[教育]第五章 化工过程的能量分析.ppt

本章目的 学习能量分析的原理和方法。 本章内容 1. 复习“物化”中学过的热力学基本概念； 2. 正确理解并熟练应用流动过程热力学第一、 第二定律的数学表达式； 3. 掌握熵变的计算，并运用熵增原理（△S≥0）判断实际过程进行的方向与限度； 4. 正确理解并熟练掌握理想功和损失功的定义 及其应用 5. 正确理解并熟练应用有效能、有效能的衡算 及其应用。 §5.0 热力学基本概念复习 1、体系与环境 2、状态和状态函数 3、过程 4、热和功 1、体系与环境 体系分类 体系分类 §5.0 热力学基本概念复习 2、状态和状态函数 状态：某一瞬间体系呈现的宏观状况。 平衡状态：在没有外界影响的条件下，如果体系的宏观状态不随时间而改变，则称体系处于热力学平衡状态。 热平衡，力平衡，相平衡，化学平衡，即温度差，压力差，化学位差均为零。 状态函数：由于体系的各种宏观性质，是所处状态的单值函数，所以热力学把各种宏观性质称为状态函数。 常用的状态函数有P，V，T，U，H，S，A，G §5.0 热力学基本概念复习 3、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 §5.0 热力学基本概念复习 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： §5.0 热力学基本概念复习 4、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，Ｑ0，体系放热为负,Ｑ0 ； Ｗ:环境对体系作功,Ｗ0 ，体系对环境作功,Ｗ0 §5.0 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的取号为：环境对体系作功， W0 ；体系对环境作功， W0 。 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 2010年，创造了39.80万亿的国内生产总值 （GDP），增长率达10.3%，但能源消耗为32.5亿吨标准煤。 2010年，中国消耗了全球总产量30%的主要能源和原材料，创造的GDP仅占世界的9.5%。 中国的能源利用率33%，仅是世界平均水平的76% 。 如果按每1美元生产总值能耗，我国比发达国家能耗高4~5倍。 目前，美国每万美元耗水为502M3，日本193M3，中国4021M3，是发达国家的8~20倍。 中国很多地区的经济增长速度是靠高投资、高能耗、高污染换来的。 胡锦涛提出的“科学发展观”——坚持以人为本，全面、协调、可持续的发展。 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20-30%，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。 乙腈萃取精馏分离丁二烯 1、原流程 原料 (汽)→ 一萃 (液)→ 一蒸 (汽)→ 冷凝器 (液)→ 二萃 (汽)→ 冷凝器 (液)→ 脱轻 (液)→脱重 (液)→ 冷凝 (液) 物料流路程长，相变次数多，能耗大(每吨丁二烯耗蒸汽8吨)。 2、节能流程 原料 (汽)→ 一萃 (汽)→ 二萃 (汽) → 脱重 (液) → 脱轻 (液)→ 产品 相变只有一次，因此能耗很低，每吨丁二烯耗蒸汽2.5吨。 对现有