量衡算式 以热量传递为主的设备，在连续稳态流动的情况下其热量衡算可采用下式表示： 在间歇操作情况下其热量衡算可采用下式表示： 第四节