第六章 化工过程能量分析.ppt

求普遍有效能效率，必须对进、出系统的有效能进行有效能衡算。 可写成： 则： ， 可逆过程： 说明有效能全部被利用， 完全不可逆过程： 有效能全部损失了， 一般情况下，过程部分可逆， 。 热力学分析的三种方法 1.能量衡算法： 实质：通过物料与能量的衡算。确定过程的进出的能量。 求出能量利用率。 6.5 化工过程能量分析及合理用能 如果仅从能量的收益和付出的差别找节能方法，找出改进 的途径，应用此方法较多，但此方法的不足在于： ①只能说明各种能量可以互相转化，但不能指出各种能量转化的 方向和限度。 ②只反映了能量数量的关系，没有反映能量品位的高低。 ③只能反映能量的损失，但不能指出能量损失的原因，但不能指出损失得这部分能量的利用价值。 2.熵分析法： 实质：通过求熵产生： 。确定 有效能损失和热力学效率。 优点：此方法不但能够找到能量在数量上的损失，还可以确定 由于过程的不可逆引起的损失功的数量。 不足：只能确定过程的不可逆引起的损失功，但不能指出到底 是哪种能的损失。 3.有效能分析法 可以全面反映有效能损失的部位及数量，弥补了熵分析法的 不足，可以有针对性确定节能的方向和措施。 4.三种热力学分析方法的比较 （1）计算工作量：能量衡算法最少；有效能分析法最大； 熵分 析法居中 （2）从计算结果得到的信息量：能量衡算法最少，只能求出能量的排出损失 ；有效能分析法最大，通过对每一个物流的有效能分析，还能得到各部能量的有效能级，找到过程有效能损失的大小，原因和有效能的分布情况，从而制定有效的节能措施。 （3）三种分析法适用场合。 如果一个体系，只是为了利用热能（采暖、工业用加 热炉等）可以只用能量衡算法。 对既有热交换，又有功交换的定组成体系，最好用熵分析法。 对既有热交换，又有功的变组成体系。用有效能分析法。 典型化工单元过程热力学分析 过程的热力学分析目的： 学会应用热力学理论分析化工过程影响功损耗因素，并能提出符合实际生产的减少功损耗的措施。 教学目标： 利用热力学第一、第二定律分析化工过程中损耗功的大小，以提高生产过程能量的利用率。 .1 流体流动过程： 流体的流动过程 单纯的流体经过管道 流体的压缩 节流膨胀 由于流体流动有摩擦，包括流体的内摩擦及流体与管道、 设备的摩擦（即使流体的一部分机械能耗散为热能），使功 贬质，并有熵产生。 流体流动的推动力是压力差，为不可逆过程，也有熵产生。 1.问题的提出： 对于只有一股流体的敞开体系： 等温绝热流动： ， ， （ ） 讨论流体流动过程的功损耗应首先找出熵产生与压力降之间的关系： 2.流体流动熵产生与压力差关系式 流体流动时的损耗功： 对于流动的封闭体系： 即： ， 式中：T和V分别是流体的体积和温度 T、V可看成常数，因此上式写成： 式中： 为环境温度， 为物系温度。 3.热力学分析： 近似与流速的平方成正比，因此功耗也与流速的平方成正比。 1 由公式看出，损耗功正比于 （ ）， 而（ ） 如果降低流速，就必须加大管道和设备的直径，使设备投资费 用增加，因此， （2）节流过程：焓值不变， ，但局部阻力增大，阀 门两端的压差加大， ，熵产生增 思考：结合化原的知识考虑实际生产中如何选择合适的流速？ ，流量m 往往是生产上所需要的，不能改变。 又 应权衡能耗费和设备费的关系选择合适的流速。 ，气体节流要比液体节流的损耗功大。 因此，化工生产中应尽量少用节流，以便减少无谓的功损耗。 （3） ，即功损耗正比于流体体积，由于 （4） ，物系温度T 愈低， 损耗功愈大 温度T低的流体损耗功大。 思考：当制冷的温度一定时，如何降低损耗功？ 损耗功 大，并熵产生随压力差的增大而增加， 也随之增加， 制冷过程应选择较低的流速。 .2 传热过程的热力学分析 图示为一逆流过程的换热器，若将其看成一控制体，没有 外功，忽略动、位能变化。由稳流体系的热力学第一定律知： ， 若保温很好，换热器对环境散热可忽略，则： ， 若将热流体看成封闭的流体体系，忽略动、位能变化，由 热力学第一定律 ： 焓变等于热流体放出的热量 同理，冷流体： 焓变等于冷流体吸收的热量 忽略了换热器对环境的热损失，则热流体放出的热量应 等于冷流体吸收的热量，即 ： 1.流体温度不变，若热流体入口为饱和水蒸汽，出口为 饱和水 即 冷流体为某蒸汽的饱和液体入