5热力学分析的基本方法.ppt

化学工业出版社 化工节能与减排 张頔 TELE-mail：dzhang@ 目 录 能量降级与热力学第二定律 轴功、各种热效应的计算 有效能衡算和有效能效率 热力学分析的基本方法 噪声污染及控制 目 录 热管、热泵和夹点技术 能量的合理利用 稳流体系热力学第一定律 废水处理方法、技术和流程 废固处理及利用 废气污染的预防措施及治理 热力学分析的基本方法 热力学分析 广义地说，用热力学的基本原理来分析和评价过程，就称为过程的热力学分析。这里仅讨论用热力学基本原理分析和评价过程的能量利用情况。过程热力学分析的基本任务是： ①确定过程中能量损失或有效能损失的大小、原因及其分布； ②确定过程的效率，为制定节能措施、改进操作和工艺条件，以及为不同过程的评比、实现生产和设计的最佳化提供依据。 热力学分析方法有多种，但主要有三种：一是能量平衡法；二是熵分析法；三是有效能分析法。 能量平衡法 ①有关手册可查出各状态点的参数如表所示。 状态点 1 40 323 212.6 0.7035 2 40 703 3284.6 6.8729 3 0.123 323 2557 7.9694 4 0.123 323 212.6 0.7035 7 1.0133 303 125.7 0.4365 ②产汽量 忽略废热锅炉的热损失，则有 式中， 为转化气的物质的量， ； 为转化气的平均热容， 。 水蒸气吸热 ③透平做功 以透平为系统，忽略热损失时则有： ④冷却水的焓变 忽略冷凝器的热损失，则： ⑤热效率 ⑥能量衡算表及能流图 项目 输入 输出 % % 高温气余热 5.143 100 ? ? 做功 ? ? 1.218 23.7 冷却水带走热 ? ? 3.925 76.3 合计 5.143 100 5.143 100 ⑦热力学效率 由热力学第一定律效率 、第二定律效率 相关计算公式可知 熵分析法 熵分析法是通过计算不可逆熵产量，以确定过程的有效能损失和热力学效率。熵分析法的主要内容包括： ①确定出入系统各种物流量和热流、功流量，以及各种物流的状态参数； ②确定物流的熵变和过程的有效能损失； ③确定过程的热力学效率。 ①先对该系统进行质量及能量衡算，由前面的分析计算已经得到 转化气物质的量 转化气焓变 废热锅炉产汽量 透平做功 ②理想功 转化气放热过程的理想功为 为简化计算，把转化气看作理想气体，并忽略转化气的压降，可计算得 ③有效能损失 如取整个装置为系统，不计热损失，则可得 式中， 、 分别为冷却水的熵变和焓变。 因此 各设备的有效能损失也可由下式计算： ④热力学效率 ⑤计算结果 项目 输入 输出 % % 理想功 3.465 100 ? ? 输出功 ? ? 1.218 35.2 损耗功 锅炉 ? ? 1.451 41.9 透平 ? ? 0.556 16.0 冷凝器 ? ? 0.24 6.9 ? 小计 ? ? 2.247 64.8 总计 3.465 100 3.465 100 ⑥单体设备的热力学效率和有效能损失分布 由于已求出各单体设备的 ，因此只要计算各单体设备的 即可计算它们的热力学效率。 废热锅炉的理想功为高温转化气放热过程的理想功， 因此 透平的理想功 因此可得 冷凝器的理想功 由此可得 即冷凝器中乏汽冷凝过程的理想功未利用，全部损失掉了。 单体设备 热力学效率 损耗功 % 废热锅炉 0.581 1.451 64.6 透平 0.687 0.556 24.7 冷凝器 0 0.24 10.7 总计 ? 2.247 100 有效能损失在单体设备中的分布 有效能分析法 有效能分析法是通过有效能平衡确定过程的有效能损失和有效能效率。有效能分析法的主要内容有： ①确定出入系统的各种物流量、热流量和功流量，以及各种物流的状态参数。 ②由有效能平衡方程确定过程的有效能损失。 ③确定热力学第二定律效率。 ①质量和能量衡算见能量平衡法和熵分析法的计算部分。 ②各物流有效能的计算 取 ，计算结果见表 状态 液态水 323 0.123 212.6 0.7035 6.099 过热蒸汽 703 40 3284.6 6.8729 1209 湿蒸汽 323 0.123 2557 7.9694 148.8 饱和水 323 0.123 212.6 0.7035 6.099 基准态水 303 1.0133 125.7 0.4365 0 为简化计算，把转化气看作理想气体，不考虑压降，出口有效能值为