【正文】 。 為了計算方便 ， 常結(jié)合物料衡算結(jié)果 ， 將進(jìn)出衡算范圍的各股物料的數(shù)量 、 組成和溫度等數(shù)據(jù)標(biāo)在熱量衡算示意圖中 。 ?? T ?(5) Calculations of Q6 制作人 :王志祥等 Pharmaceutical Engineering (1) 明確衡算目的 ， 如通過熱量衡算確定某設(shè)備或裝置的熱負(fù)荷 、 加熱劑或冷卻劑的消耗量等數(shù)據(jù) 。 (1) 空氣在保溫層外作自然對流 ,且 在平壁保溫層外 ， ?T可按下式估算 (59) 在圓筒壁保溫層外 ， ?T可按下式估算 (510) C150t 0W ? )tt(WT ???? )tt( WT ????(5) Calculations of Q6 制作人 :王志祥等 Pharmaceutical Engineering (2) 空氣沿粗糙壁面作強(qiáng)制對流 當(dāng)空氣流速不大于 5m?s1時 ， ?T可按下式估算 (511) 式中 u—— 空氣流速 ， m?s1。 0Q 5 ? ? ?? )tt(GCQ12p5(4) Calculations of Q5 制作人 :王志祥等 Pharmaceutical Engineering 設(shè)備向環(huán)境散失的熱量 Q6可用下式計算 (58) 式中 ?T— 對流 輻射聯(lián)合傳熱系數(shù) ,W?m2?oC1；AW— 與周圍介質(zhì)直接接觸的設(shè)備外表面積 ， m2； tW—與周圍介質(zhì)直接接觸的設(shè)備外表面溫度 ， oC； t— 周圍介質(zhì)的溫度 ， oC； ?— 散熱過程持續(xù)的時間 ， s。 0Q c ?(3) Calculations of Q3 制作人 :王志祥等 Pharmaceutical Engineering 對于穩(wěn)態(tài)操作過程 ， ；對于非穩(wěn)態(tài)操作過程 ， 如開車 、 停車以及各種間歇操作過程 ， Q5可按下式計算 (57) 式中 G— 設(shè)備各部件的質(zhì)量 ， kg； Cp— 設(shè)備各部件材料的平均定壓比熱 ， kJ?kg1?oC1； t1— 設(shè)備各部件的初始溫度 ， oC； t2— 設(shè)備各部件的最終溫度 ， oC。 如果所進(jìn)行的過程為純物理過程 ， 無化學(xué)反應(yīng)發(fā)生 ， 如固體的溶解 、硝化混酸的配制 、 液體混合物的精餾等 ， 則 。 ? ?? )tt(GC 02p41 或(2) Calculations of Q1 or Q4 制作人 :王志祥等 Pharmaceutical Engineering 過程的熱效應(yīng)由物理變化熱和化學(xué)變化熱兩部分組成 ， 即 (56) 式中 Qp—— 物理變化熱 ， kJ； Qc—— 化學(xué)變化熱 ， kJ。 ? ?? dtCG 20tt p41 或(2) Calculations of Q1 or Q4 制作人 :王志祥等 Pharmaceutical Engineering 物料的定壓比熱與溫度之間的函數(shù)關(guān)系常用多項式來表示 ， 即 (53) 或 (54) 式中 a、 b、 c、 d— 物質(zhì)的特性常數(shù) ， 可從有關(guān)手冊查得 。 對于有反應(yīng)的過程 ， 也常以25oC和 ?105Pa為計算基準(zhǔn) 。 Energy balance Equations 制作人 :王志祥等 Pharmaceutical Engineering (1) Criterion of Calculation (2) Calculations of Q1 or Q4 (3) Calculation of Q3 (4) Calculation of Q5 (5) Calculation Q6 Calculations of various energy 制作人 :王志祥等 Pharmaceutical Engineering 在計算各項熱量之前 ， 首先要確定一個計算基準(zhǔn) 。 此外 ， 對于間歇操作 ， 由于不同時間段內(nèi)的操作情況可能不同 ， 因此 ， 應(yīng)按不同的時間段分別計算 Q2的值 ， 并取其最大值作為設(shè)備熱負(fù)荷的設(shè)計依據(jù) 。 654321 ????? Energy balance Equations 制作人 :王志祥等 Pharmaceutical Engineering 由式 (51)可求出 Q2， 即設(shè)備的熱負(fù)荷 。 654321 ????? Energy balance Equations 制作人 :王志祥等 Pharmaceutical Engineering 在上式時 ， 應(yīng)注意除 Q1和 Q4外 ， 其它 Q值都有正負(fù)兩種情況 。 在藥品生產(chǎn)中 ， 熱能是最常見的能量表現(xiàn)形式 ， 多數(shù)情況下 ， 能量衡算可簡化為熱量衡算 。 能量衡算的理論基礎(chǔ)是熱力學(xué)第一定律 ， 即能量守恒定律 。 Introduction 制作人 :王志祥等 Pharmaceutical Engineering 在實際生產(chǎn)中 ,根據(jù)需要 ,也可對已經(jīng)投產(chǎn)的一臺設(shè)備 、 一套裝置 、 一個車間或整個工廠進(jìn)行能量衡算 ,以尋找能量利用的薄弱環(huán)節(jié) ,為完善能源管理 、制定節(jié)能措施 、 降低單位能耗提供可靠的依據(jù) 。 根據(jù)熱負(fù)荷的大小以及物料的性質(zhì)和工藝要求 ， 可進(jìn)一步確定傳熱設(shè)備的型式 、 數(shù)量和主要工藝尺寸 。在藥品生產(chǎn)中 ， 無論是進(jìn)行物理過程的設(shè)備 ,還是進(jìn)行化學(xué)過程的設(shè)備 ,大多存在一定的熱效應(yīng) ,因此 ,通常要進(jìn)行能量衡算 。CHAPTER 5 ENERGY BALANCE 1 制作人 :王志祥等 Pharmaceutical Engineering 當(dāng)物料衡算完成后 ,對于沒有熱效應(yīng)的過程 ,可直接根據(jù)物料衡算結(jié)果以及物料的性質(zhì) 、 處理量和工藝要求進(jìn)行設(shè)備的工藝設(shè)計 ， 以確定設(shè)備的型式 、數(shù)量和主要工藝尺寸 。 而對于伴有熱效應(yīng)的過程 ,則還必須進(jìn)行能量衡算 ,才能確定設(shè)備的主要工藝尺寸 。 Introduction 制作人 :王志祥等 Pharmaceutical Engineering 對于新設(shè)計的設(shè)備或裝置 ， 能量衡算的目的主要是為了確定設(shè)備或裝置的熱負(fù)荷 。 此外 ， 熱負(fù)荷也是確定加熱劑或冷卻劑用量的依據(jù) 。 Introduction 制作人 :王志祥等 Pharmaceutical Engineering 能量衡算的依據(jù)是物料衡算結(jié)果以及為能量衡算而收集的有關(guān)物料的熱力學(xué)數(shù)據(jù) ， 如定壓比熱 、 相變熱 、 反應(yīng)熱等 。 能量有不同的表現(xiàn)形式 ， 如內(nèi)能 、動能 、 勢能 、 熱能和功等 。 Introduction 制作人 :王志祥等 Pharmaceutical Engineering Energy balance Equations Calculations of various energy Methods and Approaches Energy Balance 制作人 :王志祥等 Pharmaceutical Engineering 當(dāng)內(nèi)能 、 動能 、 勢能的變化量可以忽略且無軸功時 ，輸入系統(tǒng)的熱量與離開系統(tǒng)的熱量應(yīng)平衡 ， 由此可得出傳熱設(shè)備的熱量平衡方程式為 (51) 式中 Q1— 物料帶入設(shè)備的熱量 ， kJ； Q2— 加熱劑或冷卻劑傳給設(shè)備及所處理物料的熱量 ， kJ； Q3— 過程的熱效應(yīng) ， kJ； Q4— 物料帶出設(shè)備的熱量 ， kJ； Q5—加熱或冷卻設(shè)備所消耗的熱量或冷量 ， kJ； Q6— 設(shè)備向環(huán)境散失的熱量 ， kJ。 例如 ， 當(dāng)反應(yīng)放熱時 ， Q3取 “ +” 號；反之 ， 當(dāng)反應(yīng)吸熱時 ， Q3取 “ ?”號 ， 這與熱力學(xué)中的規(guī)定正好相反 。 若 Q2為正值 ，表明需要向設(shè)備及所處理的物料提供熱量 ， 即需要加熱；反之 ， 則表明需要從設(shè)備及所處理的物料移走熱量 ， 即需要冷卻 。 為求出 Q2， 必須求出式 (51)中其它各項熱量的值 。 一般情況下 ， 可以 0oC和 ?105 Pa為計算基準(zhǔn) 。 (1) Criterion of Calculation 制作人 :王志祥等 Pharmaceutical Engineering 若物料在基準(zhǔn)溫度和實際溫度之間沒有相變化 ， 則可利用定壓比熱計算物料所含有的顯熱 ， 即 (52) 式中 G— 輸入或輸出設(shè)備的物料量 ， kg； t0— 基準(zhǔn)溫度 ， 0C； t2— 物料的實際溫度 ， 0C； Cp— 物料的定壓比熱 ， kJ?kg1?oC1。 32p dtctbtaC ????2p ctbta ???(2) Calculations of Q1 or Q4 制作人 :王志祥等 Pharmaceutical Engineering 若已知物料在所涉及溫度范圍內(nèi)的平均定壓比熱 ，則式 (52)可簡化為 (55) 式中 Cp— 物料在 (t0~t2)oC范圍內(nèi)的平均定壓比熱 ，kJ?kg1? oC1。 cp3 Q ??(3) Calculations of Q3 制作人 :王志祥等 Pharmaceutical Engineering 物理變化熱是指物料的濃度或狀態(tài)發(fā)生改變時所產(chǎn)生的熱效應(yīng) ， 如蒸發(fā)熱 、 冷凝熱 、 結(jié)晶熱 、 熔融熱 、升華熱 、 凝華熱 、 溶解熱 、 稀釋熱等 。 化學(xué)變化熱是指組分之間發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時所產(chǎn)生的熱效應(yīng) ， 可根據(jù)物質(zhì)的反應(yīng)量和化學(xué)反應(yīng)熱計算 。 與其他各項熱量相比 ， Q5的數(shù)值一般較小 ， 因此 ，Q5?？珊雎圆挥?。 3wwT6 10)tt(A?????? ?(5) Calculations of Q6 制作人 :王志祥等 Pharmaceutical Engineering 對于有保溫層的設(shè)備或管道 ， 其外壁向周圍介質(zhì)散熱的聯(lián)合傳熱系數(shù)可用下列經(jīng)驗公式估算 。 當(dāng)空氣速度大于 5m?s1時 ， ?T可按下式估算 (512) (3) 對于室內(nèi)操作的釜式反應(yīng)器 ， ?T的數(shù)值可近似取為 10 W?m2?oC1。 (2) 明確衡算對象 ， 劃定衡算范圍 ， 并繪出熱量衡算示意圖 。 Methods and Approaches 制作人 :王志祥等 Pharmaceutical Engineering (3) 收集與熱量衡算有關(guān)的熱力學(xué)數(shù)據(jù) ， 如定壓比熱 、 相變熱 、 反應(yīng)熱等 。 (5) 列出熱量平衡方程式 ，