第6章 化工过程的能量分析

《第6章 化工过程的能量分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、第6章化工过程的能量分析2021/6/13本章内容§6.1理想功和损耗功§6.2化工单元过程的热力学分析§6.3热力学分析方法§6.4合理用能2021/6/13化工生产涉及的能量主要有以下几种形式：⑴热能：许多化工单元操作都消耗热能。如精馏、蒸发、干燥以及吸收剂或吸附剂的再生等。这些过程需要的热量通常利用燃料的燃烧的燃烧热。⑵机械能：在物理学上称功。机械能主要用于流体的输送和压缩。消耗机械能的设备有泵、压缩机、鼓风机、真空泵等。⑶电能：电能具有便于输送、调节、自动化等一系列优点，故广泛地应用于化工生产。化工厂

2、电能主要用来提供机械能。。⑷由于物质化学结构变化提供或消耗的能量称为化学能。放热的化学反应，由化学能转化为热能；吸热的化学反应，则由热能转化为化学能。2021/6/13能量不仅有数量，而且有质量（品位）。功的品位高于热。高级能量：能够完全转化为功的能量，如机械能、电能、水力能和风能等；低级能量：不能完全转化为功的能量，如热能、焓等。高温热源产生的热的品位比低温热源产生的热的品位高。2021/6/13热功转换的不等价性功可以100%转变为热热不可能100%转变为功。热、功的不等价性正是热力学第二定律所表述的一个

3、基本内容。2021/6/13化工过程的热力学分析1、能量衡算。2、分析能量品位的变化。化工过程总是伴随着能量品位的降低。一个效率较高的过程应该是能量品位降低较少的过程。找出品位降低最多的薄弱环节，指出改造的方向。化工热力学的任务2021/6/13理想功Wid：指体系的状态变化以完全可逆过程实现时，理论上可能产生的最大功或者必须消耗的最小功。完全可逆是指：(1)体系内所有的变化过程必须是可逆的．(2)体系与温度为T0的环境进行热交换是可逆的。理想功是一个理论的极限值，是实际功的比较标准。§6.1理想功和损耗功2

4、021/6/13稳流过程的理想功1.稳流过程的理想功2021/6/13理想功为可逆轴功和卡诺功之和敞开体系稳流过程的熵平衡式，可逆过程2021/6/13根据热力学第一定律的表达式，敞开体系有稳流过程的理想功只与状态变化有关，它仅取决于流体的初态和终态以及自然环境的温度T0。2021/6/13由于实际问题都是不可逆的，因此对于实际的产功过程所提供的功WsWid。所以实际的生产过程就存在一个效率的问题。称为热力学效率。2021/6/13热力学效率ηa热力学效率是过程热力

5、学完善性的尺度，反映过程可逆程度，故称可逆度。是高级能量的利用率。2021/6/136-1某水蒸气动力装置，进入水蒸气透平的水蒸气流量为1680，温度为430℃，压力为3.727MPa。水蒸气经透平绝热膨胀对外作功。产功后的乏汽为0.1049MPa的饱和水蒸气。求水蒸气经透平机的理想功和热力学效率。已知大气温度为25℃。2021/6/13解：由附表3用插值法求得P2＝0.1049MPa时饱和水蒸气的温度，T2＝101.0℃。此状态下的焓和熵也可以用插值法得到，即h2＝2677.6，s2＝7.3429从附表3再

6、用插值法查P1＝3.727MPa，T1＝430℃的过热蒸汽的焓和熵，得h1＝3287.8，s1＝6.9101则蒸汽经透平的理想功为：2021/6/13因过程绝热，Q＝0。忽略动能、位能的变化，根据热力学第一定律，过程产生的轴功为对于产功过程，热力学效率可按下式计算，即蒸汽经透平的理想功与热力学效率分别为345.0kW和82.55％。2021/6/13稳定流动化学反应过程理想功的计算某化学反应，理想功为正，向外供能；理想功为负值，耗能。2.稳定流动化学反应过程的理想功2021/6/132021/6/132、不可

7、逆过程的损耗功WL与环境交换的热高乌－斯托多拉公式3.不可逆过程的损耗功2021/6/132021/6/136-3某厂有输送90℃热水的管道，由于保温不良，到使用单位时，水温已降至70℃。试求水温降低过程的热损失和热耗功。大气温度为25℃。【解】从附表3分别查得70℃和90℃时饱和液体水的焓和熵为70℃时：h2＝292.98，s2＝0.954990℃时：h1＝376.92，s2＝1.1925故根据理想功的定义，过程的理想功为＝（376.92－292.98）＋298.15×（0.9549－1.1925）＝13.

8、12021/6/13忽略动能和位能的变化，有因无轴功交换，ws＝0，故过程的热损失q为＝-83.94过程的损耗功：在管道中每输送1kg热水，因保温不良，热损失为83.94kJ，损耗功为13.1kJ。这就是说，本来83.94kJ的热量通过卡诺机可提供13.1kJ的功，但因热损失而使13.1kJ的功也消耗掉。2021/6/136.2化工单元过程的热力学分析传热过程流体流动过程分离过程化学反应过程2021