辨析能量衡算和热量衡算的应用

辨析能量衡算和热量衡算的应用1.对能量衡算与热量衡算的理解我对能量衡算的理解就是能量守恒，而能量守恒则与热力学第一定律有关，回忆以前的知识易知“能量存在于自然界一切物质之中，能量既不能被创造，也不可能被消灭，而只能从一种形式转化为另一种形式。在转化过程中总的能量保持不变。”所以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，称之为能量衡算。对于热量衡算，书中写道：热量指的是由于温差的存在而导致的能量转化所转移的能量。温度不同的两物体相接触或靠近，热量从高温物体向低温物体流动，这种由于温度差而引起交换的能量，热量反映了热传递过程中，内能转移的数量，是内能转移多少的量度，是一个过程量，要用“吸收”或“放出”来表述而不能用“具有”或“含有”。因此对于热量要明确两点，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度，才会有热量的传递。而该转化过程称为热交换或者热传递。在此过程中当物料经物理或化学变化时，如果其动能、位能或对外界所作之功，对于总能量的变化影响甚小可以忽略时，能量守恒定律可以简化为热量衡算。2.能量衡算与热量衡算的联系与区别能量衡算与热量衡算的联系在于热量衡算能量衡算的一部分，即我们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时，当物料经物理或化学变化时，如果其动能、位能或对外界所作之功，对于总能量的变化影响甚小可以忽略时，能量守恒定律即能量衡算可以简化为热量衡算。能量衡算与热量衡算的主要区别在于二者使用条件不同。能量衡算使用范围：使用热力学第一定律的相关生产过程计算都可以用能量衡算，能量衡算的依据是物料衡算结果以及为能量衡算而收集的有关物料的热力学数据，如定压比热、相变热、反应热等。热量衡算使用范围：只有当物料经物理或化学变化时，如果其动能、位能或对外界所作之功（无轴功），对于总能量的变化影响甚小可以忽略时，即△EK△EP以及W对于总能量的变化影响甚小可以忽略时，能量守恒定律可以简化为热量衡算。热量平衡方程式：1、热量衡算基本方程：根据热力学第一定律知，输入能量—输出能量=积累的能量△E=Q+W式中：△E——体系总能量的变化Q——体系从环境中吸收的热量W——环境对体系做的功2、在热量衡算中，如果无功条件下，进入系统加热量与离开系统的热

量应平衡，对于有传热要求的设备，其热量平衡均可由下式表示：刀Q进二刀Q出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或从设备带走的热量kJ；Q3——过程热效应kJ；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。3能量衡算与热量衡算的相关应用（运用所学的热力学第一定律，对一些教材或参考书中的如下应用表达的案例进行分析或说明其正误。）（1） 化工生产中的某一装置体系为连续稳定流动过程，其热量衡算为：Q1+Q2=Q3+Q4+Q5其中：Q1—物料带进体系的热量Q2-加热介剂（或冷却剂）与设备交换的热量Q3-物料从体系带走的热量Q4—消耗在加热设备各个部件上的热量Q5-设备向四周散失的热量（热损失）解：根据热力学第一定律可知厶E=Q+W其中：△E――体系总能量的变化体系从环境中吸收的热量W——环境对体系做的功对于化工生产中的某一装置体系为连续稳定流动过程，可视为无功条件，进入系统的热量与离开系统的热量应相等：刀Q进=EQ出又根据热量衡算方程中可知所给方程左边缺少一个参量过程热效应修改后热量衡算为：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或从设备带走的热量kJ；Q3——过程热效应kJ；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。对一换热器而言，已知冷流体入换热器的进口工艺参数为 tii、流量为m冷,经换热后应达某一工艺温度ti2；而热流体入换热器的进口工艺参数为t21、流量为m热，经换热后其温度变为t22。请分析说明如何计算t22?(分析说明过程中，如已知条件不足，可自行作必要补充并说明)解：依题意得假设冷流体与热流体的比热容均为C且经过换热器所交换的热均为Q,设所给流量为单位时间质量流量。由热力学第一定律可知：△E=△Ep+△Ek+AH体系为稳流体系==》△Ep=AEk=0对冷流体：△E=AH冷=口冷CAT=m冷C(ti2-tii)对热流体：△E=AH热=m热CAT=m热C(t22-t2i)所以有m冷c(t12-t11)=m热c(t21-t22)=>t22=-m冷(ti2-tii)/m热+t2i=t2i-m冷(ti2-tii)/m热对换热器热负荷Q进行计算解：根据热力学第一定律，能量衡算方程式的一般形式为：AE=Q总+W对于换热器的换热过程，可视为无做功过程。所以W=0所以换热器热交换过程为： 刀Q进=EQ出=> 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或从设备带走的热量kJ；Q3——过程热效应kJ；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。Q1与Q4均可用下式计算：Q1(Q4=刀mc(T1(T4)-T0)kJ其中m——输入(或输出)设备的物料质量kg；c ――物料的平均比热容kJ/kg「C；T1 ――入口物料的温度C；T4――出口物料的温度C；T0计算基准温度(一般取0)C。(有时为了计算方便也可取物料的进口状态作为计算基准即Q1=0)Q3的计算方法：Q3=Qr+QpQr=1000qrM/MA其中qr――标准化学反应热KJ/molM――物质参与反应的摩尔质量molMA——该物质分子质量Qp可以通过盖斯定律计算Q5的计算方法：Q5=刀M5c5(T2-T1) kJ式中M5――设备各部件的质量kg;c5设备各部件的比热容kJ/kg「C；c5T1 ――设备各部件的初始温度 C；T2——设备各部件的最终温度C。(3)Q6的计算：设备向环境散失的热量Q6可按下式计算：Q6= 刀Aa(T—TO)tKJ式中A――设备散热表面积m2；a――设备散热表面与周围介质之间的联合给热系数 W/(n2?C)；T――与周围介质直接接触的设备表面温度C；TO――周围介质的温度C；t――过程持续时间s。所以换热器热负荷Q=Q2/r