第六章熱量衡算6.1概述6.2熱量衡算的基本原理6.3熱量衡算的方法6.4熱量衡算舉例6.5加熱劑、冷卻劑及其他能量消耗的計算16.1概述當物料衡算完成后:對沒有熱效應(yīng)的過程,可直接根據(jù)物料衡算結(jié)果和工藝要求進行設(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。而對伴有熱效應(yīng)的過程,則還必須進行能量衡算,才能確定設(shè)備的主要工藝尺寸。∵在藥品生產(chǎn)中，無論是進行物理過程的設(shè)備,還是進行化學(xué)過程的設(shè)備,大多存在一定的熱效應(yīng),∴通常要進行能量衡算。2通過熱量衡算確定如下設(shè)計參數(shù):⑴設(shè)備的熱負荷Q包括:換熱器、反應(yīng)器、塔設(shè)備等進一步確定換熱面積F⑵加熱劑、冷卻劑的用量能量衡算的依據(jù):⑴物料衡算結(jié)果⑵物料的熱力學(xué)數(shù)據(jù)如定壓比熱、相變熱、反應(yīng)熱等36.2熱量衡算的基本原理6.2.1能量衡算的基本關(guān)系式能量衡算的理論基礎(chǔ):熱力學(xué)第一定律，即能量守恒定律。能量有不同的表現(xiàn)形式，如內(nèi)能、動能、勢能、熱能和功等。連續(xù)流動系統(tǒng)的總能量衡算式單位質(zhì)量流體所吸收的熱或放出的熱

單位質(zhì)量流體所接受的外功或所做的外功

單位質(zhì)量流體的焓變

位能變化

動能變化

4設(shè)備的能量衡算時，位能變化，動能變化，外功等項相對較小，多數(shù)情況下，能量衡算可簡化為熱量衡算?！嗔鲃酉到y(tǒng)總能量衡算式可簡化為：熱量衡算基本關(guān)系式Q-兩部分熱量之和上式只限于連續(xù)操作過程使用，不適用于間歇過程，且沒有包括化學(xué)反應(yīng)熱。另一種形式：熱衡算方程

熱衡算示意圖Q1—載熱體取出的熱，Q2—熱損失，負值。5當內(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式中:Q1—物料帶入設(shè)備的熱量，kJ或kJ/h；Q2—加熱劑或冷卻劑傳給設(shè)備及所處理物料的熱量，kJQ3—過程的熱效應(yīng)，kJ或kJ/h；Q4—物料帶出設(shè)備的熱量，kJ或kJ/h；Q5—加熱或冷卻設(shè)備所消耗的熱量或冷量，kJ或kJ/h；Q6—設(shè)備向環(huán)境散失的熱量，kJ或kJ/h。(6-1)6在上式，應(yīng)注意除Q1和Q4外，其它Q值都有正負兩種情況。例如，當反應(yīng)放熱時，Q3取“+”號；反之，當反應(yīng)吸熱時，Q3取“”號，這與熱力學(xué)中的規(guī)定正好相反。由式(6-1)可求出Q2，即設(shè)備的熱負荷。若Q2為正值，表明需要提供熱量，即需要加熱；反之，則表明需要移走熱量，即需要冷卻。此外，對間歇操作∵不同時間段內(nèi)的操作情況可能不同∴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)備熱負荷的設(shè)計依據(jù)。為求出Q2，必須求出式(6-1)中其它各項熱量的值。76.3熱量衡算的方法6.3.1計算基準在計算Qi之前，要確定一個計算基準。①數(shù)量上基準②相態(tài)基準(基準態(tài))數(shù)量上基準:

①按1kmol或1kg物料為計算基準;

②用設(shè)備的小時工作量為計算基準。相態(tài)基準(基準態(tài)):∵熱衡算中使用熱力學(xué)函數(shù)焓，焓無絕對值，只有相對某一基準態(tài)的相對值∴熱量衡算時需要規(guī)定基準態(tài)一般，把0℃和1.013105Pa下的某一相態(tài)為計算基準。對反應(yīng)過程，常以25℃和1.013105Pa為計算基準?；鶞蕬B(tài)可以任意規(guī)定,不同物料可使用不同的基準態(tài),但對同一種物料其進口和出口只能使用相同基準態(tài)

86.3.2熱容法⊿P=0、無化學(xué)反應(yīng)、無相變時，過程吸收或放出的熱量可用熱容法計算—顯熱的計算即

式中:G-輸入或輸出設(shè)備的物料量，kg或kg/h或kmol/ht0—基準溫度，℃；t2—物料的實際溫度，℃；Cp—物料的定壓熱容，kJkg-1℃-1或kJkmol-1℃-1若已知物料在所涉及溫度范圍內(nèi)的平均定壓熱容，則式中:Cp—物料在(t0～t2)℃范圍內(nèi)的平均定壓熱容，

kJkg-1℃-1或kJkmol-1℃-1(6-2)(6-3)9⑴Cp與T的關(guān)系:①查圖法:

烴類化合物的Cp-T圖可在有關(guān)手冊中查得;

≤化工工藝設(shè)計手冊≥第三版(上)②列表法:

不同溫度下的Cp列表盧煥章.石油化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊.化學(xué)工業(yè)出版社，1978③

函數(shù)表達式(氣體數(shù)據(jù)較全):式中:a、b、c、d-物質(zhì)的特性常數(shù)，可從有關(guān)手冊查得。Cp-理想氣體的熱容;≤化工設(shè)計≥.黃璐:P401(6-4)(6-5)0001011工程項目建設(shè)設(shè)基本程序(7步)1213（2）平均熱容容假如物質(zhì)在在T1～T2范圍之內(nèi)Cp–T成直線關(guān)系,則Cp=[(Cp)T1+(Cp)T2]/2⑶Cp與P的關(guān)系:①固體熱容與與P無關(guān)②Cp液體在臨界點附附近P的影響明顯顯，一般條條件下可忽忽略③P對理想氣體體的熱容無無影響④P對真實氣體體熱容影響響不大，在在臨界點附附近影響明明顯(見≤化工設(shè)計≥≥.黃璐:P177圖5.4和例5.2)14①理想氣體混混合物:Cpo—混合氣體的的理想氣體體定壓摩爾爾熱容；Cpio—混合氣體中中i組分的理想想氣體定壓壓摩爾熱容容；Ni—i組分的摩爾爾分數(shù)。②真實氣體混混合物:離臨界狀態(tài)態(tài)遠時按上上式近似計計算臨界狀態(tài)附附近校正(見≤化工設(shè)計≥≥.黃璐P178例題)③液體混合物物:工程計算中中常用加合法估算液體混混合物熱容容,公式與理想想氣體混合合物計算公公式相同.⑷混合物熱容容生產(chǎn)上遇到到的大部分分是混合物物，根據(jù)混混合物內(nèi)各各物質(zhì)的熱容和組成成進行推算(6-6)15⑸熱容的單單位①摩爾熱容容:每1mol或每1kmol物質(zhì)溫度升升高1℃所需要的熱熱量.單位:kJ/(mol·K)，kJ/(kmol··K)………等②比熱容每1g或每1kg物質(zhì)溫度升升高1℃所需要的熱熱量單位:kJ/(kg·K)，J/(g··K)………等③單位換算比熱容=摩爾熱容/M摩爾熱容=比熱容×MM—相對分子質(zhì)質(zhì)量166.3.3物理變化熱熱Qp(相變熱和濃濃度變化熱熱)指物料的濃濃度或狀態(tài)態(tài)發(fā)生改變變時所產(chǎn)生生的熱效應(yīng)應(yīng)⑴相變熱物質(zhì)從一相相轉(zhuǎn)變至另另一相的過過程，稱為為相變過程程如蒸發(fā)、冷冷凝、熔融融、結(jié)晶、、升華、凝凝華等。相變過程常常在恒溫恒恒壓下進行行，所產(chǎn)生的熱熱效應(yīng)稱為為相變熱?！呦嘧冞^程中中，體系T不改變，故故相變熱常稱為潛熱?！哒舭l(fā)、熔融融、升華過程要克服服液體或固固體分子間的相相互吸引力力∴這些過程均均為吸熱過程，按式(6-1)中的符號規(guī)規(guī)定，其相相變熱為負值；反之，冷凝、結(jié)晶晶、凝華過程的相變變熱為正值。17各種純化合合物的相變變熱可從有有關(guān)手冊、、文獻中查查得。⑵濃度變變化熱恒溫恒壓下下，溶液因因濃度發(fā)生改改變而產(chǎn)生的熱熱效應(yīng)，稱為濃度變化熱熱。藥品生產(chǎn)中中，以物質(zhì)質(zhì)在水溶液中的的濃度變化化熱最為常見。。但除某些酸、堿水溶溶液的濃度變化化熱較大外外，大多數(shù)物物質(zhì)在水溶溶液的濃度度變化熱并并不大，不不會影響整整個過程的的熱效應(yīng)。。①溶解熱固體、液體體或氣體溶溶質(zhì)溶解于溶劑劑中吸收或或放出的熱熱量有積分溶解熱熱與微分溶解熱熱之分181)積分溶解熱熱恒溫恒壓下下，將1摩爾溶質(zhì)溶解于n摩爾溶劑中形成組成成為x的溶液時的的總熱效應(yīng)應(yīng)稱為積分溶解熱熱，用符號Hs表示。常見物質(zhì)在在水中的積積分溶解熱熱可從有關(guān)關(guān)手冊或資資料中查得得。P69見表5-1.在25℃下,1mol硫酸用水逐逐漸稀釋,不斷取出過過程放出的的熱量,保持溫度25℃用來計算:數(shù)據(jù)中可看看出:加入的水量量愈多,累計放出的的熱量愈多多,累計放出的的熱量與溶液液的的組組成成有關(guān)關(guān).19表6-125℃時時，，H2SO4水溶溶液液的的積積分分溶溶解解熱熱H2O摩爾數(shù)n/mol積分溶解熱Hs/kJmol-1H2O摩爾數(shù)n/mol積分溶解熱Hs/kJmol-10.515.745073.391.028.0910074.02241.9520074.99349.0350076.79454.09100078.63558.07500084.49660.791000087.13864.6410000093.701067.0750000095.382572.3596.2520用來來計計算算::積分分溶溶解解熱熱，，濃度度的的函函數(shù)數(shù)，，溫度度的的函函數(shù)數(shù)。。#把溶溶質(zhì)質(zhì)溶溶于于溶溶劑劑中中形形成成某某一一含含量量溶溶液液時時的的熱熱效效應(yīng)應(yīng)。。#把溶溶液液自自某某一一含含量量沖沖淡淡（（或或濃濃縮縮））到到另另一一含含量量的的熱熱效效應(yīng)應(yīng)。。21對于于一一些些常常用用的的酸酸、、堿堿水水溶溶液液，，也也可可將將溶溶液液的的積積分分溶溶解解熱熱數(shù)數(shù)據(jù)據(jù)回回歸歸成成相相應(yīng)應(yīng)的的經(jīng)驗驗公公式式，以以便便于于應(yīng)應(yīng)用用。。例如如：：硫酸酸的積積分分溶溶解解熱熱可可按按SO3溶于于水水的的熱熱效效應(yīng)應(yīng)用用下下式式估估算算(6-7)式中中:Hs——SO3溶于于水水形形成成硫硫酸酸的的積積分分溶溶解解熱熱kJ/(kgH2O)m——以SO3計，，硫酸酸的的質(zhì)質(zhì)量量分分率率；；t——操作作溫溫度度，，℃。22又如如，，硝酸酸的積積分分溶溶解解熱熱可可用用下下式式估估算算(6-8)式中中:Hs——硝酸酸的的積積分分溶溶解解熱熱，，kJ/molHNO3；n——溶解解1molHNO3的H2O的摩摩爾爾數(shù)數(shù)，mol。再如如，，鹽酸酸的積積分分溶溶解解熱熱可可用用下下式式估估算算(6-9)式中中:Hs——鹽酸酸的的積積分分溶溶解解熱熱，，kJ/molHCl；n——溶解解1molHCl的H2O的摩摩爾爾數(shù)數(shù)，，mol。232)微分分溶溶解解熱熱恒溫溫恒恒壓壓下下，，1kmol（或或1kg）溶溶質(zhì)質(zhì)溶溶解解于于含量量為為x的無無限限多多溶溶液液中中（即即溶溶解解后后溶溶液液的的含含量量仍仍可可視視為為x）時時所所放放出出的的熱熱量量。單位位：：kJ/kmol，kJ/kg…………等用來來計計算算：：如果果吸吸收收時時吸吸收收劑劑的的用用量量很很大大，，在在吸吸收收時時溶溶液液含含量量變變化化很很小小，，則則吸收收所所放放出出的的熱熱量量等于于該該含含量量的的微分溶解熱乘乘以被吸收的的吸收質(zhì)的數(shù)數(shù)量。24②積分稀釋熱恒溫恒壓下，，將一定量的的溶劑加入到到含1摩爾溶質(zhì)的溶溶液中，形成成較稀的溶液液時所產(chǎn)生的的熱效應(yīng)稱為積分稀釋熱，簡稱稀釋熱。顯然，兩種不同濃度度下的積分溶溶解熱之差就是溶液由一一種濃度稀釋釋至另一種濃濃度的積分稀稀釋熱。25例如，向由1molH2SO4和1molH2O組成的溶液中中加入5mol水進行稀釋的的過程可表示示為由表6-1可知:1molH2SO4和6molH2O組成的H2SO4水溶液的積分分溶解熱為60.79kJmol-1，1molH2SO4和1molH2O組成的H2SO4水溶液的積分分溶解熱為28.09kJmol-1，則上述稀釋釋過程的濃度度變化熱或積分稀釋熱為26例6-1在25℃和1.013105Pa下，用水稀釋釋78%的硫酸水溶液液以配制25%的硫酸水溶液液。擬配制25%的硫酸水溶液液1000kg，試計算：78%的硫酸溶液和和水的用量；；配制過程中H2SO4的濃度變化熱熱。解：(1)78%的硫酸酸溶液液量和和水的的用量量設(shè)設(shè)為為78%的硫酸溶溶液的的用量量，為為水的的用量量，則則聯(lián)解式式(a)、(b)得=320.5kg，=679.5kg(a)(b)硫酸平平衡總物料料平衡衡27(2)配制過過程中中H2SO4的濃度度變化化熱配制前前，H2SO4的mol均為配制前前H2O的摩爾爾數(shù)為為則由表6-1用內(nèi)插插法查查得kJmol-1配制后后H2O的摩爾爾數(shù)變變?yōu)閯t由表6-1查得kJmol-1Qp=(-)=(-)=8.604104kJ×286.3.4化學(xué)變變化熱熱(反應(yīng)熱熱)過程的的化學(xué)學(xué)變化化熱可可根據(jù)據(jù)反應(yīng)進進度和化學(xué)反反應(yīng)熱熱來計算算，即即式中:—反應(yīng)進進度，，mol；—化學(xué)反反應(yīng)熱熱，kJmol-1。以反應(yīng)應(yīng)物A表示的的反應(yīng)應(yīng)進度度為式中:nA0—反應(yīng)開開始時時反應(yīng)應(yīng)物A的摩爾爾數(shù),mol;nA—某時刻刻反應(yīng)應(yīng)物A的摩爾爾數(shù)，，mol；A—反應(yīng)物物A在反應(yīng)應(yīng)方程程式中中的計計量系系數(shù)。。(6-10)(6-11)29對同一一化學(xué)學(xué)反應(yīng)應(yīng)而言言，以以參與與反應(yīng)應(yīng)的任任一組組分計計算的的反應(yīng)應(yīng)進度度都相相同。。但反應(yīng)進進度與與反應(yīng)應(yīng)方程程式的的寫法法有關(guān)關(guān)。例如如，氫氫與氧氧的熱熱化學(xué)學(xué)方程程式為為當反應(yīng)應(yīng)進度度為2mol時，化化學(xué)變變化熱熱為若將氫氫與氧氧的熱熱化學(xué)學(xué)方程程式改改寫為為而其它它條件件均不不變，，則變?yōu)?mol，化學(xué)學(xué)變化化熱為為可可見,與反應(yīng)應(yīng)方程程式的的寫法法有關(guān)關(guān)，但但化學(xué)學(xué)變化化熱不不變kJ/molkJ/mol(放熱)30化學(xué)反反應(yīng)熱熱可從從文獻獻、科科研或或工廠廠實測測數(shù)據(jù)據(jù)中獲獲得。。當缺少少數(shù)據(jù)據(jù)時，，可由由生成熱熱或燃燒燒熱數(shù)數(shù)據(jù)經(jīng)經(jīng)計算算而得得。產(chǎn)物反反應(yīng)物物式中—反應(yīng)物物或產(chǎn)產(chǎn)物在在反應(yīng)應(yīng)方程程式中中的計計量系系數(shù)；；—反應(yīng)物或產(chǎn)產(chǎn)物的標準準生成熱，，kJ/mol。物質(zhì)的標準準生成熱數(shù)數(shù)據(jù)可從有有關(guān)手冊中中查得。但應(yīng)注意:一般手冊中中標準生成成熱的數(shù)據(jù)據(jù)常用焓差差，即表表示，并并規(guī)定吸熱為正，，放熱為負負，這與式(6-1)中的符號規(guī)規(guī)定正好相相反。(6-12)由蓋斯定律律得由生成熱計計算:31由燃燒熱計計算:由蓋斯定律律得反反應(yīng)應(yīng)物產(chǎn)產(chǎn)物式式中—反應(yīng)物或產(chǎn)產(chǎn)質(zhì)的標準準燃燒熱，，kJ/mol。

物質(zhì)的的標準燃燒燒熱也可從從有關(guān)手冊冊中查得。?；瘜W(xué)反應(yīng)熱熱與反應(yīng)物物和產(chǎn)物的的溫度有關(guān)關(guān)。若反應(yīng)在標準狀態(tài)(25℃和1.013105Pa)下進行，則則化學(xué)反反應(yīng)熱又稱稱為標準化學(xué)反反應(yīng)熱。(5-13)32任意溫度t℃下化學(xué)反反應(yīng)熱的計計算:若反應(yīng)在t℃下進行，，且反應(yīng)物物和產(chǎn)物在在(25-t)℃之間均無無相變化，，則可設(shè)計計如下熱力力學(xué)途徑:反應(yīng)物t℃反應(yīng)物25℃產(chǎn)物25℃產(chǎn)物t℃(25-t)iCpi(t-25)iCpi由蓋斯定律律得:反應(yīng)物產(chǎn)產(chǎn)物式中:t—反應(yīng)溫度，，℃；Cpi—反應(yīng)物或產(chǎn)產(chǎn)物在(25～t)℃之間的平均定壓比比熱，kJmol-1℃-1。+(25-t)iCpi+(t-25)iCpi=(6-14)33若某反應(yīng)物物或產(chǎn)物在在(25～t)℃之間存在在相變，例例如，若反反應(yīng)物中的的j組分在溫度度t(25<t<t)時發(fā)生相變變，則可設(shè)設(shè)計如下熱熱力學(xué)途徑徑:反應(yīng)物首先先從25℃相相變變溫度t相變溫度t反應(yīng)溫度t(25-t)iCpijrj(t-t)iCpi=+(t-25)iCpi+(25-t)iCpi+jrj+(t-t)iCpi(6-15)過程的熱效效應(yīng)由物理變化化熱和化學(xué)變化熱熱兩部分組成成,即346.3.5加熱或冷卻卻設(shè)備所消消耗的熱量量或冷量-Q5對穩(wěn)態(tài)操作作過程，；；對非穩(wěn)態(tài)操操作過程，，如開車、停車以及各種間歇操作過過程，Q5可按下式計計算式中:G—設(shè)備各部件件的質(zhì)量，，kg；Cp—設(shè)備各部件件材料的平平均定壓比比熱，kJ/kg-1℃-1；t1—設(shè)備各部件件的初始溫溫度,℃；t2—設(shè)備各部件件的最終溫溫度，℃?！吲c其他各項項熱量相比比，Q5的數(shù)值一般般較小∴Q5?？珊雎圆徊挥?。(6-16)356.3.6熱散失—Q6設(shè)備向環(huán)境境散失的熱熱量Q6可用下式計計算(6-17)式中:T—對流-輻射聯(lián)合傳傳熱系數(shù),Wm-2℃-1；AW—與周圍介質(zhì)質(zhì)直接接觸觸的設(shè)備外外表面積，，m2；tW—與周圍介質(zhì)質(zhì)直接接觸觸的設(shè)備外外表面溫度度，℃；t—周圍介質(zhì)的的溫度，℃；—散熱過程持持續(xù)的時間間，s.工程設(shè)計中中,取Q6=0.05×Q1366.3.7熱量衡算的的步驟(1)明確衡算目目的，如通過熱熱量衡算確確定某設(shè)備或裝裝置的Q、加熱劑或或冷卻劑的的消耗量等等數(shù)據(jù)。(2)明確衡算對對象，劃定定衡算范圍圍，并繪出熱量量衡算示意意圖。為了計算方方便，常結(jié)結(jié)合物料衡衡算結(jié)果，，將進出衡衡算范圍的的各股物料的的數(shù)量、組組成和溫度度等數(shù)據(jù)標在在熱量衡算算示意圖中中。(3)收集與熱量量衡算有關(guān)關(guān)的熱力學(xué)學(xué)數(shù)據(jù)，如定壓比熱、、相變熱、、反應(yīng)熱等。(4)選定衡算基基準。(5)列出熱量平平衡方程式式，進行熱熱量衡算。。(6)編制熱量平平衡表。376.4熱量衡算舉舉例-(1)反應(yīng)過程例6-2物料衡算數(shù)數(shù)據(jù)如表4-3所示。已知加入甲甲苯和濃硫硫酸的溫度度t進均為30℃，脫水器的排水溫溫度為65℃，磺化液的的出料溫度度為140℃，甲苯與硫硫酸的標準準化學(xué)反應(yīng)應(yīng)熱為117.2kJmol-1(放熱)，設(shè)備(包括磺化釜釜、回流冷冷凝器和脫脫水器,下同)升溫所需的的熱量為1.3×105kJ，設(shè)備表面面向周圍環(huán)境境的散熱量量為6.2×104kJ，回流冷凝凝器中冷卻水移移走的熱量量共9.8×105kJ。試對甲苯磺化過程進行熱熱量衡算。。38熱力學(xué)數(shù)據(jù)據(jù)為：原料甲苯苯的定壓壓比熱為為1.71kJkg-1℃-1；98%硫酸的定定壓比熱熱為1.47kJkg-1℃-1；磺化液的的平均定定壓比熱熱為1.59kJkg-1℃-1；水的定壓壓比熱為為4.18kJkg-1℃-1。39解：熱量衡算算的目的的:確定磺化化過程中中的補充充加熱量量。衡算對象象:甲苯磺化化裝置(包括磺化化釜、回回流冷凝凝器和脫脫水器等等)。若將過程的熱熱效應(yīng)作為輸入入熱量來來考慮，，則可繪繪出如圖圖5-1所示的熱熱量衡算算示意圖圖。圖6-1甲苯磺化化裝置熱熱量衡算算示意40P61輸

入物料名稱質(zhì)量/kg質(zhì)量組成/%純品量/kg原料甲苯1000甲苯99.9999水0.11濃硫酸1100硫酸98.01078水2.022總計2100

2100輸

出磺化液1906.9對甲苯磺酸78.71500.8鄰甲苯磺酸8.83168.4間甲苯磺酸8.45161.1甲苯1.0520.0硫酸1.8535.2水1.1221.4脫水器排水193.1水100193.1總計2100

2100表4-3甲苯磺化化過程的的物料平平衡表41則熱量平平衡方程程式可表表示為取熱量衡衡算的基準溫度度為25℃，則反應(yīng)中共共加入98%濃硫酸的的質(zhì)量為為1100kg，其中含含水22kg。若以SO3計，98%硫酸的質(zhì)質(zhì)量分率率為80%。由式(6-7)得42反應(yīng)結(jié)束束后,磺化液含含硫酸35.2kg,水21.4kg。以SO3計,硫酸的質(zhì)質(zhì)量分率率為50.8%。則所以反應(yīng)消耗耗的甲苯苯量為979kg，則43Q4=1906.9×1.59××(140-25)+193.1××4.18(65-25)=3.81×105kJQ5=1.3××105kJQ6=6.2××104kJQ7=9.8××105kJ∴Q2=Q4+Q5+Q6+Q7-Q1-Q3=2.16×105kJ熱量衡算算結(jié)果見見表6-2.44表6-2甲苯磺化化過程熱熱量平衡衡表456.4熱量衡算算舉例-(2)物理過程程化工(制藥)生產(chǎn)中，，有各種各各樣的物物理過程程，如：汽化化、分流流、溶液液稀釋、、增濕、物物理吸收收和蒸餾餾以精餾過過程為例例（1）目的：①確定QC和QB②確定G冷卻水和G蒸汽圖6-2精鎦塔熱熱量衡算算示意46（2）計算步步驟：①確定定衡算算范圍圍（虛虛線表表示））②確定定衡算算基準準Kmol/h以進入入精餾餾塔物物料量量為基基準，，Kg/h以0℃液態(tài)為為基準準③建立立熱量量衡算算式對方框框1：對方框框2：QF—進塔物物料帶帶入熱熱，kJ/h；QB—再沸器器加熱熱劑帶帶入熱熱，kJ/h；QR—回流液液帶入入熱，，kJ/h；QW—塔釜液液帶出出熱，，kJ/h；QV—塔頂上上升蒸蒸汽帶帶出熱熱，kJ/h；QL—熱損失失，kJ/h；QC—冷凝器器冷卻卻劑取取出的的熱即即冷凝凝器的的熱負負,kJ/h；QD—塔頂餾餾出物物帶出出熱，，kJ/h；47④列出出物料料平衡衡表⑤查組組分基基礎(chǔ)熱熱數(shù)據(jù)據(jù)△H、Cp、常數(shù)數(shù)a、b、c、d等⑥求QiQL=0.05××QF⑦帶入式式1和式2分別求求出QC和QB⑧求G冷卻水水和G蒸汽⑨列出出熱量量衡算算表486.5載熱體體及其其他能能量消消耗的的計算算6.5.1常用的的載熱熱體(加熱劑劑或冷冷卻劑劑)制藥生生產(chǎn)中中，需需要使使用熱載體體取出或或供給給熱量量?！咧扑幧a(chǎn)的的工藝藝特點點和操操作條條件多多種多多樣，，對熱載載體的的價格、、穩(wěn)定定性、、適用用溫度度范圍圍、毒毒性等多個方方面都都有不不同的的要求求∴設(shè)計計者要要在眾眾多熱熱載體體中選選擇合合適的的種類類和品品牌。。工業(yè)上上常用用的載載熱體體：（1）飽和和蒸汽汽：廣泛使使用優(yōu)點：①安全全；②②P與T一一對對應(yīng)，，經(jīng)調(diào)調(diào)P可控T③加熱劑劑時，，相變變，給給熱系系數(shù)大大缺點：加熱溫溫度受受限制制；低壓蒸蒸汽,T≤150℃，P≤0.48中壓蒸蒸汽，T≤180℃，P≤0.98MPa；高壓蒸蒸汽，T=270℃，P=12.5MPaMPa49（2）加壓壓或常常壓熱熱水：∵無相相變，，K小∴用用的少少但應(yīng)充充分利利用加加熱蒸汽冷冷凝水水和廢廢熱水水利用（3）礦物物油：常壓下下，進進行均均勻的的高溫溫加熱熱時，，可選選用礦礦物油油、加加熱溫溫度可可達225℃。缺點:粘度大大，給給熱系系數(shù)小小。（4）有機機高溫溫載熱熱體：工業(yè)上上常用用:聯(lián)苯、、聯(lián)苯苯醚、、道熱熱姆、、聯(lián)甲甲苯甲甲烷等等優(yōu)點：Tb高，化化學(xué)性性質(zhì)穩(wěn)穩(wěn)定如：道道熱姆姆，200℃Ps=0.025Mpa；350℃Ps=0.537MPa∵Ps低∴設(shè)設(shè)備壓壓力低低，具具有可燃性性但無爆炸炸危險險，毒性低低，黏黏度比比礦物物油低低,傳熱效效果好好。缺點：極易滲滲漏50（5）熔鹽鹽硝酸鈉鈉、亞亞硝酸酸鈉、、硝酸酸鉀等等組成成的低低熔混混合物物加熱溫溫度＞＞380℃時，可可用圖6-3反應(yīng)器器鄰二甲甲苯氧氧化工工段就有熔熔鹽循循環(huán)系系統(tǒng)氧化過過程放放熱51（6）煙道道氣當加熱熱T＞300～500℃時使用用。煙道氣氣T≥1000℃℃，但給給熱系系數(shù)小?。?）電加加熱T＜500℃清潔,效率高高,加熱速速度快快,操作控控制方方便,使用T范圍廣廣但成本本高,常用于于加熱熱量不不大的的場合合（8）空氣氣水源不不足地地區(qū)可可使用用空氣氣作為為冷卻卻劑T氣溫≤35℃℃的地區(qū)區(qū)空氣氣作為為冷卻卻劑是是合適適（9）水最常用用的冷冷卻劑劑?？煽捎煤?、、河水水、井井水等直流流水。。規(guī)模稍稍大的的化工工企業(yè)業(yè)，一一般都都設(shè)有有循環(huán)水水系統(tǒng)統(tǒng)。526.5.2冷凍劑劑和載載冷體體⑴冷冷凍劑劑冷凍循循環(huán)的的循環(huán)環(huán)介質(zhì)質(zhì)，起起熱量量傳遞遞的中中介作作用。。工業(yè)常常用：NH3，CO2，氟氟里里昂昂，，CH4，C2O，C2=，C3=等。。53圖6-454⑵載冷冷體體通常常為為冷凍凍鹽鹽水水，是是氯化化鈉鈉、、氯氯化化鈣鈣、、氯氯化化鎂鎂等鹽類類的的水水溶溶液液，，所所能能達到到的的低低溫溫與與鹽鹽水水的的凍凍結(jié)結(jié)溫溫度度有有關(guān)關(guān)。被冷冷物物料料的的最最低低溫溫度度不不能能低低于于所所選選冷冷凍凍鹽鹽水水的的最低低凍凍結(jié)結(jié)溫溫度度，高高于于最最低低凍凍結(jié)結(jié)溫溫度度若若干干度度。。氯化化鈣鈣水水溶溶液液的最最低低凍凍結(jié)結(jié)溫溫度度為為-55℃℃（相相應(yīng)應(yīng)的的含含量量為為29.9%），，而而物料料被被冷冷卻卻到到的的溫溫度度應(yīng)不不低低于于-45℃℃。氯化化鈉鈉水水溶溶液液的最最低低凍凍結(jié)結(jié)溫溫度度為為-21.2℃℃（相相應(yīng)應(yīng)的的含含量量為為22.4%），，而而物物料料被被冷冷卻卻到到的的溫溫度度應(yīng)應(yīng)不不低低于于-12℃℃。若物物料料：：0℃℃≤≤T被冷冷≤25℃℃采用用冷冷凍凍鹽鹽水水溶溶液液T被冷冷＞25℃℃采用用深深井井水水(18℃℃～19℃℃)55566.5.3載熱熱體體用用量量計計算算(1)間接接蒸蒸汽汽加加熱熱時時的的蒸蒸汽汽消消耗耗量量若以以0℃為基基準準溫溫度度，，間間接接蒸蒸汽汽加加熱熱時時水水蒸蒸汽汽的的消消耗耗量量可可用用下下式式計計算算(6-18)式中:W—蒸汽消耗耗量,kg或kgh-1;Q2—由蒸汽傳傳遞給物物料及設(shè)設(shè)備的熱熱量，kJ或kJ/h;△Hv—飽和蒸汽汽的冷凝凝熱,kJ/kg;Cp—冷凝水的的平均定定壓比熱熱,取4.18kJkg-1℃-1;T,t——分別為蒸汽的冷冷凝溫度度和冷凝水的的出口溫溫度,0C;—熱效率。。保溫設(shè)備備取0.97～0.98;不保溫設(shè)設(shè)備取0.93～0.95。57(2)直接蒸汽汽加熱時時水蒸汽汽的消耗耗量若以0℃為基準準溫度，，直接蒸蒸汽加熱熱時水蒸蒸汽的消消耗量可可用下式式計算(6-19)式中t—被加熱液液體的最最終溫度度，℃。(3)水、冷凍凍鹽水和和空氣等等冷卻劑劑的消耗耗量式中:W—冷卻劑的的消耗量量，kg或kgh-1；Cp—冷卻劑的的平均定定壓比熱熱，kJkg-1℃-1；t1—冷卻劑的的初溫，，℃；t2—冷卻劑的的終溫，，℃。(6-20)58定壓比熱熱與溫度度的關(guān)系系:水和空氣氣的定壓壓比熱均均隨溫度度而變化化，但變化并并不顯著著。一般情況況下:水的定壓壓比熱可可取4.18kJkg-1oC-1，空氣的定定壓比熱熱可取1.01kJkg-1oC-1。氯化鈉水水溶液的的定壓比比熱與溫溫度和濃濃度有關(guān)關(guān)，如P78表5-5所示。59(4)燃料的消消耗量的的計算式中:G—燃料的消消耗量,kg或kgh-1;—燃燒爐的的熱效率率,一般燃燒燒爐的值可取0.3～0.5,鍋爐的值可取0.6～0.92;Qp—燃料發(fā)發(fā)熱量量,kJkg-1。表6-6幾種燃燃料的的發(fā)熱熱量燃料的的消耗耗量可可用下下式計計算(6-21)60⑸電能的的消耗耗量的的計算算電能的的消耗耗量可可用下下式計計算(6-22)式中:E——電能的的消耗耗量,kWh(1kWh=3600kJ)；—電熱裝裝置的的熱效效率,一般可可取0.85～0.95。616.5.4壓縮空空氣的的消耗耗量的的計算算一般情情況下下，壓壓縮空空氣的的消耗耗量均均要折折算成成常壓(1.013105Pa)下的空氣體體積或體積流流量?！嗍紫纫嬎闼愠鰤嚎s空空氣的的壓強強以及操作狀狀態(tài)下下的空空氣體體積或體積流流量。。⑴每次次操作作將設(shè)設(shè)備中中的液液體全部壓壓完時壓縮縮空氣氣消耗耗量以常壓壓(1.013105Pa)下的空空氣體體積計計，一一次操操作所所需的的壓縮縮空氣氣消耗耗量為為(6-23)式中:Vb—一次操操作所所需的的壓縮縮空氣氣體積積，m3/次；VT—設(shè)備容容積，，m3；P—壓縮空空氣在在設(shè)備備內(nèi)建建立的的壓強強，Pa。62⑵每次僅將將設(shè)備中的的部分液體壓壓出時的壓縮空氣氣消耗量以常壓(1.013105Pa)下的空氣體體積計，一一次操作所所需的壓縮縮空氣消耗耗量為式中——設(shè)備的裝料料系數(shù)；V1——每次壓送的的液體體積積，m3。63⑶攪拌液體時時壓縮空氣氣消耗量以常壓(1.013105Pa)下的空氣體體積計，一次操作所所需的壓縮縮空氣消耗耗量為(6-25)式中:K——系數(shù)，緩和和攪拌取24，中等強度度攪拌取48，強烈攪拌取取60；A—被攪拌液體體的橫截面面積，m2；—一次攪拌操操作持續(xù)的的時間，h。646.5.5真空抽氣量的計算⑴抽吸液液體物料一次抽吸操操作所需的的抽氣量為為式中Pk—設(shè)備中的剩剩余壓強，，Pa。⑵真空抽抽濾式中C—經(jīng)驗常數(shù)，，可取15～18；A—真空過濾器器的過濾面面積，m2；—一次抽濾操操作持續(xù)的的時間，h。(6-27)(6-26)65⑶真空蒸蒸發(fā)∵由設(shè)備、管管道等連接接處漏入的空氣氣以及溶液中的不不凝性氣體體在冷凝器內(nèi)內(nèi)積聚∴使P被冷凝蒸汽汽下降，致冷冷凝器的K顯著減小∴必須從冷凝凝器中連續(xù)續(xù)抽走空氣氣和不凝性性氣體。在標準狀態(tài)態(tài)(P0=1.013105Pa，T0=273.15K)下，1kg水蒸汽中約約含2.510-5kg的空氣。