第七章 化学有效能及其应用.ppt

高等化工热力学 第一章 绪论 第二章 热力学与节能 第三章 化工数据热力学基础 第四章 分子热力学 第五章 流体相平衡 第六章 超额热力学性质 第七章 化学有效能及其应用 化学有效能及其应用 化工节能从热力学角度可归纳为两条途径: ①减少外部损失 ②减少内部损失 后者是由于过程内部的不可逆性引起的能量降级所致。 化学有效能及其应用 有效能分析是探讨化工生产过程能量利用合理性并摸清过程内部不可逆损失的有力工具。 化学有效能及其应用 有效能分物理和化学两类,化工过程不仅有温度、压力、相态的变化,而且有浓度和组成的变化,故根据实际情况分别计算这两种有效能,可对化工过程的节能方向和潜力提供预测和估算,对开展化工节能具有重要意义。 化学有效能及其应用 1. 有效能及其计算 2. 有效能衡算及有效能效率 3. 有效能分析法及其应用 1. 有效能及其计算 1.1 有效能的概念 1.2 有效能的计算 1.3 理想功与有效能的区别和联系 1.4 不可逆性和有效能损失 1 有效能及其计算 1.1 有效能的概念 1.2 有效能的计算 1.3 理想功与有效能的区别和联系 1.4 不可逆性和有效能损失 1 有效能及其计算 1.1 有效能的概念 1)能量的分类 按能量转化为有用功的多少，可以把能量分为三类： ⑴ 高(品）质能量：理论上能完全转化为有用功的能量。如电能、机械能； ⑵ 僵态能量：理论上不能转化为功的能量。如海水、地壳、环境状态下的能量； ⑶ 低（品）质能量：能部分转化为有用功的能量。如热量和以热量形式传递的能量。 4.5 有效能及其计算 1.1 有效能的概念 在实际的能量传递和转换过程中，能量可以转化为功的程度，除了与能量的质量、体系所处的状态有密切关系外，还与过程的性质有关，如果过程接近于可逆过程，其转化为功的程度就大，否则就小。 为了衡量能量的可利用程度或比较体系在不同状态下可用于作功的能量大小，Keenen在1932年提出了有效能的概念。 4.5 有效能及其计算 1.1 有效能的概念 2)有效能（） ⑴ 定义：一定形式的能量，可逆变化到给定环境状态相平衡时，理论上所能做出的最大有用功。 用B（Ex）表示 无效能（）：理论上不能转化为有用功的能量。用El表示 1. 有效能及其计算 1.1 有效能的概念 2)有效能 ⑴ 定义：一定形式的能量，可逆变化到给定环境状态相平衡时，理论上所能做出的最大有用功。用B表示 对于稳流体系 1. 有效能及其计算 1.1 有效能的概念 ⑵ 能量的表达形式 对高（品）质能量，由于能量能完全转化为有用功，所以，能量=有效能 对僵态能量，由于能量不能转化为有用功，所以，僵态能量=无效能 对低（品）质能量，由于能量部分地转化为有用功，所以，能量一分为二： 低质能量=有效能+无效能。 1 有效能及其计算 1.1 有效能的概念 3)注意点 ⑴有效能和无效能的其它叫法 Available Energy, Exergy, Availability, Utilizable Energy ， 可用能，资用能 ⑵功可以看作100%的有效能 1 有效能及其计算 1.1 有效能的概念 1.2 有效能的计算 1.3 理想功与有效能的区别和联系 1.4 不可逆性和有效能损失 1 有效能及其计算 1.2 有效能的计算 1）环境和环境状态 ⑴环境：一般指恒T、P、x下的庞大静止体系，如大气、海洋、地壳等。 ⑵环境状态：热力学物系与环境处于完全平衡时的状态，常用T0、P0、H0、S0等表示。 1 有效能及其计算 1.2 有效能的计算 2）物系的有效能 物系的有效能一般分为两种情况，一种是物理有效能，另一种是化学有效能。 ⑴ 物理有效能：物系由于T、P与环境(T0、 P0)不同而具有的有效能。 ⑵ 化学有效能：物系在环境的T0、P0下，由于组成与环境不同而具有的有效能。 1 有效能及其计算 1.2 有效能的计算 3） 热量的有效能BQ 定义：物系传递的热量，在给定的环境条件下，以可逆方式所能做出的最大有用功。 1 有效能及其计算 1.2 有效能的计算 ⑴ 恒温热源热量的有效能 1 有效能及其计算 1.2 有效能的计算 因为卡诺循环的热效率为 1 有效能及其计算 1.2 有效能的计算 ⑵ 变温热源热量的有效能 当热量传递在变温情况下进行时，我们就需要用下列式子进行计算： 1 有效能及其计算 1.2 有效能的计算 或用H、S