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通过热量衡算确定如下设计参数: ⑴设备的热负荷Q
包括:换热器、反应器、塔设备等 进一步确定换热面积 F
⑵ 加热剂、冷却剂的用量 能量衡算的依据: ⑴ 物料衡算结果 ⑵ 物料的热力学数据
如定压比热、相变热、反应热等
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6.2 热量衡算的基本原理
6.2.1 能量衡算的基本关系式
能量衡算的理论基础:热力学第一定律，即能量守恒
即
式中:G-输入或输出设备的物料量，kg或kg/h或 (6-2) kmol/h
t0—基准温度，℃；t2—物料的实际温度，℃ ； Cp—物料的定压热容，kJkg-1℃-1或kJkmol-1℃-1 若已知物料在所涉及温度范围内的平均定压热容，则
Q1或Q 4 GCp (t 2 t 0 )
(6-3)
式中:Cp—物料在(t0～t2) ℃范围内的平均定压热容，
热容,公式与理想气体混合物计算公式相同.
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⑸热容的单位
①摩尔热容:
每1mol或每1kmol物质温度升高1℃所需要的热量.
单位:kJ/(mol·K)，kJ/(kmol·K)……等
②比热容
每1g或每1kg物质温度升高1℃所需要的热量
单位:kJ/(kg·K)，J/(g·K)……等
③单位换算
比热容=摩尔热容/M
①理想气体混合物:
C
o p
N
i
C
o pi
(6-6)
Cpo —混合气体的理想气体定压摩尔热容； Cpio —混合气体中i组分的理想气体定压摩尔热容； Ni —i组分的摩尔分数。 ②真实气体混合物:离临界状态远时按上式近似计算
临界状态附近校正(见≤化工设计≥ .黄璐P178例题) ③液体混合物:工程计算中常用加合法估算液体混合物
摩尔热容=比热容×M
M—相对分子质量
一般，把0℃和1.013105 Pa下的某一相态为计算基准。 对反应过程，常以25℃和1.013105Pa为计算基准。 基准态可以任意规定,不同物料可使用不同的基准态, 但对同一种物料其进口和出口只能使用相同基准态
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⊿P=0 、无化学反应、无相变时，过程吸收或放出的
6.3.2 热容热法量可用热容法计算—显热的计算
为求出Q2，必须ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ出式(6-1)中其它各项热量的值。
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6.3 热量衡算的方法 6.3.1 计算基准
在计算Qi之前，要确定一个计算基准。 ①数量上基准 ②相态基准(基准态)
数量上基准: ①按1kmol或1kg物料为计算基准; ②用设备的小时工作量为计算基准。
相态基准(基准态):
∵热衡算中使用热力学函数焓，焓无绝对值，只有相对 某一基准态的相对值∴热量衡算时需要规定基准态
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在上式，应注意除Q1和Q4外，其它Q值都有正负两种情 况。例如，当反应放热时，Q3取“+”号；反之，当反 应吸热时，Q3取“”号，这与热力学中的规定正好相 反。
由式(6-1)可求出Q2，即 设备的热负荷。 若Q2为正值，表明需要提供热量，即需要加热；
反之，则表明需要移走热量，即需要冷却。
此外，对间歇操作∵不同时间段内的操作情况可能不同∴ 应按不同的时间段分别计算Q2的值，并取其最大值作 为设备热负荷的设计依据。
定律。能量有不同的表现形式，如内能、动能、势
能、热能和功等。
连续流动系统的总能量衡算式
动能变化
Q W H gz u2
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单位质量流体
的焓变
位能变化
单位质量流体所吸收的
热或放出的热
单位质量流体所接受的外
功或所做的外功
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设备的能量衡算时，位能变化，动能变化，外功等项
相对较小，多数情况下，能量衡算可简化为热量衡算。
∴流动系统总能量衡算式可简化为：
Q H
Q Q1 Q2 H Q1 Q2
热量衡算基本关系式 Q-两部分热量之和
Q1—载热体取出的热， Q2—热损失，负值。 热衡算示意图
H (HB HD ) (H A HC )
上式只限于连续操作过程使用，不适用于间歇过程， 且没有包括化学反应热。 另一种形式：热衡算方程
第六章 热量衡算
6.1 概述 6.2 热量衡算的基本原理 6.3 热量衡算的方法 6.4 热量衡算举例 6.5 加热剂、冷却剂及其他能量消耗的计算
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6.1 概述
当物料衡算完成后: 对没有热效应的过程,可直接根据物料衡算结果和工艺
要求进行设备的工艺设计，以确定设备的型式、数量 和主要工艺尺寸。 而对伴有热效应的过程,则还必须进行能量衡算,才能确 定设备的主要工艺尺寸。 ∵在药品生产中，无论是进行物理过程的设备,还是进 行化学过程的设备,大多存在一定的热效应, ∴通常要进行能量衡算。
⑶ Cp与P的关系: ①固体热容与P无关 ②Cp液体在临界点附近P的影响明显，一般条件下可忽略 ③P对理想气体的热容无影响 ④P对真实气体热容影响不大，在临界点附近影响明显 (见≤化工设计≥ .黄璐: P177图5.4和例5.2)
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⑷混合物热容
生产上遇到的大部分是混合物，根据混合物内各物质的
热容和组成进行推算
kJkg-1℃-1或kJkmol-1℃-1
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⑴ Cp与T的关系:
① 查图法: 烃类化合物的Cp-T图可在有关手册中查得; ≤化工工艺设计手册≥第三版(上)
② 列表法: 不同温度下的Cp列表 卢焕章.石油化工基础数据手册. 化学工业出版社，1978 ③ 函数表达式(气体数据较全):
C
0 p
a
bt
ct 2
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当内能、动能、势能的变化量可以忽略且无轴功时， 输入系统的热量与离开系统的热量应平衡， 由此可得出传热设备的热量平衡方程式为
Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6
(6-1)
式中:
Q1—物料带入设备的热量，kJ或kJ/h； Q2—加热剂或冷却剂传给设备及所处理物料的热量，kJ Q3—过程的热效应，kJ或kJ/h ； Q4—物料带出设备的热量，kJ或kJ/h ； Q5—加热或冷却设备所消耗的热量或冷量，kJ或kJ/h ； Q6—设备向环境散失的热量，kJ或kJ/h 。
dt3
0
Cp
a
bt ct 2
(6-4) (6-5)
式中:a、b、c、d-物质的特性常数，可从有关手册查得。 Cp-理0 想气体的热容; ≤化工设计≥ .黄璐:P401
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工程项目建设基本程序(7步)
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（2）平均热容 假如物质在T1～T2范围之内Cp –T成直线关系,则
Cp= [(Cp)T1+(Cp)T2]/2