热量平衡计算课程设计成品#精选Word格式.docx
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为了使热量衡算顺利进行，计算结果要正确无误和节约时间，首先要收集有关的数据，如物料量、工艺条件以及必需的物性数据等。
这些有用的数据可以从专门手册查阅，或取自工厂实际生产数据，或根据试验研究结果选定。
4.确定合适的计算基准
在热量衡算过程中，取不同的基准温度，算出（1--5）式中各项数据不同。
所以必须选准一个设计温度，且每一物料的进出口基准态必须一致。
通常，取273K为基准温度可以简化计算。
5.热量衡算的方法
热量衡算时一般建议以273K为基准温度，以液态为基准物态。
（1）物料进入设备带人热量Q1（或物料由设备带出的热量Q4）的计算
Ql（Q4）=∑Gct
G—--物料质量，kg；
C——物料平均等压比热容，kJ／（kg•℃）；
t——物料温度，℃；
生产过程中有相变化时还要加上相变热。
（2）过程热效应（Q3）
过程热效应包括化学过程热效应（Qr）和物理过程热效应（Qp）。
即：
Q3=Qr+Qp
Qr=1000×
qr?
×
GA／MA
GA——参与反应的A物质量，kg；
qr?
——标准化学反应热，kJ／mol；
MA——A物质的分子量。
Qp可通过盖斯定律来计算。
消耗在加热设备各个部件上的热量（Qs）的计算
（3）加热设备耗热量Q5
Q5=∑Gc（T2—T1）
G——设备总质量，kg；
c——设备材料热容，kJ／（kg•℃）
T1——设备各部件初温，℃；
T2——设备各部件终温，℃。
（4）Q6加热物料需要的热量，kJ。
Q6=∑Gc（T2—T1）
G——物料质量，kg；
c——物料比热容，kJ／（kg•℃）
T1——物料前温度，℃；
T2——物料后温度，℃。
（5）Q7气体或蒸汽带出的热量，kJ
Q7=∑G（ct+r）
G——离开设备的气态物料量，kg；
c——液态物料由0℃升温至蒸发温度的平均比热容，kJ／（kg•℃）
t——气态物料温度，℃
r——蒸发潜热，kJ／kg
（6）设备向四周散失的热量（Q8）的计算
Q8=∑Aαt（TW2一T0）t
A——设备散热表面积，m2；
αt——散热表面向四周介质的联合给热系数，W／（m2•℃）；
Tw2——四壁向四周散热时的表面温度，℃；
To——周围介质温度，℃；
t——过程持续时间，s。
由加热剂或冷却剂传给设备和物料的热量的计算
Q2=Q4+Q5+Q6-Q1-Q3
选定加热剂（或冷却剂），即可从有关手册查出该物质cp，再确定其进出口温差ΔT，则加热剂（或冷却剂）的用量为：
w=Q2／cp•ΔT
Q2=κA1•ΔTm
κ——传热系数，kJ／（m2•h．℃）；
Al——传热面积，m2；
ΔTm——对数平均温差，℃。
ΔTm=（ΔT1—ΔT2）/ln（ΔTl／ΔT2）
从上式即可计算所需的传热面积。
对不需加热或冷却的设备可不必进行热量计算，此时水、汽等消耗量的确定可从同类型的生产车间取得。
热量衡算结束应列成动力消耗定额及消耗量表。
下面是150t/a红霉素生产中热量衡算
150t/a红霉素厂糖化车间热量衡算
1.木薯用a-淀粉酶水解成糊精用水热量Q1
根据工艺，糖化锅加水量为：
G1=456.43×
3=1369.29㎏
自来水平均温度取t1=20℃糖化配料用水t2=50℃
所以Q1=G1CW（t2-t1）
=1369.29×
4.18×
（50－20）=1.717×
105
2.木薯用a-淀粉酶水解成糊精煮沸耗热量Q2
2.1糖化锅内由木薯t3=60℃加热到t4=85℃耗热Q木
Q木=G木C木（t4－t3）
=456.43×
2.17×
（85－60）=2.476×
104kj
C木——木薯的比热容因为所有分子量用葡萄糖的算
利用公式CD=∑nici/M
得出C葡=2.17kj/㎏·
℃
糖化锅内由水t3=60℃加热到t4=85℃耗热Q木
Q水=G水C水（t4－t3）
（85－60）=1.43×
105kj
2.2.煮过程中蒸汽带出的热量Q汽
设煮的过程一次为60℃30min一次为85℃100min蒸发热量为每小时3%，则蒸发水分为：
V1=（G木+G水）×
3%×
t
=（456.43+1369.29）×
（30+100）÷
60=118.67㎏
Q汽=V1×
I=118.67×
2257.2=2.68×
3.热损失Q损
设煮沸过程热量损失Q损为前两次的好热量的15%
Q损=15%（Q水+Q木+Q汽）
=15%（1.43×
105+2.476×
104+2.68×
105）=6.54×
104kj
Q2=Q水＋Q木＋Q汽＋Q损=1.43×
105＋2.476×
104＋2.68×
105＋6.54×
104=5.0×
105kj
4.用糖化酶糖化过程中60℃30min带出的蒸汽Q3
30÷
60=27.39㎏
Q3=V1×
I=27.39×
2257.2=6.18×
洗槽水耗热量Q4
设洗槽水温度80℃，每100千克原料用水450㎏则用水量：
G4=456.43×
450÷
100=2053.9㎏
Q4=G4×
CW×
（80-20）=5.15×
糖化一次总耗热量Q总
Q总=∑Qi=Q1＋Q2＋Q3＋Q4
=1.717×
105＋5.0×
105＋6.18×
104＋5.15×
=1.25×
106kj
表1为150t/a红霉素厂糖化车间热量衡算表
150t/a红霉素厂糖化车间热量衡算表（表1）
名称
每吨产品消耗定额
每小时平均用量
每天消耗量
年消耗量
木薯
7302.8㎏/次
152㎏/h
3651.44㎏/d
1.10×
106㎏/a
蒸汽MPa
2×
107MPa
4.167×
1×
107
3.0×
109
150t/a红霉素厂生产车间发酵罐热量衡算
一、生产1000㎏红霉素发酵罐耗热量计算
表2生产车间生产1000㎏红霉素发酵罐耗热量的物料参数
表2
投入量㎏
比热容kj/㎏·
投入前温度℃
进入后温度℃
豆饼粉
5443.2
2.17
18
35
葡萄糖
6804
淀粉
5670
硫酸铵
226.8
玉米浆
680.4
Caco3
1360.8
发酵豆油
340.2
发酵丙酸
总和
21886.2
C—各物料的比热容因为所有分子量有些不知道为简化用葡萄糖的算。
1.发酵1000㎏红霉素过程中总物料消耗热量Q物
1000㎏红霉素需物料21886.2㎏，1000㎏红霉素需淀粉5670㎏
淀粉有糖化锅经糖化后温度为35℃温差不变，
Q淀=0所以总物料为16216.2㎏
设进罐前温度为常温t1=18℃开始发酵为t2=35℃
Q物=G物C物（t2－t1）
=16216.2×
（35－18）=6.0×
2.发酵1000㎏红霉素过程中蒸汽带出的热量Q汽
Q汽发酵过程前60小时35℃，60小时后31℃设蒸发热量为每周期1‰则蒸发水分为：
V1=G总×
1‰=21886.2×
1‰=21.886㎏
I=21.886×
2257.2=4.9×
3.Q热发酵过程的热效应
Q热=Qb+Qs
Qb=aQa+ß
Q$
Qa=15651kj/㎏
Q$=4953kj/㎏
a和ß
分别为细胞呼吸和发酵的耗糖量
aQa=27052kj/㎏
ß
=141.75㎏/h
Qs=3600ŊP
Ŋ-----搅拌功率转换系数0.92
P-----搅拌轴功率kw设P=2.8kw/m3
Q热=Qs+aQa+ß
3600×
0.92×
2.8+27052+141.75×
6804=1.0×
106kj
4.每天设备向四周散失的热量（Q损）的计算
Q损=∑Aαt（TW2一T0）t
A——设备散热表面积，m2；
αt——散热表面向四周介质的联合给热系数，W／（m2•℃）；
Tw2——四壁向四周散热时的表面温度，℃；
To——周围介质温度，℃；
t——过程持续时间，s。
设四壁向四周散热时的表面温度Tw2=30℃
周围介质温度To=15℃
空气做自然对流αt=8+0.05Tw2
=8+0.05×
10=8.5℃
A=2×
3.14×
4×
8+2×
42=253.2㎡
每天有两个发酵罐，因为1000kg红霉素平均要发酵两天
Q损=∑Aαt（TW2一T0）t×
10-3
=253.2×
8.5×
（30－15）×
24×
10-3×
2=3.1×
103kj
5.每天加热设备消耗的热量Q设备
Q设备=∑Gc（T2—T1）
G——设备总质量，kg；
发酵罐用A3钢100kg每天用2个发酵罐
c——设备材料热容，kJ／（kg•℃）C=0.46kJ／（kg•℃）
T1——设备各部件初温15，℃；
T2——设备各部件终温35，℃。
因为1000kg红霉素平均要发酵两天
=100×
0.46×
（35－15）×
2=3680kj
相对其他Q设备、Q损比较小可忽略不计
整个过程发酵罐所消耗热量
Q总=Q+物Q汽+Q热+Q损+Q设备
=6.0×
105＋4.9×
104＋1.0×
106=1.65×
2、生产1000㎏红霉素一级种子罐耗热量计算
表3为生产1000㎏红霉素一级种子罐物料参数
表3
170
204
272
34
13.6
40.8
酵母量
蛋白胨
802.4
1.种子罐发酵过程中物料总耗热量Q物
1000㎏红霉素需物料802.4㎏，1000㎏红霉素需淀粉272㎏
Q淀=0所以总物料为530.4㎏
=530.4×
（35－18）=1.96×
2.发酵过程中蒸汽带出的热量Q汽
1‰=802.4×
1‰=0.8㎏
I=0.8×
2257.2=0.18×
aQa=27052kj
P-----搅拌轴功率kw设P=1.0pw
Q热=Qs+aQa+ß
1.0+27052+141.75×
204=5.928×
4.设备向四周散失的热量（Q损）的计算
由发酵罐可知种子罐的散失热更少可以忽略不计
5.加热设备消耗的热量Q设备
由发酵罐可知种子罐的设备消耗热更少可以忽略不计
所以种子罐发酵过程中总耗热量Q总
=1.96×
104＋0.18×
104＋5.928×
104=8.068×
3、生产1000㎏红霉素二级种子罐耗热量计算
表4生产1000㎏红霉素二级种子罐物料参数
表4
997.92
45.36
362.88
272.16
4399.92
1.二级种子罐发酵过程中物料总耗热量Q物
1000㎏红霉素需物料4399.92㎏，1000㎏红霉素需淀粉1360.8㎏
Q淀=0所以总物料为3039.12㎏
=3039.12×
（35－18）=1.12×
1‰=4399.92×
1‰=4.40㎏
I=4.40×
2257.2=1.0×
1360.8=2.23×
Q总=Q+物+Q汽+Q热+Q损+Q设备
=1.12×
105+1.0×
105+2.23×
105=4.35kj
总结生产车间发酵罐热量总汇
生产150t/a红霉素生产车间发酵罐热量衡算表（表5）
表5
Q物kj
Q汽kj
Q热kj
Q损kj
Q设备kj
Q总
生产1000㎏消耗的热量
6.0×
106
4.9×
104
1.0×
3.1×
103
3680
1.65×
每天消耗的热量
3×
2.45×
5×
105
1.6×
1840
8.25×
150t/a红霉素消耗热量
9×
7.35×
1.5×
108
4.65×
5.5×
3.2×
生产150t/a红霉素一级种子耗热量表6
表6
名称
1.9×
0.18×
5.928×
104
忽略
8.068×
9.5×
0.9×
2.964×
4.034×
2.85×
0.27×
8.89×
1.201×
生产150t/a红霉素一级种子耗热量表7
表7
1.12×
2.23×
4.35×
0.56×
0.5×
2.18×
1.68×
3.35×
6.53×
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