化工节能原理与技术-梁鑫

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1、1化工节能原理与技术梁鑫北京化工大学2011.2.23（春季学期）自我介绍教育背景2000~2009清华大学2009~至今北京化工大学研究方向新型催化材料科研成果SCI论文十余篇，在研项目5项联系方式liangxin@mail.buct.edu.cn010-64412054无机楼31023考核方式：五分制成绩评定：课程总成绩的评定权重为：作业占10%，课程测验占60%（采取开卷方式），课程报告占30%。课程报告：一种新型的节能技术，如催化（反应精馏）技术，反应-反应耦合，结构化催化剂，新型热泵，新型精馏技术（热偶精馏、特殊精馏）等。大

2、约5000-10000字左右。4第2章节能的热力学2.2能量与热力学第一定律输入系统的能量-输出系统的能量=系统储存能量的变化宏观动能：mc2/2宏观位能：mgz系统内部的微观能量（内能）：U2.2.1闭口系统能量恒算式Q=ΔU+W对单位质量对微元过程q=Δu+wδq=du+δw5第2章节能的热力学2.2能量与热力学第一定律2.2.2稳定流动开口系统能量衡算物质流转移到系统的能量为：δm1δm2δQδWδm(u+pv+c2/2+gz)=δm(h+c2/2+gz)h=u+pvH=U+pV6第2章节能的热力学2.2能量与热力学第一定律2.

3、2.2稳定流动开口系统能量衡算开口系统的能量衡算式为：δm1δm2δQδWdU=δQ–δW+δm1(h1+c12/2+gz1)–δm2(h2+c22/2+gz2)δQ=δm2(h2+c22/2+gz2)–δm1(h1+c12/2+gz1)+δW+dU7第2章节能的热力学2.2能量与热力学第一定律2.2.2稳定流动开口系统能量衡算稳定流动：空间各点参数不随时间变化的流动过程（1）.热和功的交换不随时间而变；（2）.物质交换不随时间而变；（3）.进、出口截面参数不随时间而变dU=δQ–δW+δm1(h1+c12/2+gz1)–δm2(h2

4、+c22/2+gz2)dU=0，δm1=δm2Q=ΔH+mΔc2/2+mgΔz+WQ=Σoutmi(h+c2/2+gz)i–Σinmi(h+c2/2+gz)i+W（对多股流体）8第2章节能的热力学2.2能量与热力学第一定律2.2.2稳定流动开口系统能量衡算例2-1：某化肥厂生产的半水煤气，其组成如下：CO29%，CO33%,H236%,N221.5%,CH40.5%。进变换炉时水蒸气与一氧化碳的体积比为6，温度为653.15K。设变换率为85%，试计算出变换炉的气体温度。变换气半水煤气水蒸气100kmolnkmol(nH2O:nCO=

5、6)T=380℃CO+H2O→CO2+H29第2章节能的热力学2.2能量与热力学第一定律2.2.2稳定流动开口系统能量衡算进入炉中的湿气体各组分的物质的量（kmol)：CO29;CO33;H236;N221.5;CH40.5;H2O198出变换炉时湿气体各组分的物质的量（kmol)：CO237.5;CO4.95;H264.05;N221.5;CH40.5;H2O169.95绝热过程：ΔH=0；ΔU=10第2章节能的热力学2.2能量与热力学第一定律2.2.2稳定流动开口系统能量衡算焓是状态参数，过程焓变等于终态的焓减去初态的焓；既有物理

6、变化又有化学反应的物系，计算焓变需考虑反应热。653.15K298.15KΔH1恒压降温ΔHr恒温恒压化学反应298.15KTK恒压升温ΔH2ΔH=0恒压绝热反应11第2章节能的热力学2.2能量与热力学第一定律2.2.2稳定流动开口系统能量衡算（1）.状态参数法ΔH=ΔH1+ΔHr+ΔH2=0ΔH1=-3.56×106(kJ)ΔHr=28.05×(-41198)=-1.156×106(kJ)ΔH2=10396T-3099527(kJ)作业：1。计算653.15K时转化28.05kmol的恒温恒压反应热。12第2章节能的热力学2.2能量

7、与热力学第一定律2.2.2稳定流动开口系统能量衡算（1）.统一基准焓法规定0K时稳定单质的理想气体的焓为零；规定298.15K时稳定单质的理想气体的焓为零；基准态下化合物的焓等于标准生成焓无论物理变化，还是化学变化，元素守恒无论物理变化，还是化学变化，过程焓变：ΔH=H终态–H初态653.15K时，H初态=-49.17×106(kJ)753.15K时，H终态=-49.98×106(kJ)ΔH=H终态–H初态=013第2章节能的热力学2.3火用与热力学第二定律热力学第一定律指出了能量的同一性，“量”的属性；不能解释“质”的属性如：功和热

8、，高温热与低温热；热力学第二定律指出了能量的“质”的属性，说明过程进行的方向、条件及限制。开尔文说法：不可能从单一热源吸收热量使之完全变成有用功而不产生其他影响。普朗克说法：不可能制造一个机器，使之在循环动作中把一重物升