【文章內(nèi)容簡介】 等提供參數(shù)，以確定單位產(chǎn)品的能耗指標(biāo)；同時(shí)也為非工藝專業(yè)（熱工、電、給水、冷暖）設(shè)計(jì)提供設(shè)計(jì)條件作準(zhǔn)備。 步驟 ? 熱量衡算的一般步驟與物料衡算相同，亦包括劃分系統(tǒng)、畫出流程簡圖、列寫方程式與約束式，求解方程組及結(jié)果整理等若干步驟。 A. 能量衡算的基本方程式 根據(jù)熱力學(xué)第一定律，能量衡算方程式的一般形式為： ? △ E＝ Q + W （ 37） 式中， △ E－體系總能量變化； Q －體系從環(huán)境中吸收的能量； W －環(huán)境對體系所做的功。 能量衡算的基本方程式 2 ? 在熱量衡算中，如果無軸功條件下，進(jìn)入系統(tǒng)加熱量與離開系統(tǒng)的熱量應(yīng)平衡，即在實(shí)際應(yīng)用中對傳熱設(shè)備的熱量衡算可表示為： ∑Q進(jìn) ＝ ∑Q出 （ 38） Q1 + Q2 + Q3 ＝ Q4 + Q5 + Q6 （ 39） ? 式中： Q1 －所處理的物料帶到設(shè)備中去的熱量（ KJ）； ? Q2 －由加熱劑（或冷卻劑）傳給設(shè)備的熱量或加熱與冷卻物質(zhì)所需的熱量（ KJ） 。 符號(hào)規(guī)定，輸入（加熱）為“ +‖，輸出（冷卻）為“ ‖。 ? Q3 －過程的熱效應(yīng)（ kJ）；符號(hào)規(guī)定，放熱為“ ‖，吸熱為“ +‖，應(yīng)注意 Q = － △ H。 ? Q4 －反應(yīng)產(chǎn)物由設(shè)備中帶出的熱量（ kJ）； ? Q5 －消耗在加熱設(shè)備各個(gè)部件上的熱量（ kJ）； ? Q6 －設(shè)備向四周散失的熱量（ kJ）。 B．熱量計(jì)算中各種熱量的說明 ? （ 1）計(jì)算基準(zhǔn)，可取任何溫度，對有化學(xué)反應(yīng)的過程，一般取 25℃ 作為計(jì)算基準(zhǔn)。 ? （ 2）物料的顯熱可用焓值或比熱進(jìn)行計(jì)算，在化工計(jì)算中常用恒壓熱容 Cp，由于比熱容是溫度的函數(shù)，常用冪次方程式表示，因此其計(jì)算式可表示為： Q ＝ n （ 310） 式中： n－物料量（ mol）； Cp－物料比熱容（ kJ/ mol℃ ） ,Cp =a + bT + cT2 + dT3 + eT4 T－溫度（ ℃ ）， T2為物料溫度， T1為基準(zhǔn)溫度。 ? 21TT p dTC ? （ 3）關(guān)于 Q2熱負(fù)荷的計(jì)算。對于間歇操作，各段時(shí)間操作情況不一樣，則應(yīng)分段作熱量平衡，求出各不同時(shí)間的 Q2，然后得到最大需要量。 ? （ 4） Q3為過程的熱效應(yīng)，包括過程的狀態(tài)熱（相變化產(chǎn)生的熱）和化學(xué)反應(yīng)熱。相變化一般可由手冊查閱，對無法查閱的汽化熱可由特魯頓法則估算，反應(yīng)熱由生成熱和燃燒熱計(jì)算。 B．熱量計(jì)算中各種熱量的說明 2 ? （ 5）設(shè)備加熱所需熱量 Q5在穩(wěn)定操作過程中不出現(xiàn)，在間歇操作的升溫降溫階段也有設(shè)備的升溫降溫?zé)岙a(chǎn)生，可用下式計(jì)算： Q5 = ∑G Cp（ t2 – t1） （ 311） 式中： G－設(shè)備各個(gè)部件重量； Cp－各部件熱容（ kJ/kg℃ ） t2－設(shè)備各部件加熱后溫度； t1－設(shè)備各部件加熱前溫度； 設(shè)備加熱前的溫度 t1可取為室溫，加熱終了時(shí)的溫度取加熱劑一側(cè)（高溫 th）與被處理一側(cè)（低溫te）溫度的算術(shù)平均值： t2 =（ th + te） /2 B．熱量計(jì)算中各種熱量的說明 3 ? （ 6）設(shè)備向四周散失的熱量 Q6可由下式計(jì)算得： Q6 = ∑FαT（ tw – t） τ 103 （ 312） 其中： F－設(shè)備散熱表面積 m2； αT－散熱表面向四周圍介質(zhì)的聯(lián)合給熱系數(shù)。 W/m2℃ ； tw－散熱表面的溫度（有隔熱層時(shí)應(yīng)為絕熱層外表）， ℃ ； t－周圍介質(zhì)溫度， ℃ ； τ－散熱持續(xù)的時(shí)間， s。 B．熱量計(jì)算中各種熱量的說明 4 B．熱量計(jì)算中各種熱量的說明 5 ? 絕熱層外空氣自然對流 當(dāng) tw150℃ 時(shí)： 平壁隔熱層外 αT＝ + （ tw t） （ 313） 管或圓筒壁隔熱層外 αT＝ + （ tw t） （ 314） ? 空氣沿粗糙面強(qiáng)制對流 u ≤5 m/s時(shí)， αT＝ + （ 315） u 5 m/s時(shí)， αT＝ （ 316） 加熱劑與冷卻劑 ? ? ? ? A. 加熱劑的選擇要求 ?在較低壓力下可達(dá)到較高溫度； ?化學(xué)穩(wěn)定性高； ?沒有腐蝕作用； ?熱容量大； ?冷凝熱大； ?無火災(zāi)或爆炸危險(xiǎn)性； ?無毒性； ?價(jià)廉； ?溫度易于調(diào)節(jié)。 B. 加熱劑 和冷卻劑 序號(hào) 加熱劑 冷卻劑 使用溫度 范圍 ℃ 給熱系數(shù) w/( m2℃ ) 優(yōu)缺點(diǎn)及使用場合 1 熱水 40～ 100 50～ 1400 對于熱敏性的物料用熱水加熱較為保險(xiǎn) ,但傳熱情況不及蒸汽好 ,且本身易冷卻 ,不易調(diào)節(jié) 2 飽和蒸汽 100～ 180 300～ 3200 冷凝潛熱大 ,熱利用率高 ,溫度易于調(diào)節(jié)控制 ,如用中壓或高壓蒸汽 ,使用溫度還可提高 3 過熱蒸汽 180～ 300 可用于需較高溫度的場合 ,但傳熱效果比蒸汽低的多 ,且不易調(diào)節(jié) ,較少使用 4 導(dǎo)熱油 180～ 250 58～ 175 不需加熱即可得到較高溫度 ,使用方便 ,加熱均勻 5 道生液 180～ 250 110～ 450 為 C6H5 %與 C6H5O %的混合物 ,加熱均勻 ,溫度范圍廣 ,易于調(diào)節(jié) ,蒸汽冷凝潛熱大 ,熱效率高 ,需道生爐及循環(huán)裝置 6 道生蒸汽 250～ 350 340～ 680 7 煙道氣 500～ 1000 12～ 50 可用煤、煤氣或燃油燃燒得到，可得到較高溫度，特別適用于直接加熱空氣的場合 8 電加熱 500 設(shè)備簡單、干凈、加熱快，溫度高，易于調(diào)節(jié)。但成本高，適用于用量不太大、要求高的場合。 9 熔鹽 400～ 540 NaNO240%； KNO353% NaNO37%的混合物?？捎糜谛韪邷氐墓I(yè)生產(chǎn)。但本身熔點(diǎn)高，管道和換熱器都需要保溫。傳熱系數(shù)高，蒸汽壓低，穩(wěn)定。 10 冷卻水 30～ 20 是最普遍的保溫劑，使用設(shè)備簡單，控制方便，廉價(jià) 11 冰 0～ 30 大多用于染料工業(yè)中直接防于鍋內(nèi)調(diào)節(jié)反應(yīng)，穩(wěn)定效果較好，但會(huì)使反應(yīng)液沖淡，并使反應(yīng)鍋體積增大 12 冷凍鹽水 15～ 30 使用方便，冷卻效果好，但需冷卻系統(tǒng)，投資大，一般用于冷卻水無法達(dá)到的低溫冷卻。 C. 加熱劑和冷卻劑的用量 1 ? （ 1）直接蒸汽加熱時(shí)的蒸汽用量： G = Q2 /（ ΔH –CPtK） （ 317） 式中： G——蒸汽消耗量（ Kg）； Q2——由加熱劑傳給設(shè)備或物料加熱所需的熱量（ KJ）； ΔH——蒸汽加熱焓量（ KJ/Kg）； tK——被加熱液體的最終溫度（ ℃ ）； CP——被加熱液體的比熱容（ KJ/Kg℃ ）。 ? 為簡化起見，通常蒸汽加熱時(shí)的蒸汽用量計(jì)算僅考慮蒸汽放出的冷凝熱。 ? （ 2）間接蒸汽加熱時(shí)的蒸汽的用量： G = Q2 /（ ΔH –CPtn） （ 318） 式中： G——蒸汽消耗量（ Kg）； Q2——由加熱劑傳給設(shè)備或物料加熱所需的熱量（ KJ）； ΔH——蒸汽加熱焓量（ KJ/Kg）； tn——冷凝水的最終溫度（ ℃ ）； CP——被加熱液體的比熱容（ KJ/Kg℃ ）。 C. 加熱劑和冷卻劑的用量 2 ? （ 3）燃料消耗量： M = Q2/ηT QP （ 319） 式中： W——冷卻劑消耗量 Q2——由加熱劑傳給設(shè)備或物料加熱所需的熱量（ KJ）； ηT——爐子的熱效率； QP——燃料的熱值（ KJ/Kg）。 C. 加熱劑和冷卻劑的用量 3 ? （ 4） 冷卻劑消耗量 W ＝ Q2 / Cp（ t K – t H） （ 320） 式中： W—冷卻劑消耗量（ kg）； Q2—由加熱劑傳給設(shè)備或物料冷卻所需的熱量（ kJ