文档介绍：第五章能量衡算
本章要求:
掌握能量衡算的原理
掌握能量衡算的基本方法
主要内容:
能量衡算的理论依据
能量衡算的基本形式
几个与能量衡算有关的重要物理量
能量衡算的基本方法
无化学反应过程的能量衡算
化学反应过程的能量衡算
第一节概述
一、能量衡算的意义
选择最佳操作条件,制定既经济又合理的能量消耗方案。
二、能量衡算的理论依据
热力学第一定律:能量既不能产生,也不能消灭
三、能量衡算的应用
主要应用在两种类型的问题上:
一类是对使用中的装置或设备;
另一类是在设计新装置或设备时。
能量衡算的基础是物料衡算。只有在进行物料衡算后才能做出能量衡算。
四、能量平衡图
第二节能量的基本形式
能量衡算和物料衡算类似,要用到守恒的概念,即要计算进入和离开特定体系的能量值,因此必须分清不同形式的能量形式及表示的方法。由于能量存在有多种形式,因此能量衡算要比物料衡算复杂。
一、位能(Ep)
位能又称势能,是物体由于在高度上的位移而具有的能量。其值的大小与物体所在的力场有关,物体在重力场中所具有的位能可用下式表示:
第二节能量的基本形式
分析:
位能的大小和基准面有关,因此物体距基准面的高度差决定了位能的大小,当物体处于基准面上时其位能为零。由于多数化工生产过程基本上是在地表或接近地表的高度进行的,位能对整个能量衡算的影响一般不大,除在计算物料的输送功率时物料的位能变化是不可忽略的外,在能量衡算中位能皆可忽略。
第二节能量的基本形式
二、动能(Ek)
由于物体运动所具有的能量,称为动能,其值表示为:
物体的动能与物体运动速度的平方成正比,因此物体的运动速度对动能的影响较大,但在化工生产过程中物料的流动速度一般都不大,与其他能量相比较可以忽略,只有当物料经过喷嘴或锐孔形成高速的喷射流时,在能量衡算中动能的影响才比较明显其值不可以忽略。
第二节能量的基本形式
三、内能(U)
内能表示除了宏观的动能和位能外物质所具有的能量,其大小与分子运动有关。
对于纯组分物质,内能可表示成与温度和摩尔体积间的函数关系:
我们只能计算内能的差,或计算相对于某个参考态的内能,而无法计算内能的绝对值。
第三节几个与能量衡算有关的重要物理量
一、功(W)
功是能量传递的一种形式,功是力与位移的乘积。可表示为:
说明:
环境对系统作功取为正值,系统对环境作功取为负值。热量的单位为焦耳(J)
在化工生产过程中常见的有体积功、流动功及旋轴功的机械功等。
功只是指被传递的热量,从热力学第二定律可知,功可以无条件地全部转化为热量。
第三节几个与能量衡算有关的重要物理量
二、热量(Q)
当温度不同的两物体进行接触时,能量总是从热(温度高)的物体向冷(温度低)的物体流动,这种由于温度差而引起传递的能量称为热量。
环境对系统加的热为正,从系统中取出的热为负。热量的单位为焦耳(J)
注意两点:
第一,热量是一种能量的形式,是传递过程中的能量形式;
第二,一定要有温度差或温度梯率,才会有热量的传递。
第三节几个与能量衡算有关的重要物理量
三、焓(H)
对于焓的定义在第二章化工常用基础数据的有关章节中已做了介绍。
焓与内能一样,都是热力学函数中的状态函数,这种状态函数与过程的途径无关,只与所处的状态有关。
既然焓是用来表达流动系统中能量的适当形式,为了解决问题方便,科技工作者编制了许多形式的焓值表,并提出估算相变热的方法,其中重要的有:
水蒸气表
气体焓值表
相变焓
第四节能量衡算的基本方法
一、能量衡算方程

根据热力学第一定律,能量衡算方程式可写为:
式中:
:
⑴封闭体系
⑵连续稳态流动过程的总能量衡算