辨析能量衡算和热量衡算的应用(精选.)

化工原理物料衡算和热量衡算引言化工工程涉及许多物料的处理和转化过程，同时也需要考虑热量的平衡。

物料衡算和热量衡算是化工原理的重要内容，对于工程实践和过程优化具有重要的意义。

本文将介绍化工原理中的物料衡算和热量衡算的基本原理和计算方法。

物料衡算物料衡算是指对于化工工程中物料流动和转化过程的计算和分析。

在化工工程中，物料的流动和转化是实现各种反应和分离操作的基础，因此正确的物料衡算是保证工程设计和操作的关键。

在物料衡算中，我们通常需要考虑以下几个方面： 1. 物料的质量衡算：即对物料的质量输入和输出进行计算和分析。

对于物料的质量衡算，我们需要注意物料流动的平衡原则，即质量的输入必须等于输出。

2. 物料的能量衡算：即对物料的能量输入和输出进行计算和分析。

能量的输入和输出会影响物料的温度和相变过程，因此在能量衡算中需要考虑物料的热力学性质。

3. 物料的流动速度衡算：即对物料流动速度进行计算和分析。

物料的流动速度决定了反应和分离操作的效率，因此在物料衡算中需要合理地确定流量和速度的关系。

4. 物料的浓度衡算：即对物料中组分浓度的计算和分析。

物料的浓度会影响其反应和分离的速率和效果，因此在物料衡算中需要考虑不同组分浓度的变化规律。

物料衡算通常使用质量守恒和能量守恒等基本原理进行计算。

同时，还可以利用化学反应平衡的原理和质量流动的平衡原则进行衡算过程中的参数确定。

热量衡算热量衡算是化工工程中热力学过程的计算和分析。

在化工工程中，热量的平衡是保证反应和分离操作能够正常进行的基础。

热量衡算需要考虑以下几个方面： 1. 热量的输入和输出：即对于热量的输入和输出进行计算和分析。

在化工工程中，我们通常需要对热量的输入和输出进行平衡，以保证工程操作的稳定性。

2. 热量的传递和转化：即对于热量的传递和转化过程进行计算和分析。

热量的传递可以通过传导、对流和辐射等方式进行，因此在热量衡算中需要考虑传热方式的影响。

3. 热平衡的计算：即对于反应和分离过程中热量平衡的计算和分析。

化学反应中的能量变化与平衡化学反应是物质转化过程中发生的能量变化的重要表现形式之一，同时也与化学平衡密切相关。

本文将探讨化学反应中的能量变化与平衡之间的关系，以及如何应用这些原理。

一、反应热和焓变在化学反应中，能量的变化通过反应热来衡量。

反应热是指在恒定压力下，物质发生化学反应时释放或吸收的热量。

反应热可分为放热反应和吸热反应。

放热反应是指在反应过程中物质释放热量，从而使周围温度升高。

一般来说，燃烧反应都属于放热反应。

例如，燃烧木材时，木材中的化合物与氧气反应，释放出大量的热量和光能。

吸热反应则是指在反应过程中物质吸收热量，导致周围温度下降。

典型的例子是氨和水之间的反应。

氨和水反应会吸热，使反应容器周围的温度降低。

为了描述物质在化学反应中释放或吸收的热量，引入了焓变概念。

焓变（ΔH）是指物质在定压下发生化学反应时释放或吸收的热量变化。

焓变为负值表示放热反应，为正值则表示吸热反应。

例如，当燃烧一摩尔的乙醇时，释放的热量为-1367千焦，因此焓变（ΔH）为-1367千焦。

二、能量守恒定律与反应热的变化化学反应中的能量变化符合能量守恒定律。

根据能量守恒定律，能量既不能被创造也不能被破坏，只能从一种形式转化为另一种形式。

在化学反应中，所释放或吸收的能量来自于反应物中的化学键的形成或解离。

反应热的变化可通过反应物和生成物之间化学键的形成或解离来解释。

在放热反应中，化学键的形成释放出能量，而在吸热反应中，化学键的解离吸收外界的能量。

反应热的变化可用以下方程表示：反应热 = 结合能 - 解离能结合能为化学键形成释放的能量，解离能为化学键解离吸收的能量。

三、平衡态与热力学平衡常数在化学反应中，当反应物被完全转化为生成物时，反应达到平衡态。

平衡态时，反应物和生成物的浓度保持不变，但反应仍在继续进行，而正反应的速率相等。

平衡态的研究需要引入热力学平衡常数（K）。

热力学平衡常数是一个定量描述平衡态的物理量，它的值与温度有关。

第二章 能量衡算2.1 能量衡算概述物料衡算完成后，对于没有传热要求的设备，可以由物料处理量，物料的性质及工艺要求进行设备的工艺设计，以确定设备的型式，台数，容积以及重要尺寸。

对于有传热要求的设备则必须通过能量衡算，才能确定设备的主要工艺尺寸。

无论进行物理过程的设备或是化学过程的设备，多数伴有能量传递过程，所以必须进行能量衡算。

2.2 能量衡算目的对于新设计的生产车间，能量衡算的主要目的是为了确定设备的热负荷。

根据设备热负荷的大小，所处理物料的性质及工艺要求在选择传热面的型式，计算传热面积，确定设备的主要尺寸。

传热所需要的加热剂或冷却剂的用量也是以热负荷的大小为依据而进行计算的。

对于有些伴有热效应的过程，其物料衡算也要通过与能量衡算的联合求解才能得出最后的结果。

2.3 能量衡算依据能量衡算的主要依据是能量守恒定律。

能量守恒定律是以车间物料衡算的结果为基础而进行的。

2.4 能量衡算过程 2.4.1 反应釜的热量衡算反应工段的热量衡算主要体现在反应釜和夹套。

对于有传热要求的的设备，其热量衡算为：654321Q Q Q Q Q Q ++=++；式中 1Q —物料带入到设备的热量kJ ； 2Q —加热剂传给设备的热量kJ ； 3Q —物理变化及化学反应的热效应kJ ； 4Q —物料离开设备所带走的热量kJ ； 5Q —消耗于提高设备本身温度的热量kJ ； 6Q —设备向环境散失的热量kJ 。

物料热量衡算以天为单位。

1Q 与4Q 的计算1Q 与4Q 均可按照下式计算：()tkJ mc Q Q p ∑=41 式中m —输入或输出设备的物料量，kgp c —物料的平均比热容，()C kg kJ ︒⋅/t —物料的温度，℃。

该式的计算标准是标准状态，即Pa C 3101013.10⨯︒及为计算标准。

固体和液体的比热容可以采用下式计算：Mn c c p ∑⋅=α184.4； []1式中：αc —元素的原子比热容，()C kg kJ ︒⋅/ ；n —分子中同一原子的原子数；M —化合物的分子量，kmol kg /。

热量衡算1计算方法与原则1.1热量衡算的目的及意义热量衡算的主要目的是为了确定设备的热负荷。

根据设备热负荷的大小、所处理物料的性质及工艺要求再选择传热面的形式、计算传热面积、确定设备的主要工艺尺寸。

传热所需的加热剂或冷却剂的用量也是以热负荷的大小为依据而进行计算的。

1.2热量衡算的依据及必要条件热量衡算的主要依据是能量守恒定律，其数学表达式为Q1+ Q2+Q3=Q4+Q5+Q6 式1其中：Q1——物料带入到设备的热量，kJQ2——加热剂或冷却剂传给设备和所处理物料的热量，kJQ3——过程热效应，kJQ4——物料离开设备所消耗的热量，kJQ5——加热或冷却设备所消耗的热量，kJQ6——设备向环境散失的热量，kJQ1（Q4）=Σ mC P(t2- t0) kJ式2m——输入或输出设备的物料质量，kgC P——物料的平均比热容，kJ/(kg•℃)t2——物料的温度，℃t0——基准温度，℃Q5=Σ C P M (t2-t1) kJ式3M——设备各部件的质量，kgC P——设备各部件的比热容，kJ/(kg•℃)t1——设备各部件的初始温度，℃t——设备各部件的最终温度，℃2Q5+Q6=10%Q总式4热量衡算是在车间物料衡算的结果基础上而进行的，因此，车间物料衡算表是进行车间热量衡算的首要条件。

其次还必须收集有关物质的热力学数据，例如比热容，相变热，反应热等。

本设计还将涉及到的所有物料的热力学数据汇总成表4，以便于后期的计算。

1.3热量衡算基准因为物料衡算计算的是各个岗位的天处理量，所以热量衡算计算的也是某个设备天换热介质消耗量，同时温度基准采用的是0℃做基准。

当然，进行传热面积校核时，是根据批处理量计算。

2全车间物料热力学数据的估算2.1所用纯化合物比热的推算0i i pMc n C ∑=式 5式中M ——化合物分子量；n i ——分子中同种元素原子数； c i ——元素的原子比热容，kJ/(kg•℃)查《制药工程工艺设计》P111，得到原子的摩尔热容相关数据，见表1表1 元素原子的摩尔热容单位：kcal/( kmol•℃)(当物质为固体时，各原子的C a 取值近似值）原子 C a 原子 C a 原子 C a 碳C 2.8 氧O 6.0 氮N 2.6 氢H4.3硫S7.4其他8.0(当物质为液体时，各原子的C a 取值近似值）而在实际生产的过程中遇到的物质大多是混合物，极少数的混合物有实验测定的热容数据，一般都是根据混合物内各种物质的热容和组成进行推算的，其中杂质的含量极少，热效应可以忽略不计。

热量衡算1计算方法与原则1.1热量衡算的目的及意义热量衡算的主要目的是为了确定设备的热负荷。

根据设备热负荷的大小、所处理物料的性质及工艺要求再选择传热面的形式、计算传热面积、确定设备的主要工艺尺寸。

传热所需的加热剂或冷却剂的用量也是以热负荷的大小为依据而进行计算的。

1.2热量衡算的依据及必要条件热量衡算的主要依据是能量守恒定律，其数学表达式为Q1+ Q2+Q3=Q4+Q5+Q6 式1其中：Q1——物料带入到设备的热量，kJQ2——加热剂或冷却剂传给设备和所处理物料的热量，kJQ3——过程热效应，kJQ4——物料离开设备所消耗的热量，kJQ5——加热或冷却设备所消耗的热量，kJQ6——设备向环境散失的热量，kJQ1（Q4）=Σ mC P(t2- t0) kJ式2m——输入或输出设备的物料质量，kgC P——物料的平均比热容，kJ/(kg•℃)t2——物料的温度，℃t0——基准温度，℃Q5=Σ C P M (t2-t1) kJ式3M——设备各部件的质量，kgC P——设备各部件的比热容，kJ/(kg•℃)t1——设备各部件的初始温度，℃t——设备各部件的最终温度，℃2Q5+Q6=10%Q总式4热量衡算是在车间物料衡算的结果基础上而进行的，因此，车间物料衡算表是进行车间热量衡算的首要条件。

其次还必须收集有关物质的热力学数据，例如比热容，相变热，反应热等。

本设计还将涉及到的所有物料的热力学数据汇总成表4，以便于后期的计算。

1.3热量衡算基准因为物料衡算计算的是各个岗位的天处理量，所以热量衡算计算的也是某个设备天换热介质消耗量，同时温度基准采用的是0℃做基准。

当然，进行传热面积校核时，是根据批处理量计算。

2全车间物料热力学数据的估算2.1所用纯化合物比热的推算0i i pMc n C ∑=式 5式中M ——化合物分子量；n i ——分子中同种元素原子数； c i ——元素的原子比热容，kJ/(kg•℃)查《制药工程工艺设计》P111，得到原子的摩尔热容相关数据，见表1表1 元素原子的摩尔热容单位：kcal/( kmol•℃)(当物质为固体时，各原子的C a 取值近似值）原子 C a 原子 C a 原子 C a 碳C 2.8 氧O 6.0 氮N 2.6 氢H4.3硫S7.4其他8.0(当物质为液体时，各原子的C a 取值近似值）而在实际生产的过程中遇到的物质大多是混合物，极少数的混合物有实验测定的热容数据，一般都是根据混合物内各种物质的热容和组成进行推算的，其中杂质的含量极少，热效应可以忽略不计。

第五章能量衡算第一节概述第二节热量衡算第三节过程的热效应第四节热量衡算举例第五节加热剂、冷却剂及其其他能量消耗的计算5.1 概述5.1.1 能量衡算的目的和意义计算过程能耗指标进行方案比较，选定先进生产工艺。

能量衡算数据是设备选型和计算的依据；是组织、管理、生产、经济核算和最优化的基础5.1.2 能量衡算的的依据及必要条件依据为能量守恒定律条件：物料衡算的数据，相关热力学物性数据。

5.1.3 能量守恒的基本方程输出能量+消耗能量+积累能量=输入能量+生成能量5.1.4 能量衡算的分类单元设备的能量衡算和系统的能量衡算5.2 热量衡算5.2.1 热量平衡方程式Q —物料带入设备的热量，kJ ;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;（注意符号规定）Q4—物料带出设备的热量，kJ ；Q5—加热或冷却设备所消耗的热量或冷量，kJ ；Q6 —设备向环境散失的热量，kJ。

注意各Q勺符号规定Q为设备的热负荷。

若Q为正值，需要向设备及所处理的物料提供热量; 反之，表明需要从设备及所处理的物料移走热量。

对间歇操作，按不同的时间段分别计算Q的值，并取其最大值作为设备热负荷的设计依据。

522 各项热量的计算1、计算基准一般情况下，可以0C和1.013 105Pa为计算基准有反应的过程，也常以25C和1.013 105Pa为计算基准。

2、Q或Q的计算无相变时物料的恒压热容与温度的函数关系常用多项式来表示：若知物料在所涉及温度范围内的平均恒压热容，贝心3、Q的计算过程的热效应由物理变化热Q和化学变化热Q两部分组成物理变化热是指物料的浓度或状态发生改变时所产生的热效应。

若过程为纯物理过程，无化学反应发生，如固体的溶解、硝化混酸的配制、液体混合物的精馏等，则Q C= 0 。

化学变化热是指组分之间发生化学反应时所产生的热效应，可根据物质的反应量和化学反应热计算。

4、Q的计算稳态操作过程Q 5= 0非稳态操作过程由下式求QQ=' GC (T2-T1)G-设备各部件的质量，kg;G—设备各部件材料的平均恒压热容，kJ kg-1「C-1;T1—设备各部件的初始温度，C；T2—设备各部件的最终温度，C。

热量衡算的方法嘿，咱今儿就来说说热量衡算的方法！这可真是个有意思的事儿呢。

你想想看，热量就像一群调皮的小精灵，在各种过程中跑来跑去。

要把它们搞清楚，那可得有点本事。

先说第一种方法，类比一下，就好像我们数一群乱跑的小鸡，得一只一只去数。

我们要仔细分析每个过程中热量的输入和输出，不能放过任何一个小细节。

就像警察破案一样，不放过任何蛛丝马迹。

比如说，一个化学反应，热量从反应物进来，又从生成物出去，咱就得把这进进出出的热量都算清楚咯。

还有一种方法呢，就像是给热量小精灵们建一个家，把它们都归置好。

我们要考虑各种能量的转换，比如热能变成了机械能，或者电能变成了热能。

这就好比你有一堆玩具，要把它们分类放好，汽车放一起，娃娃放一起。

这样才能清楚地知道热量都跑哪儿去了。

咱再想想啊，热量衡算就像一场游戏，你得掌握规则才能玩得转。

比如说，不同的物质有不同的热容，这就好比不同的游戏角色有不同的技能。

你得知道怎么利用这些热容来计算热量的变化。

有时候啊，这热量衡算也会让人头疼呢。

就像解一道很难的数学题，得绞尽脑汁。

但你可别灰心，只要耐心去算，总能找到答案。

而且啊，热量衡算在好多地方都用得到呢！工厂里生产东西，要算热量；家里开空调、用暖气，也得考虑热量啊。

这就像我们每天都要吃饭一样自然和重要。

你说，要是不把热量衡算弄清楚，那不是乱套了吗？那生产出来的东西质量能好吗？咱家里的能源能合理利用吗？所以啊，这热量衡算的方法可得好好学，好好用。

总之啊，热量衡算的方法就像是一把钥匙，能打开很多知识的大门。

咱可不能小瞧它，得认真对待，就像对待我们最喜欢的宝贝一样。

这样，我们才能在热量的世界里游刃有余，把一切都掌握在手中！这就是热量衡算的方法，大家可得记住咯！。

热量平衡技术原理及应用热量平衡技术的原理是基于能量守恒定律和热力学原理。

根据能量守恒定律，系统中的能量总和是不变的，即输入的能量等于输出的能量加上系统内部的能量增减。

而根据热力学原理，能量的转换存在一定的损耗，因而需要对能量的输入和输出进行准确的测量。

热量平衡技术的应用范围广泛，包括电力行业、化工、冶金、建筑等。

在电力行业中，热量平衡技术被用于发电机组的性能评估和优化，以提高发电效率和减少能源损耗。

在化工行业中，热量平衡技术被用于提高生产过程中的能源利用率，优化化工品的制造过程。

在冶金行业中，热量平衡技术被用于提高冶金炉的效率，并减少废热的损失。

在建筑行业中，热量平衡技术被用于建筑物的节能设计，以提高建筑物的能源利用效率。

首先，热量平衡技术被用于能源转换设备的性能评估和优化。

通过对发电机组、炉窑等设备的热量输入和输出进行精确测量，可以计算出设备的能源利用效率和能量损耗，并采取相应的措施进行优化。

其次，热量平衡技术被用于能源系统的设计和规划。

通过对能源系统中各个组成部分的热量输入和输出进行准确测量，可以确定系统中的能源转换流程和能源传递路径，以达到最佳的能源利用效果。

再次，热量平衡技术被用于能源系统的监控和调节。

通过对能源系统中各个关键组件的热量输入和输出进行实时监测，可以及时发现和纠正系统中的能量损耗和能量浪费问题，并采取相应的措施进行调节。

最后，热量平衡技术被用于能源管理和节能减排。

通过对能源系统中各个关键组件的热量输入和输出进行定期监测，可以评估能源系统的能源利用效率，并提出节能减排的措施和建议，以降低能源消耗和减少碳排放。

总之，热量平衡技术是一种能够提高能源利用效率和减少能源损耗的重要工具。

通过对能源系统中各个组成部分的热量输入和输出进行准确测量，可以实现能量转换和传递的有效控制和管理，以达到能源的最优利用。

随着能源需求的不断增加和能源消耗的不断增多，热量平衡技术将在能源领域发挥越来越重要的作用。

化工中的物料衡算和能量衡算化72 王琪2007011897 在化工原理的绪论课上，戴老师曾强调过化工原理的核心内容是“三传一反”即传质、传动、传热和反应，而物理三大定律——质量守恒、动量守恒、能量守恒正是三传的核心与实质，因此这三大定律在化工中统一成一种核心的方法：衡算。

正是衡算，使原本复杂的物理定律的应用变得简单，实用性强，更符合工程学科的特点。

为此化工中的物料衡算和能量衡算很重要，本文将分别从物料衡算、能量衡算讨论化工中的衡算问题，然后将讨论二者结合的情况。

物料衡算在台湾的文献中称为“质量平衡”，它反映生产过程中各种物料之间量的关系，是分析生产过程与每个设备的操作情况和进行过程与设备设计的基础。

一般来说物料衡算按下列步骤进行，为表示直观，做成流程图。

绘制流程图时应注意：1.用简洁的长方形来表达一个单元，不必画蛇添足；2.每一条物质流线代表一个真实的流质流动情况；3.区别开放与封闭的物质流4.区别连续操作与分批操作（间歇生产）5.不必将太复杂的资料写在物质流线上确定体系也比较重要，对于不同体系，衡算基准和衡算关系会有不同。

合适的基准对于衡算问题的简化很重要，根据过程特点通常有如下几种：1.时间基准：连续生产，选取一段时间间隔如1s，1min，1h，1d；间歇生产以一釜或一批料的生产周期为基准，对于非稳态操作，通常以时间微元dt为基准。

2.质量基准，对于固相、液相体系，常采用此基准，如1kg，100kg，1t，1000lb等。

3.体积基准（质量基准衍生）：适用于气体，但要换成标准体积；适用于密度无变化的操作。

4.干湿基准：水分算在内和不算在内是有区别的，惯例如下：烟道气：即燃烧过程产生的所有气体，包括水蒸气，往往用湿基；奥氏分析：即利用不同的溶液来相继吸收气体试样中的不同组分从而得到气体组分，往往用干基。

化肥、农药常指湿基，而硝酸、盐酸等则指干基。

选取基准后，就要确定着眼物料了。

通常既可从所有物料出发，也可根据具体情况，从某组分或某元素着眼。