IV. Расчет энергетического (теплового) баланса процессов и аппаратов

В основу энергетического баланса положен закон сохранения энергии, согласно которому в замкнутой системе сумма энергий всех видов постоянна. Частным и наиболее распространенным в химическом производстве видом энергетического баланса является тепловой баланс: приход тепла в данной технологической операции равен расходу тепла в ней, что записывается в форме уравнения теплового баланса.

∑Q_приход=∑Q_расход

Статьями прихода и расхода в тепловом балансе являются тепловые эффекты реакций Δ Н, теплоты фазовых переходов (Q₁), теплосодержание веществ, участвующих в процессе (Q₂), теплота, подводимая в аппарат извне и выводимая из аппарата (Q₃), тепловые потери (Q₄) в данной технологической операции:

Δ Н+ Q₁+ Q₂+ Q₃+ Q₄= Δ Н¹+ Q₁¹+ Q₂¹+ Q₃¹+ Q₄¹,

где индекс (1) относится к статьям расхода.

Тепловые вклады в баланс рассчитывают по известным формулам. Тепловой эффект химической реакции по формуле:

Δ Н= ∑Δ Н_{продукты реакции} - ∑Δ Н_{исходные вещества},

в которой значения энтальпии продуктов реакции и исходных
веществ берутся из таблиц.

Теплосодержание веществ рассчитывают по формуле:

Q₂=m*c*t,

где m – масса вещества,

c – его теплоемкость,

t – температура.

Теплоту фазовых переходов рассчитывают по формуле:

Q₁=m*q,

где q – удельная теплота соответствующего фазового перехода (испарения, конденсации, растворения, кристаллизации),

m – масса вещества.

Подвод и отвод теплоты в систему рассчитывают по потере тепла теплоносителем по формуле:

Q₃=m*С(t_н-t_к),

где m – масса вещества,

С –теплоемкость теплоносителя,

t_н,t_к – начальная и конечная температура теплоносителя,

и по формуле теплопередачи через стенку:

Q₃=К_т*F(t_т-t_пр)*τ,

где К_т – коэффициент теплопередачи,

F –поверхность теплообмена,

t_т –температура теплоносителя, обогревающего аппарат

t_пр – температура подогреваемого продукта

τ – время.

Тепловой баланс составляется по результатам материального баланса на единицу производимого продукта или на цикл рабо­ты аппарата. Данные теплового баланса используются для оп­ределения расхода теплоносителя и хладагента, расчета повер­хности греющих и охлаждающих элементов и подбора опти­мального теплового режима процесса.