7.热量衡算

第七章能量衡算7.1能量衡算概述一、能量衡算的目的与意义二、能量衡算的依据三、能量守恒基本方程7.2热量衡算准备知识一：能量形式动能由于运动是相对的，动能也是相对于某参照系而言。同一物体在不同的参照系会有不同的速率，也就是有不同的动能。动能的国际单位是焦耳（J），绝对单位是千克米平方每秒平方（kgm2s-2）。一个物体的动能只有在速率改变时才会跟着改变。K21MV2势能PotentialEnergy物体由于具有做功的形势而具有的能叫势能.它是储存于一个系统内的能量，也可以释放或者转化为其他形式的能量，由各物体间相对位置决定的能叫势能，又称作位能内部各部分之间的相对位置所确定的能叫做“势能”。按作用性质的不同，可以分为引力势能、弹性势能、电势能和核势能等。力学中势能有引力势能、重力势能和弹力势能。Zmgh内能•内能(internalenergy)是物体或若干物体构成的系统（简称系统）内部一切微观粒子的一切运动形式所具有的能量总和。内能常用符号U表示，内能具有能量的量纲，国际单位是焦耳（J）。功W：热力系通过边界与外界交换的机械能量，也是描述物体状态改变过程中能量变化的一种量度设备的热量Q热量，指的是由于温差的存在而导致的能量转化过程中所转移的能量。而该转化过程称为热交换或热传递。热量的公制为焦耳。二：能量平衡方程1、能量基本方程输入能量—输出能量=积累的能量2、间歇过程能量平衡方程3、连续过程能量平衡方程UfKfZfUiKiZiQWEQWUQWQWH•一、设备的热量平衡方程式•对于有传热要求的设备，其热量平衡均可由下式表示：•Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6（7-1）•式中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。•为了求出式（7-1）中的Q2，即设备的热负荷，必须算出其他各项热量•（一）Q1与Q4•Q1与Q4均可用下式计算•Q1（Q4）=∑mctkJ（6-2）•式中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·℃；•t——物料的温度℃。•计算Q1与Q4时，是取标准状态，即0℃及1.013×105Pa为计算基准。有时为了计算方便也可取物料的进口状态作为计算基准，这时Q1=0•（二）Q5•Q5=∑mc(t2-t1)kJ•式中M——设备各部件的质量kg；•c——设备各部件的比热容kJ/kg·℃；•t1——设备各部件的初始温度℃；•t2——设备各部件的最终温度℃。（三）Q6•设备向环境散失的热量Q6可按下式计算：•Q6=∑AαT(tT—t0)τKJ•式中A——设备散热表面积m²；•αT——设备散热表面与周围介质之间的联合给热系数W/（m²•℃）；•tT——与周围介质直接接触的设备表面温度℃；•t0——周围介质的温度℃；•τ——过程持续时间s。•以上分别介绍了Q1、Q4、Q5、Q6的计算，再能求出过程热效应Q3的数值，就可求出设备的热负荷Q2。Q2正值表示需对设备加热；负值表示需冷却。二、过程热效应•化学过程的热效应包括化学反应热与状态变化热•（一）化学反应热•化学反应热是指在一定温度下，化学反应所放出或吸收的热量。反应热不仅取决于化学反应本身的特征，还与反应的温度有关。为计算在各种温度下的反应热，规定当反应温度为298K及大气压时反应热的数值称标准反应热，习惯上用ΔHº表示，负值表示放热，正值表示吸热。•1．用标准生成热求反应热（生成物—反应物）(负值为放热）•KJ/mol•2．用标准燃烧热求反应热（反应物—生成物）(负值为放热）H0aHf0H0aH0cKJ/mol3．用键能求反应热（反应物—生成物）(负值为放热）H0aeKJ/mol键能表例题；键能计算反应热•乙烷制乙烯•键的变化•键能：CCHHHHHHCCHHHHHHHH2HCCCCCHHHHCCCHCC347.52KJ/mol414.51KJ/mol615.49KJ/mol435.45KJ/molH0aeKJ/mol•（反应物—生成物）•说明乙烷脱氢为吸热反应H2CHCCCCHH2*414.51+347.52615.49+435.45125.6KJ/mol7.3常用热力学数据的计算•在进行热量衡算时，常会遇到手册中数据不全的情况。本节介绍常用的比热容、汽化热、熔融热、溶解热、燃烧热的计算方法。•一、比热容•（一）气体的比热容•对于压强低于5×105Pa的气体或蒸汽均可作理想气体处理，其定容比热容为•Cv=4.187(2n+1)/MkJ/（kg•℃）•定压比热容为•Cp=4.187(2n+3)/MkJ/（kg•℃）•式中n——化合物分子中原子个数；•M——化合物分子量。（二）液体比热容•大多数比热容在1.7~2.5KJ/Kg０Ｃ•水和液氨比热容4KJ/Kg０Ｃ•溶液比热容:•C:溶液比热容固体比热容a溶质百分率•（三）固体比热容•柯普法：•M：分子量•n：分子中同种原子数•元素比热容••元素比热容见书Ｐ123表６－５•１：估算氢氧化钙的比热容？•２：估算苯胺的比热容？(1)sCCaasC()/appCnCMapC二、汽化热1.克劳齐乌斯－克莱普郎式KJ/KgＰi：液体在Ｔi（Ｋ氏下的）下蒸汽压M：液体分子量•2.特鲁顿法则KJ/Kg•Ｔ：沸点•Ｍ：分子量211219.5(1/1/)gvplpqTTM8.79vbTqM３.伦斯特方程KJ/KgＭ：分子量Ｔ：沸点（Ｋ）(39.80.029)vbgTqlTTM４.克拉贝龙－克劳修斯公式（汽化热随温度变化公式）Ｐ1,T1P2,T2分别代表两组蒸汽的压力和对应温度H单位为Kj/Kg０C时Ｒ取８.３１４H单位为KCal/Kg０C时Ｒ取１.９８６211211()nPHlPRTT