清洁生产 教学课件 作者 曲向荣_ 清洁生产的理论基础第4章.ppt

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1、清洁生产的理论基础第4章清洁生产的理论基础4.1物质平衡理论4.2生态学理论4.3生命周期评价4.4ISO14000环境管理系列标准4.1物质平衡理论4.1.1能量守恒定理4.1.2物质守恒原理清洁生产以合理利用自然资源和源头预防工业污染为目标，以物质循环利用为主要手段，其最基本的理论基础是物质平衡理论即质量（能量）守恒原理，用以对清洁生产过程可行性的分析和对物质流或能量流的分析调控。在生产过程中，物质是遵循平衡理论的。生产过程中产生的废物越多，生产所需的原料也就越多，即资源消耗越大。清洁生产要使废物最

2、小化，也就是要将资源最充分利用。原料和生产中产生的废物是一个相对的概念，在一个生产过程中的废物有可能成为另一个生产过程的原料。将废料转化为资源，就可以达到资源的最大利用率。物质平衡理论说明清洁生产可以实现资源利用最大化，废物产生最小化，环境污染零排放或低排放。4.1物质平衡理论根据地日关系的原理，地球上一切物质都具有能量，能量是物质固有的特性。通常，能量可分为两大类，一类是系统蓄积的能量，如动能、势能和热力学能，它们都是系统状态的函数。另一类是过程中系统和环境传递的能量，常见的有功和热量，它们不是状态函

3、数，而与过程有关。热量是因为温度差引起的能量传递，而做功是由势差引起的能量传递。因此，热和功是两种本质不同且与过程传递方式有关的能量形式。能量的形式不同，但是可以相互转化或传递。在转化或传递的过程中，能量的数量是守恒的，能量既不能创造，也不会消灭，而只能从一种形态转换为另一种形式，从一个物体传递到另一个物体，在能量转换和传递过程中能量的总量恒定不变，这就是热力学第一定律，即能量守恒与转化原理。能量从量的观点来看，只是是否已利用，利用了多少的问题。而从质（品位）的观点来看，则是个是否按质用能的问题。热力学

4、第一定律只说明了能量在量上守恒，并不能说明能量在质方面的高低。所谓提高能量的有效利用问题，其本质就在于防止和减少能量的贬值现象的发生。能量的质的属性是由热力学第二定律来揭示的。4.1.1能量守恒定理热力学第二定律的实质是能量贬值原理。它指出能量转换过程总是朝着能量贬值的方向进行：高品质的能量可以全部转换为低品质的能量；能量传递过程也总是自发地朝着能量品质下降的方向进行；能量品质提高的过程不可能自发地单独进行；一个能量品质提高的过程肯定伴随有另一能量品质下降的过程，并且这两个过程是同时进行的，即另一能量品

5、质下降的过程就是实现前一个能量品质提高过程的必要的补偿条件。在实际过程中，作为代价的另一能量品质下降过程必须足以提高前一个能量品质的改进过程，因为某一系统中实际过程之所以能够进行都是以该系统中总的能量品质下降为代价的，即任何过程的进行都会产生能量贬值，能量在转换和利用过程中品位逐渐降低。在不同的用能目的中，所要求的能量品位也常不相同。节能的一个原则就是在需要低品位能量的场合，尽量不供给高品位的能量，这就是能量匹配。在能量匹配原则的指导下，同一能量可以在不同品位的水平上多次利用，这就是能量的梯级利用。能量

6、匹配和能量梯级利用原则的理论基础就是降低用能过程中的不可逆性。合理组织能量梯级利用，提高能量利用效率，降低能量损失的不可逆性，是热力学原理的实践内容之一。根据能量贬值原理，不是每一种能量都可以连续地、完全地转换为任何一种其他的能量形式。从转换的角度来看，不同形式的能量，按照其转换能力可以分为三类：第一类是全部转换能，它可以完全转换为功，称为高质能，其数量和质量是统一的，比如电能、机械能等。第二类是部分转换能，它只能部分地转换为功，称为低质能，其数量和质量是不统一的，如热能、流动体系的总能等。第三类是废弃

7、能，它受环境限制不能转换为功，如处在环境条件下的介质的内能等，这种能量称为寂态能量，尽管它有相当的数量，但品位很低，从技术上讲无法使之转换为功。热力学的上述两个定律（能量守恒与转换定律和能量贬值定律）告诉我们，欲节约能源，必须考虑能的量和质两方面。减少能量需求的最好办法是开展节约能源活动。当前，我们所用到的能量转换过程中，绝大部分的效率都是非常低的，许多能量在转换过程中以热量方式浪费掉了。例如，在燃烧石油发电过程中，产生的电能只相当于石油最初能量的38％；用燃烧木材的炉子给房间加热时，能量利用率只有40

8、％左右，而用一个能量节约型的燃气炉却可以达到90％的利用率。可见，在我们的日常生活中和工业生产中使用能量利用率高的系统可以节约大量的能源。节能不是消极地减少能源的用量，而是积极地谋求提高能量的有效利用率。能源的有效利用，是一个综合的课题。质量守恒是自然界的普遍规律。根据热力学第一定律，物质在生产和消费过程中及其后都没有消失，只是从原来“有用”的原料或产品变成了“无用”的废物进入环境中，形成污染，而物质的总量保持不变。在实际生产活动中，生产资