第一讲节能原理讲述.ppt

 运用热力学基本原理解决化工过程的实际问题。 物理化学 化工热力学（I） 化工热力学（II） 热功 相平衡 方向和限度 化学平衡 1.节能原理与方法 1.1 热力学第一定律分析法（能量守恒） 1.2 热力学第二定律分析法（佣分析） 1.3 节能理论的新进展：热经济学、可避免佣损与不可避免佣损等 1.4 用能的本质认识 1.5 节能方法 掌握节能原理 科学找出节能潜力与部位(技术) 制定节能措施的指导原则 规划长短期节能目标 不掌握节能原理 提出不恰当的节能指标 制定出不合理的节能决策 批准不合理的节能方案 1.1 第一定律分析法 热力学第一定律即能量守恒定律：能量是物质运动的量度，当任何一种形式的能量被转移或转化为另一种形式的能量时，数量不变。 该分析法得到了广泛应用，它主要是用热效率的高低来估计节能潜力，热效率越低说明节能潜力越大。 能量平衡工作正是基于这一定律，把能量的来龙去脉搞清楚，确定多少能量被利用，多少能量损失掉。 优点：简单直观，容易理解和掌握，运用得当对节能工作能起到重要作用。 缺点：由于它所依据的仅是能量数量上的守恒性，在挖掘节能潜力时有较大的局限性和不合理性。 1.2 第二定律分析法 20世纪50年代以后，热力学第二定律的理论开始在节能实践中广泛应用。它的表述方法很多，其中之一是：当任何一种形式的能量被转移或转化为另一种形式的能量时，其品位只可能降低或改变，绝不可能提高。这样能量在数量的守恒性和质量上的贬值性，就构成了能量的全面本性。 现代节能原理是同时依据热力学第一、第二定律，并通过直观实用的方式，来体现能的全面本性，由此建立的节能理论和方法，称为第二定律分析法。这种方法有两大类，熵分析法和火用分析法。由于熵分析法比较抽象，不能评价能量的使用价值，且本身也不是一种能量，现在已被火用分析法取代。 火用分析法认为：能量=火用+火无 火用是这样一种能，在给定环境的作用下，可以完全连续地转化为任何一种其它形式的能量，而火无是一种不可能转化的能量形式。 火用主要是针对热提出的，即热量中最大能转化为功的部分。 采用火用分析法，能从本质上找出能量损失。 小知识 人们曾设想制造一种能从单一热源取热，使之完全变为有用功而不产生其他影响的机器，这种空想出来的热机叫第二类永动机。它并不违反热力学第一定律，但却违反热力学第二定律。有人曾计算过，地球表面有10亿立方千米的海水，以海水作单一热源，若把海水的温度哪怕只降低O.25度，放出热量，将能变成一千万亿度的电能足够全世界使用一千年。但只用海洋做为单一热源的热机是违反上述第二种讲法的，因此要想制造出热效率为百分之百的热机是绝对不可能的。 从分子运动论的观点看，作功是大量分子的有规则运动，而热运动则是大量分子的无规则运动。显然无规则运动要变为有规则运动的几率极小，而有规则的运动变成无规则运动的几率大。一个不受外界影响的孤立系统，其内部自发的过程总是由几率小的状态向几率大的状态进行，从此可见热是不可能自发地变成功的。 根据热力学第0定律，确定了态函数——温度； 根据热力学第一定律，确定了态函数——内能和焓； 根据热力学第二定律，也可以确定一个新的态函数——熵。可以用熵来对第二定律作定量的表述。 近年来对热力学第二定律的质疑 热力学第二定律是建立在对实验结果的观测和总结的基础上的定律。虽然在过去的一百多年间未发现与第二定律相悖的实验现象，但始终无法从理论上严谨地证明第二定律的正确性。自1993年以来，Denis J.Evans等学者在理论上对热力学第二定律产生了质疑，从统计热力学的角度发表了一些关于“熵的涨落“的理论，比如其中比较重要的FT理论。而后G.M.Wang等人于2002在Physical Review Letters上发表了题为《小系统短时间内有悖热力学第二定律的实验证明》。从实验观测的角度证明了在一定条件下热，孤立系统的自发熵减反应是有可能发生的。虽然这些新的发现不至于影响到现存热力学的应用，但必然将对未来热力学的研究产生一定的影响。 1.3 热经济学 20世纪60年代以来，在节能领域产生了将火用分析法与经济因素及优化理论有机结合的热经济学，即除了研究体系与自然环境之间的相互作用外，还要研究一个体系内部的经济参量与环境经济参量之间的相互作用。 一般来说，第一定律和第二定律分析法，在方案比较中仅能给出一个参考方向，而不能得出具体结论。而热经济学分析法可以直接给出结果，这种方