周笑妃裝控101班 1004310115
能量的形式有以下幾種：物體由於巨集觀運動而具有的能量稱為動能，用ek表示，物體由於在高度上位移而具有的能量稱為位能，用ep表示，物質除了巨集觀的動能和勢能外所具有的能量稱為內能，用u表示。通常，在化工裝置中，ep、ek與u相比很小，可以忽略不計。
能量衡算具有極其重要的地位，它直接影響裝置選型、結構、尺寸設計及操作，同時也影響經濟性。與能量衡算有關的重要物理量有熱量、功、焓等，熱量為體系和環境間因有溫差而引起傳遞的能量，功也是能量的傳遞形式，是力在力的方向上位移的乘積。熱和功是能量傳遞的兩種不同形式。
焓可用h表示，且有h=u+pv。h、u均為狀態函式，其僅與體系所處的狀態有關，而與過程具體途徑無關。這一點對能量衡算十分重要。
能量平衡方程：
1.基本能量平衡方程：輸入能量—輸出能量=積累的能量
由能量守恆關係有：
△u+△ek+△ep+△(pv)=q+ws
由於h=u+pv, 則上式可化為
△ek+△ep+△h=q+ws
該公式為穩流過程的熱力學第一定律總能量衡算普遍式
幾種特殊情況下總能量衡算普遍式可簡化：
（1） 絕熱過程（q=0）,且△ek=0，△ep=0
△h=w
(2) 無做功過程（w=0）且△ek=0，△ep=0
h=q(3) 無功、熱傳遞過程且△ek=0，△ep=0
h=0 （等焓過程）
2.間歇過程的總能量衡算
u=q+ws
3. 連續過程的總能量衡算
h=q+ws
當物料經物理或化學變化時，如果其動能、位能或對外界所作之功，對於總能量的變化影響甚小可以忽略不計時，能量守恆定律可以簡化為能量衡算。根據熱量衡算可確定為達到一定的物理或化學變化須向裝置傳入或裝置傳出的熱量；根據熱量衡算可以確定加熱劑或冷卻劑的用量以及裝置的換熱面積，或可建立起進入和離開裝置的物料的熱狀態（包括溫度、壓力、組成和相態）之間的關係，對於複雜過程，熱量衡算往往須與物料衡算聯立求解。
1. 對穩流過程，總能量衡算普遍式變為：
q=△h=h2—h1
對間歇過程，總能量衡算普遍式變為：
q=△u=u2—u1
1. 在熱量衡算中，如果無功條件下，進入系統加熱量與離開系統的熱量贏平衡，對於有熱傳熱要求的裝置，其熱量平衡均可由下式表示：
能量衡算與熱量衡算之間的聯絡：
當物料經物理或化學變化時，如果其動能、位能或對外界所作之功，對於總能量的變化影響甚小可以忽略不計時，能量守恆定律可以簡化為能量衡算。 兩者的單位均為焦耳。
兩者的區別：
（1） 概念上的不同。能量有很多表現形式，熱量只是其中常見的一種；
（2） 傳遞條件的不同。只有溫差時才會有熱量傳遞，能量的傳遞條件更為廣泛；
（3） 衡算依據不同。能量衡算的依據是能量守恆定律(熱力學第一定律)，熱量衡算是能量衡算在特殊情況（能量全部以熱量傳遞）下簡化而來的；
（4） 衡算的基本步驟不同。
（5） 型別的問題不同。能量衡算的基礎是物料衡算，只有在進行完備的物料衡算後才能作出能量衡算。熱量衡算有兩類，一類是在設計時，另一種是在原有裝置中，利用實際給定的資料，計算出另一些不能或很難直接測定的熱量或能量，由此對裝置作出能量上的分析。
案例分析
(1) 化工生產中的某一裝置體系為連續穩定流動過程，其熱量衡算為：
q1+ q2 = q3+ q4+ q5
其中：q1—物料帶進體系的熱量
q2—加熱介劑（或冷卻劑）與裝置交換的熱量
q3—物料從體系帶走的熱量
q4—消耗在加熱裝置各個部件上的熱量
q5—裝置向四周散失的熱量（熱損失）
該案例表達不準確。案例中並沒有說明該系統處於無功條件，直接運用熱量平衡式是不正確的。
(2) 對一換熱器而言，已知冷流體入換熱器的進口工藝引數為t11、流量為m冷，經換熱後應達某一工藝溫度t12；而熱流體入換熱器的進口工藝引數為t21、流量為m熱，經換熱後其溫度變為t22。請分析說明如何計算t22？（分析說明過程中，如已知條件不足，可自行作必要補充並說明）
解：流體經過換熱器，裝置不做功，即ws=0。
由穩流系統做熱量衡算的基本關係式得：△h=q
對於兩種或多種流體混合的混合器，若忽略與環境交換熱量，即q=0,
△h=—=0
其中h=cp×△t
由此可得：m冷cp1(t12- t11)- m熱cp2(t22- t21)=0
只要當m冷、m熱、cp1、cp2、t12 、t11 、t21均已知時，就可求出t22
(3)對換熱器熱負荷ｑ進行計算
q1+q2+q3=q4+q5+q6
式中 q1——所處理的各股物料代入裝置的熱量，kj；
q2——由加熱劑（或冷卻劑）傳給裝置和物料的熱量，kj；
q3——各種熱效應如化學反應熱、溶解熱等，kj;
q4——離開裝置各股物料帶走的熱量，kj；
q5——加熱裝置消耗的熱量，kj；
q6——裝置的熱損失，kj。
（a）q1和q4的計算
q=∑micpi△ti
式中 mi——物料的質量，kg；
cpi——物料的比熱容，kj/(kg*k);
△ti——物料進入或離開裝置的溫度與基準溫度的差值，k。
（b）q3的計算
q3的計算可以從手冊中查取或從實際生產資料中獲取。
(c)q5的計算
q5=∑mwcpw△tw
式中 mw——裝置各部分的質量，kg;
cpw——裝置各部分物料的比熱容，kj/(kg*k)；
△tw——裝置各部分加熱前、後的平均溫度，k。
(d)q6的計算
q6=∑aαt（tw-t0）τ
式中 a——裝置散熱表面積，m2
αt——散熱表面對周圍介質的傳熱系數，kj/( m2*h*k);
tw——裝置壁的表面溫度，k；
t0——周圍介質的溫度，k；
τ——過程的持續時間，h。
(e)q2的計算
q2在熱量衡算中是待求取的數值。其他數值都已知以後即可有公式算出q2。
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