Энергетический баланс

При анализе и расчете процессов часто необходимо определить расход энергии на его проведение, и в частности, теплоты. Чтобы определить расход теплоты, составляют тепловой баланс как часть общего энергетического баланса. Тепловой баланс составляют для многих процессов, протекающих в реакторах, теплообменных аппаратах, массообменных аппаратах (перегонка жидкостей, сушка и т.п.). По аналогии с материальным балансом тепловой баланс в общем виде выражается следующим образом:

SQ_н + SQ_р = SQ_к + SQ_п

Где SQ_н - теплота, вводимая в аппарат с исходными материалами; SQ_р – тепловой эффект физических и химических превращений; SQ_к - теплота, выводимая из аппарата с продуктами; SQ_п - потери теплоты в окружающую среду.

На рисунке приведены примеры нагревания жидкости в аппаратах идеального вытеснения и идеального смешения. В аппарате идеального вытеснения температура жидкости плавно изменяется по длине аппарата l от начальной t_н до конечной t_к, так как текущие в аппарате объемы жидкости вытесняют друг друга, не смешиваясь. В аппарате идеального смешения поступающая жидкость практически мгновенно смешивается с находящейся в аппарате, поэтому начальная температура t_н жидкости в таком аппарате мгновенно изменяется до t_к.

Средняя разность температур Dt_ср, при условии сохранения начальных температур нагреваемой жидкости t_н и греющего пара t_п (средняя движущая сила процесса) в аппарате идеального вытеснения выше, чем в аппарате идеального смешения. Следовательно, и количество переданной при этом теплоты в аппарате идеального вытеснения больше, т.е. Q_{к смеш} < Q_{к выт}.

Тепловой баланс для обоих случаев идентичен:

Q_н + Q_пар = Q_к + Q_п

но значения величин, входящих в это уравнение, различны. Поэтому при составлении тепловых балансов часто приходится принимать модель, по которой работает данный аппарат (идеальное вытеснение, идеальное смешение), что приводит к определенной ошибке, так как работа реального аппарата может отличаться от работы принятой модели. Помимо расхода теплоты, энергетический баланс позволяет определить расходы кинетической и потенциальной энергии на проведение процесса (перемещение жидкостей, сжатие и транспортирование газов и др.).