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辨析能量衡算与热量衡算的应用
周笑妃
装控101班 1004310115
能量的形式有以下几种：物体由于宏观运动而具有的能量称为动能，用Ek表示，物体由于在高度上位移而具有的能量称为位能，用Ep表示，物质除了宏观的动能和势能外所具有的能量称为内能，用U表示。通常，在化工装置中，Ep、Ek与U相比很小，可以忽略不计。
能量衡算具有极其重要的地位，它直接影响设备选型、结构、尺寸设计及操作，同时也影响经济性。与能量衡算有关的重要物理量有热量、功、焓等，热量为体系和环境间因有温差而引起传递的能量，功也是能量的传递形式，是力在力的方向上位移的乘积。热和功是能量传递的两种不同形式。焓可用H表示，且有H=U+PV。H、U均为状态函数，其仅与体系所处的状态有关，而与过程具体途径无关。这一点对能量衡算十分重要。 能量平衡方程：
1.基本能量平衡方程：输入能量—输出能量=积累的能量 由能量守恒关系有：
△U+△Ek+△Ep+△(PV)=Q+Ws
由于H=U+PV, 则上式可化为
△Ek+△Ep+△H=Q+Ws
该公式为稳流过程的热力学第一定律总能量衡算普遍式
几种特殊情况下总能量衡算普遍式可简化：
（1） 绝热过程（Q=0）,且△Ek=0，△Ep=0
△H=W
(2) 无做功过程（W=0）且△Ek=0，△Ep=0 △H=Q
(3) 无功、热传递过程且△Ek=0，△Ep=0 △H=0 （等焓过程） 2.间歇过程的总能量衡算 △U=Q+Ws 3. 连续过程的总能量衡算 △H=Q+Ws
当物料经物理或化学变化时，如果其动能、位能或对外界所作之功，对于总能量的变化影响甚小可以忽略不计时，能量守恒定律可以简化为能量衡算。根据热量衡算可确定为达到一定的物理或化学变化须向设备传入或设备传出的热量；根据热量衡算可以确定加热剂或冷却剂的用量以及设备的换热面积，或可建立起进入和离开设备的物料的热状态（包括温度、压力、组成和相态）之间的关系，对于复杂过程，热量衡算往往须与物料衡算联立求解。 1. 对稳流过程，总能量衡算普遍式变为： Q=△H=H2—H1
对间歇过程，总能量衡算普遍式变为： Q=△U=U2—U1
1. 在热量衡算中，如果无功条件下，进入系统加热量与离开系统的热量赢平衡，对于有热传热要求的设备，其热量平衡均可由下式表示：
能量衡算与热量衡算之间的联系：
当物料经物理或化学变化时，如果其动能、位能或对外界所作之功，对于总能量的变化影响甚小可以忽略不计时，能量守恒定律可以简化为能量衡算。 两者的单位均为焦耳。 两者的区别：
（1） 概念上的不同。能量有很多表现形式，热量只是其中常见的一
种；
（2） 传递条件的不同。只有温差时才会有热量传递，能量的传递条
件更为广泛；
（3） 衡算依据不同。能量衡算的依据是能量守恒定律(热力学第一定
律)，热量衡算是能量衡算在特殊情况（能量全部以热量传递）下简化而来的； （4） 衡算的基本步骤不同。
（5） 类型的问题不同。能量衡算的基础是物料衡算，只有在进行完
备的物料衡算后才能作出能量衡算。热量衡算有两类，一类是在设计时，另一种是在原有装置中，利用实际给定的数据，计算出另一些不能或很难直接测定的热量或能量，由此对设备作出能量上的分析。
案例分析
(1) 化工生产中的某一装置体系为连续稳定流动过程，其热量衡算为：
Q1+ Q2 = Q3+ Q4+ Q5
其中：Q1—物料带进体系的热量
Q2—加热介剂（或冷却剂）与设备交换的热量 Q3—物料从体系带走的热量
Q4—消耗在加热设备各个部件上的热量 Q5—设备向四周散失的热量（热损失）
该案例表达不准确。案例中并没有说明该系统处于无功条件，直接运用热量平衡式是不正确的。
(2) 对一换热器而言，已知冷流体入换热器的进口工艺参数为t11、流量为m冷，经换热后应达某一工艺温度t12；而热流体入换热器的进口工艺参数为t21、流量为m热，经换热后其温度变为t22。请分析说明如何计算t22？（分析说明过程中，如已知条件不足，可自行作必要补充并说明）
解：流体经过换热器，设备不做功，即Ws=0。 由稳流系统做热量衡算的基本关系式得：△H=Q
对于两种或多种流体混合的混合器，若忽略与环境交换热量，即Q=0,
△H=
?(mjhj)outj—
?(mihi)ini=0
其中h=Cp×△t