文档介绍：化工过程的能量分析
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第1页，共101页，编辑于2022年，星期二
本章内容
§ 热力学基本概念复习
§ 热力学第一定律与能量平衡方程
§ 热功转换
§ 熵
§ 理想功和损失功
§ 火用
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§ 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， W<0 ；体系对环境作功， W>0 。
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。
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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。
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化工过程能量分析实例
南京塑料厂乙苯脱氢制苯乙烯
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化工过程能量分析实例
水蒸气
加热炉
A
B
混合器
第一段脱氢
反应器
第二段脱氢
反应器
中间
加热器
乙苯+水蒸气
反应产物去急
冷后处理系统
换热器
图1 乙苯脱氢反应模拟流程
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化工过程能量分析实例
反应器：烧重油加热反应物至560~620oC，产生高温烟道气
第三过热器：利用高温烟道气加热高温反应物
第二过热器：利用高温产物加热中温反应物
蒸发器：利用中温烟道气加热低温反应物
废热锅炉：利用中温产物产生水蒸汽
我的印象：一个反应需要一个车间来完成（三层楼）
我的体会：目的是能源的最大化利用（不是仅总能量的平衡，而是品位高的能量做功，品位低的能量加热。
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各章之间的联系
第3章 纯流体的热力学性质(H,S,U，难测；由EOS, Cp,Cv得到）
第5章化工过程的能量分析:H,S,U,W(3)
第7章相平衡:f (2,4),γ(4)
第10章化学平衡:µ(4)
给出物质有效利用极限
第6章蒸汽动力循环和制冷循环: H,S,W(3)
给出能量有效利用极限
化工热力学的任务
第4章流体混合物的热力学性质
第2章热力学基础数据( PVT,Cp,Cv,EOS)
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基本概念
能量不仅有数量，而且有质量（品位）。
功的品位高于热 。
高级能量：
能够完全转化为功的能量，如机械能、电能、水力能和风能等；
低级能量：
不能完全转化为功的能量，如热能、焓等。
高温热源产生的热的品位比低温热源产生的热的品位高。
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化工过程的热力学分析
1、能量衡算。
2、分析能量品位的变化。
化工过程总是伴随着能量品位的降低。
一个效率较高的过程应该是能量品位降低较少的过程。
找出品位降低最多的薄弱环节，指出改造的方向。
化工热力学的任务
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§
§ 热力学第一定律
§ 稳定流动体系的热力学原理
§ 稳流体系能量平衡方程及其应用
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§
ΔU＝Ｑ+Ｗ
只适合封闭体系!!!
热力学第一定律的数学表达式：
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§
稳定流动
敞开体系
稳定、连续、流进、流出，不随时间变化，没有能量和物料的积累。
化工过程中最常用
不能用ΔU＝Ｑ+Ｗ来表达!!!
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能量的形式
化工生产中所涉及到的能量，主要有两大类：物
质的能量、能量传递的两种形式。
1、物质的能量E(以1kg为基准)
动能：Ek= u2/2
内能：U=f(T,P, x)
位能：