化工过程能量解析.pptVIP

二 化工过程的能量分析; 化工过程需要消耗大量能量，提高能量利用率、合理地使用能量已成为人们共同关心的问题。从最原始的意义上来说，热力学是研究能量的科学，用热力学的观点、方法来指导能量的合理使用已成为现代热力学一大任务。 进行化工过程能量分析的理论基础是 热力学第一定律 热力学第二定律。;主要内容;1能量平衡方程---热力学第一定律;1.2 能量平衡方程;可得到体系的物料平衡和能量平衡方程式;1.3 热力学第一定律的表达式; 热量传递的方向性是指高温物体可自发向低温物体传热，而低温物体向高温物体传热则必须消耗功。热量传递的限度是温度达到一致，不存在温差。 2）熵函数与熵增原理 熵是与系统内部分子运动混乱程度相联系的热力学性质。 通过研究热机的效率推导出熵函数的定义式 只有体系的某状态函数，当经历一个循环后，其函数的净增量才等于零。 熵定义，由卡诺效率推导出 ;热力学第二定律的数学表达式;熵增原理;3理想功、损失功和热力学效率;（3）热力学效率 要想获得理想功，工程就必须实在完全可逆的情况下进行。由于实际过程都是不可逆的，因此实际提供的ws必然小于理想功，两者之比称为热力学效率。 产生过程 消耗过程;4 有效能;5化工过程能力分析及合理用能;6 能量集成与管理(热交换网络); 在流程内建立热交换网络的根本目的： 减少流程对外界热源和冷源的需求，尽量使用流程内部的冷热流股互相搭配，以达到节约能源的目的。 二、基本概念及热交换系统表示方法 1、换热网络的名词 热流：热交换网络内，那些需要由起始温度冷却到目标温度的流股。 冷流：热交换网络内，那些需要由起始温度被加热到目 标温度的流股。;2、热交换网络的表示方法;（3） 温度－焓图表示法 （4） 网络图表示法; 三、流股的温度－热焓复合曲线 1、单个流股的温度－热焓直线图 对于一个进口温度（Ti ）， 目标温度（To ）均已知。流量为 F，热容为Cp的流股，热容流率是 CP,则该直线的斜率为：1/CP ;2、多个流股的温度－热焓复合曲线（折线）图;四、窄点、热交换网络的最小能耗、热交换网络的合成;2、窄点特性和热交换网络设计原则; 针对：窄点之处无热量通过，窄点上、下之间无热量交换 最大回收能量（最节能）的热交换网络设计原则： ㈠、换热网络内温度高于窄点的流股，只要其温度变化范围在窄点以上， 就不能引入外界冷源来进行冷却，而应该用系统内流股与之搭配（或引入外界热源）； ㈡、换热网络内温度低于窄点的流股，只要其温度变化范围在窄点以下， 就不能引入外界热源来进行加热，而应该用系统内流股与之搭配（或引入外界冷源）；;（1）总流股数可行性原则 窄点以上流股数应满足 N热 N 冷 窄点以上流股数应满足 N热 N 冷 式中 N热 ------- 热流股数 N冷 ------- 冷流股数 根据前面的热交换网络的表示法，对于窄点来说，窄点以上热流股是流入的，冷流股是流出的。同样，窄点以下热流股是流出的，冷流股是流入的。所以上式可以合并用一个式子来表示，即在窄点的同一侧流股数必须满足： N流出 N流入;（2）热容流率的可行性原则 窄点处传热的温差最小为 △Tm,离开窄点处的传热温差应大于等于△Tm，即△T△Tmin 因此，每个窄点匹配的流股热容流率应满足 窄点以上 CP热 CP冷 窄点以下 CP热 CP冷 同样上两式，可以合并成为一式，即窄点同一侧应满足 CP出 CP入;3、化工流程的能量管理 在实际化工流程组织与设计时，掌握以下基本原则： 化工过程能量管理的目的节约有效能 1、尽量利用流程中的反应热（放热反应）产生的热流股来对需要加热的冷流股和设备进行加热； 2、在技术可行的前提下，尽量利用品位接近的流股相互搭配换热； 3、流程中一些耗能设备，在工艺可行的前提下，可以考虑共用问题。;4 过程能量集成