第六章-化工过程的能量分析1.ppt

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1、第六章化工过程的能量分析本章内容§6.0热力学基本概念复习§6.1热力学第一定律与能量平衡方程§6.2热功转换§6.3熵§6.4理想功和损失功§6.5火用及其计算§6.0热力学基本概念复习1、过程指体系自一平衡状态到另一平衡状态的转换．对某一过程的描写：初态+终态+路径.不可逆过程：一个单向过程发生之后一定留下一些痕迹，无论用何种方法也不能将此痕迹完全消除，在热力学上称为不可逆过程．凡是不需要外加功而自然发生的过程皆是不可逆过程（自发过程）。如：爆炸、节流、气体向真空自由膨胀等§6.0热力学基本概念复习P,V,T——无限小的沙子。带活塞的气缸拿走一粒无限小的沙子，dP减少无限小，推

2、动力无限小，可以忽略不计。可逆过程：当体系完成某一过程后，如果令过程逆行而能使过程中所涉及的一切(体系及环境)都回复到原始状态而不留下任何变化，则此过程称为可逆过程．注意：1）可逆过程一旦发生，不仅体系能恢复到原来状态，而且而环境也能恢复到原来状态而不留下任何痕迹。（循环过程是否是可逆过程？）2）若是可逆过程，位的梯度即推动力需为无限小；若存在推动力则是实际过程，而非可逆过程。3）可逆过程是实际过程中只能趋近而永远不能实现的理想过程，其本质是状态变化的推动力与阻力无限接近，体系始终无限接近平衡状态。4）但它是热力学中极为重要的概念，是作为实际过程中能量转换效果比较的标准。若说某体系

3、效率为80%，是指与可逆过程比。5）可逆过程是效率最高的过程。体系对外做最大功。体系对外吸收最小功。6）很多热力学关系式是在可逆过程的前提下推导出来的。如：§6.0热力学基本概念复习2、热和功1）热和功不是状态函数，与途径有关。2）热和功只是能量的传递形式，而不是贮存形式。当能量以热和功的形式传入体系后，增加的是内能。ΔU＝Ｑ+Ｗ热力学第一定律3）按照国际规定:Ｑ:体系吸热为正，Ｑ>0，体系放热为负,Ｑ<0；Ｗ:环境对体系作功,Ｗ>0，体系对环境作功,Ｗ<0§6.0热力学基本概念复习特别提醒：过去的教材中习惯用U=Q-W表示，两种表达式完全等效，只是W的取号不同。用该式表示的W的

4、取号为：环境对体系作功，W<0；体系对环境作功，W>0。本新版教材用的是ΔU＝Ｑ+Ｗ，敬请注意！4)热的推动力是温差。功的推动力是除温差以外的位的梯度。5）热量的传递是无序的，热量是规格低的能量。功的传递是有序的，功是规格高的能量。降低资源消耗减少环境破坏在化工产品成本中，能源所占的比重很大，一般产品约占20-30%，能耗高的产品可达70-80%。因此，化工节能有特殊重要的意义。我国化工系统的能源消费量约占全国总量的10%。我国的单位产值能源消耗量比世界先进水平高得多，主要原因在于分离过程的能耗大大高于发达国家。化工分离过程的能耗是世界总能耗的8%。我国比国外同类产品能耗高20-3

5、0%，有的高出一倍。日本的能量利用效率达57%,在世界各国中居首位。化工过程能量分析实例乙苯脱氢制苯乙烯化工过程能量分析实例水蒸气加热炉AB混合器第一段脱氢反应器第二段脱氢反应器中间加热器乙苯+水蒸气反应产物去急冷后处理系统换热器图1乙苯脱氢反应模拟流程化工过程能量分析实例反应器：烧重油加热反应物至560~620oC，产生高温烟道气第三过热器：利用高温烟道气加热高温反应物第二过热器：利用高温产物加热中温反应物蒸发器：利用中温烟道气加热低温反应物废热锅炉：利用中温产物产生水蒸汽我的印象：一个反应需要一个车间来完成（三层楼）我的体会：目的是能源的最大化利用（不是仅总能量的平衡，而是品位

6、高的能量做功，品位低的能量加热。基本概念能量不仅有数量，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。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§6.1热力学第一定律与能量平衡方程§6.1.1热力学第一定律§6.1.2稳定流动体系的热力学原理§6.1.3稳流体系能量平衡方程及

7、其应用§6.1.1热力学第一定律ΔU＝Ｑ+Ｗ只适合封闭体系!!!热力学第一定律的数学表达式：§6.1.2稳定流动体系的热力学原理稳定流动敞开体系稳定、连续、流进、流出，不随时间变化，没有能量和物料的积累。化工过程中最常用不能用ΔU＝Ｑ+Ｗ来表达!!!能量的形式化工生产中所涉及到的能量，主要有两大类：物质的能量、能量传递的两种形式。1、物质的能量E(以1kg为基准)动能：Ek=u2/2内能：U=f(T,P,x)位能：EP=gZ2、能量传递的两种形式(以1kg为基准)在各