化工节能原理与技术 第二章 PPT2017
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化工节能原理与技术2
【例2-11】
热泵
q1 TH
wnet TH TL
能量利用的经济指标
效率
收益 代价
能量品质 动力循环 制冷循环 热泵循环 间壁换热器
热效率(数量)
t
W Q1
Q2 W
Q1 W
Q2 Q1
火用效率(质 量)
ex
E x ,W E x ,Q1
ex
E x ,Q2 E x ,W
ex
E x ,Q1 E x ,W
一个系统与环境处于热力学平衡，可以是完全的热力学 平衡，也可以是不完全的热力学平衡，这取决于研究的 问题。当取不完全平衡环境状态作为基准计算时，一个 系统的能量所具有的火用称为该能量的物理火用；当取 完全平衡环境状态作为计算基准时，一个系统所具有的 火用为物理火用和化学火用之和。一个系统的能量的化 学火用是系统在p0、T0时相对于完全平衡环境状态因化学 不平衡所具有的火用。
z2
h1 h2 T0 (s1 s2 )
例2-4 p46
(3) 理想气体火用的计算
e h h0 T0 (s s0 )
利用理想气体状态方程也可以进行计算
① 温度火用 ② 压力火用
e(T )
T T0
C
p
(1
T0 T
)dT
e(P)
RT0
ln
p p0
e e(P) e(T ),当CP为常数时：
Tm (T2 T1) / ln(T2 / T1)
(3) 热量火用的计算
温差传热要引起火用损失，并且在温差相同、传热 量相同时，低温的火用损失要比高温时大得多。
例2-2（P43),例2-3（P44)
(4) 化学火用
任何一个系统，当其与环境处于热力学平衡的状态时， 称其处于环境状态，这时系统所具有的各种形式能量的 火用值为零。而与环境不同的任何系统所具有的能量都 含有火用。
热泵
q1 TH
wnet TH TL
能量利用的经济指标
效率
收益 代价
能量品质 动力循环 制冷循环 热泵循环 间壁换热器
热效率(数量)
t
W Q1
Q2 W
Q1 W
Q2 Q1
火用效率(质 量)
ex
E x ,W E x ,Q1
ex
E x ,Q2 E x ,W
ex
E x ,Q1 E x ,W
一个系统与环境处于热力学平衡，可以是完全的热力学 平衡，也可以是不完全的热力学平衡，这取决于研究的 问题。当取不完全平衡环境状态作为基准计算时，一个 系统的能量所具有的火用称为该能量的物理火用；当取 完全平衡环境状态作为计算基准时，一个系统所具有的 火用为物理火用和化学火用之和。一个系统的能量的化 学火用是系统在p0、T0时相对于完全平衡环境状态因化学 不平衡所具有的火用。
z2
h1 h2 T0 (s1 s2 )
例2-4 p46
(3) 理想气体火用的计算
e h h0 T0 (s s0 )
利用理想气体状态方程也可以进行计算
① 温度火用 ② 压力火用
e(T )
T T0
C
p
(1
T0 T
)dT
e(P)
RT0
ln
p p0
e e(P) e(T ),当CP为常数时：
Tm (T2 T1) / ln(T2 / T1)
(3) 热量火用的计算
温差传热要引起火用损失，并且在温差相同、传热 量相同时，低温的火用损失要比高温时大得多。
例2-2（P43),例2-3（P44)
(4) 化学火用
任何一个系统，当其与环境处于热力学平衡的状态时， 称其处于环境状态，这时系统所具有的各种形式能量的 火用值为零。而与环境不同的任何系统所具有的能量都 含有火用。
化工原理ppt-第二章流体输送机械
H
' S
p a p1
g
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22
二、离心泵安装高度
3.允许气蚀余量
H
' S
p a p1
g
由于HS′使用起来不便，有时引入另一表示气蚀性 能的参数，称为气蚀余量。 以NSPH表示，定义为防止气蚀发生，要求离心泵 入口处静压头与动压头之和必须大于液体在输送温 度下的饱和蒸汽压头的最小允许值。
性能曲线包括H～Q曲线、
N～Q曲线和 ～Q曲线。
2022/8/12
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二、离心泵的性能参数与特性曲线
2．性能曲线
① H～Q特性曲线 随着流量增加，泵的压头下降，
即流量越大，泵向单位重量流体提 供的机械能越小。
② N～Q特性曲线 轴功率随着流量的增加而上升，
所以大流量输送一定对应着大的配 套电机。离心泵应在关闭出口阀的 情况下启动，这样可以使电机的启 动电流最小。
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三、离心泵的选用、安装与操作
1.离心泵类型
（1）清水泵：适用于输送清水或物 性与水相近、无腐蚀性且杂质较少的 液体。结构简单，操作容易。 （2）耐腐蚀泵：用于输送具有腐蚀 性的液体，接触液体的部件用耐腐蚀 的材料制成，要求密封可靠。 （3）油泵：输送石油产品的泵，要 求有良好的密封性。 （4）杂质泵：输送含固体颗粒的液 体、稠厚的浆液，叶轮流道宽，叶片 数少。
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三、离心泵的选用、安装与操作
3.安装与操作离心泵
（1）安装 ①安装高度不能太高，应小于允许安装高度。 ②尽量减少吸入管路阻力，以减少发生汽蚀可能性。 主要考虑：吸入管路应短而直；吸入管路直径可稍大； 吸入管路减少不必要管件；调节阀装于出口管路。 （2）操作 ①启动前应灌泵，并排气。②应在出口阀关闭情况下 启动泵。③停泵前先关闭出口阀，以免损坏叶轮。④ 经常检查轴封情况
《化工节能技术》课件
借助综合能源利用技术，该工 业园区成功实现能源回收和共 享，提高能源利用效率。
案例三：某化工厂节能 监测
利用能耗监测系统，该化工厂 实时监测能耗情况，分析并采 取相应的措施进行能耗优化。
总结
• 化工节能技术的未来发展趋势 • 化工企业应如何落实节能措施？
工艺升级
通过改进工艺流程，降低能耗和排放。工艺 升级能够改善产品质量和生产效率。
综合能源利用
最大程度地利用可再生能源和废热废气，提 高能源利用效率。
Байду номын сангаас
能耗监测
通过实时监测能耗情况，及时发现和解决能 耗问题，实现能耗管理和优化。
节能案例
案例一：某化工企业节 能改造
案例二：某工业园区综 合能源利用
通过投资设备优化和工艺升级， 该企业成功实现能耗降低20%， 减少碳排放。
《化工节能技术》PPT课 件
"化工节能技术"是一个热门话题，本课件将介绍节能的概述、节能技术和节能 案例，帮助化工企业落实节能措施。让我们开始探索吧！
节能概述
• 节能意义 • 节能政策 • 节能技术分类
节能技术
设备优化
通过改进设备以降低能耗，例如节能设备和 工艺改进。优化设备可提供显著的节能效果。
《化工节能技术》课件教本大纲文档
目录化工节能技术 (1)分离过程选论 (3)化工流程机械 (5)高等化工热力学 (7)化学反应工程选论 (9)《化工节能技术》课程教学大纲课程名称(中文)：化工节能技术学分数：2学分课程名称(英文)：Energy-saving Technology in Chemical Engineering课内学时数：32（最低要求）上机（实验）时数：2小时课外学时数：4 （最低要求）教学方式：课堂授课+ （上机）教学要求：学生学完本课程后，应达到下列要求1.掌握可逆过程、火用、夹点等重要的基本概念。
2.掌握能量转换遵循的基本定律。
3.掌握单元过程和能量系统用能状况的基本分析及计算方法，以及提高能量利用经济性的基本原则和主要途径。
4.逐步树立工程观点，具有对实际问题建立能量系统模型的能力,并能用理论分析解决与化工节能有关的实际问题。
课程内容简介( 500字以内)：化工节能技术是研究节能的原理以及化学工程中常用的节能技术的一门课程。
主要包括热力学第一定律和第二定律，能量的火用计算，火用损失与火用衡算方程式，装置的火用效率与火用损失系数；流体流动与流体输送机械、换热、蒸发、精馏、干燥、反应等化工单元过程与设备的节能；过程系统节能中的夹点技术，夹点的形成及其意义，换热网络设计目标，换热网络优化综合，蒸汽动力系统优化综合。
课程大纲（具体到章、节、小节）：第1章总论1.1 能源与能源的分类1.2 节能的途径第2章节能的热力学原理2.1 基本概念2.2 能量与热力学第一定律2.3 火用与热力学第二定律2.4 能量的火用计算2.5 火用损失与火用衡算方程式2.6 装置的火用效率与火用损失系数2.7 节能理论的新进展第3章化工单元过程与设备的节能3.1 流体流动与流体输送机械3.2 换热3.3 蒸发3.4 精馏3.5 干燥3.6 反应第4章过程系统节能—夹点技术4.1 夹点的形成及其意义4.2 换热网络设计目标4.3 换热网络优化设计4.4 换热网络改造综合4.5 蒸汽动力系统优化综合4.6 分离系统优化综合4.7 反应器的热集成…..参考教材名称：冯霄，《化工节能原理与技术》，第2版，化学工业出版社，2004。
化工节能减排原理与技术
1.节能: 加强用能管理，采取技术上可行、经济上合理、以及环境和社会可以承受的措施减少从能源生产到消费各个环节中的损失和浪费，更加有效合理的利用资源。
2. 技术节能：工艺节能，化工单元操作设备节能，化工过程系统节能，控制节能3. 结构节能：产业结构，产品结构，企业结构，地区结构4. 管理节能：宏观调控层次，企业经营管理层次5.控制节能：一方面是节能需要操作控制，另一方面是通过操作控制节能6.能源：能源是指可以直接或通过转换为人类生产与生活提供能量和动力的物质资源7.完全热力学平衡：同时满足热平衡、力平衡和化学同时满足热平衡、力平衡和化学平衡的平衡。
8. 不完全热力学平衡：只满足热平衡、力平衡的平衡。
9. 可避免 损失：技术上和经济上可以避免的最小 损失10. 不可避免 损失：技术上和经济上不可避免的最小 损失11. 效率：ἠe =E收益/E耗费=（E耗费-EL）/E耗费=1-E L /E耗费=1-ᶘ12.实用 效率：ἠe =E收益/(E耗费-INE)13.夹点技术：14.网络夹点：现行网络中，若单股冷、热流体传热温差到达规定的最小传热温差的点称为网络夹点15.零改动方案：改造过程中仅以增加换热器面积来回收热量而不改动换热网络结构的方案16.一改动方案：改造过程中引起换热网络结构一次改动的方案17.过程夹点：对过程进行分析时所确定的夹点18.热负荷回路：在网络中从一股物流出发，沿与其匹配的物流找下去，又回到此物流，则称在这些匹配的单元之间构成热负荷回路19. 阈值：只需要只需要一种公用工程的问题称为阈值问题。
二、问答题1. 简述我国的能源资源状况及其特点经济发展速度快，经济发展水平低；能源消费总量大，人均能耗低；能源消费结构以煤为主，脱离世界能源消费的主流；能源消费引起的污染物排放，已使环境不堪重负；能源资源相对匮乏，长期能源供应面临严重的短缺，需要大量进口，引发能源安全问题；能源利用效率低，能源浪费严重，存在巨大节能潜力。
化工节能与减排全套课件 2能量降级与热力学第二定律
卡诺热机的效率：
c
WS QH
QH QL QH
TH TL TH
1 TL TH
2、卡诺定理
所有工作在TH和TL之间的可逆热机效率相等且最大，与 工质无关，不可逆热机的效率必定小于可逆热机。
化学工业出版社
克劳修斯不等式
QH QL 0 TH TL
y2
化学工业出版社
升温过程 等压升温：
S n T2 CpdT
T T1 等容升温：
S n T2 CvdT T T1
化学工业出版社
相变过程：
S相变
=
H相变 T相变
可逆
熔化过程：
Sf
=
Hf T
汽化过程：
Sv
=
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
H T
v
化学工业出版社
无相变热传导过程： 热源温度恒定：
S =S
TH
S
TL
1
Q
TL
1 TH
热源温度变化：
S =S TH
S TL CH
ln T TH
CL
ln T TL
其中T= CHTH +CLTL CH +CL
化学工业出版社
能量的降级
能质就是指能量做功的能力，能质下降就是做 功能力下降。
能量的分类： 高级能：机械能、电能、风能、水力能等（完 全做功） 低级能：热能、内能、焓等（不完全做功） 僵态能：大气、大地、自然水的内能（完全不 做功）
化学工业出版社
图表法：有些物质可以在热力学性质图 表上查到熵值数据，直接计算即可。
化工节能原理与技术4
火用
2. 5. 3
稳定流动系统的
衡算方程式
EQ EW EU 2 EU 1 EL
(1 T
0
/ TH )Q H 2 H1 T0 ( S 2 S1 )
2 m(C2 C12 ) / 2 WA EL
(1 T
0
/ TH )Q out Ei in Ei WA EL
23
第 2 章
节能的热力学
2. 6 装置的 火用效率和 火用损失系数
• • •
火用 火用
效率 损失大，说明过程的不可逆性大，用来衡量过程的热力学完善程度。
e E收益 / E耗费
EL E耗费 E收益
火用
损失
e E收益 / E耗费 ( E耗费 EL ) / E耗费
1 EL / E耗费 1
恒温恒压化 学反应
298.15 K
298.15 K, 1 atm
298.15 K, 1 atm
3
第 2 章
节能的热力学
2.4 能量的 火用 计算
2. 4. 6 化学反应的最大有用功
•
0 0 WA， ( H T S ) max
标准态下化学反应的最大有用功
0 H 0 p n j (H 0 f ) j R ni ( H f ) i
标准态下化学反应的焓变
0 S 0 p n j S 0 n S R i i j
标准态下化学反应的熵变
0 WA,max G 0 R ni (G 0 ) n ( G P j f ) j （标准态生成自由焓） f i
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第 2 章
节能的热力学
2.4 能量的 火用 计算
2. 5. 3
稳定流动系统的
衡算方程式
EQ EW EU 2 EU 1 EL
(1 T
0
/ TH )Q H 2 H1 T0 ( S 2 S1 )
2 m(C2 C12 ) / 2 WA EL
(1 T
0
/ TH )Q out Ei in Ei WA EL
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第 2 章
节能的热力学
2. 6 装置的 火用效率和 火用损失系数
• • •
火用 火用
效率 损失大，说明过程的不可逆性大，用来衡量过程的热力学完善程度。
e E收益 / E耗费
EL E耗费 E收益
火用
损失
e E收益 / E耗费 ( E耗费 EL ) / E耗费
1 EL / E耗费 1
恒温恒压化 学反应
298.15 K
298.15 K, 1 atm
298.15 K, 1 atm
3
第 2 章
节能的热力学
2.4 能量的 火用 计算
2. 4. 6 化学反应的最大有用功
•
0 0 WA， ( H T S ) max
标准态下化学反应的最大有用功
0 H 0 p n j (H 0 f ) j R ni ( H f ) i
标准态下化学反应的焓变
0 S 0 p n j S 0 n S R i i j
标准态下化学反应的熵变
0 WA,max G 0 R ni (G 0 ) n ( G P j f ) j （标准态生成自由焓） f i
4
第 2 章
节能的热力学
2.4 能量的 火用 计算
《化工节能技术》第二章 (高职类)
1. 热力学体系（系统） • 在对能量转换现象和过程进行能量分析时，需要从相 互作用的物体中划出一定的研究对象，该研究对象就称 为热力学体系，简称体系（系统）。
•
•
选取的主要依据：研究的需要和方便。
体系可以是一台设备、一个车间、一个工序、一条产 品生产线、一个企业等。
环境
• 体系之外相关的一切物质和空间统称为环境。
能源资源现状及其特点
能源及节能的潜力与意义 化学工业与节能 化工过程的热力学分析法
第二章 节能的热力学基础
一 能量及表现形式 二 热力学第一定律
三 热力学第二定律 四 有效能和过程热力学分析
第一节 能量及表现形式
1.1 能量的形式
内能
功
位能、向动能
热
能量的双重含义：数量与质量，数量是指能量的多少，质量 是指能量的可用性。能量是物质做功的本领，做工能力越大， 能品味越高。 能量的使用在本质上是指能量质量的使用，即能量在使 用过程中数量是守恒的，但其质量是下降的，即能量在使用 过程中的降质变废才是造成能耗的根本原因。
例：某换热器使热流体A
QA
换 热 器
QL QB
TA2
TB1 B物流
温度自TA1降至TA2，同时 使冷流体B温度自TB1升 至TB2.热、冷流体均无 相变化和化学反应发生， 其压力也不变化，TA与 TB均高于大气（环境） 温度。已知热、冷流体 的热量各为mA和mB （kmol/h），在有关温 度范围的平均等压热容 为 和 （kJ.kmol/h）。求此换 热器的热损失。
热容 热容：当系统由于加给一微小的热量 Q ，而温度
升高dT时，Q / dT 即是热容。记为C。
定压热容Cp 定容热容CV 质量定压热容cp 质量定容热容cV C p ,m 标准摩尔定压热容 CV , m 标准摩尔定容热容
•
•
选取的主要依据：研究的需要和方便。
体系可以是一台设备、一个车间、一个工序、一条产 品生产线、一个企业等。
环境
• 体系之外相关的一切物质和空间统称为环境。
能源资源现状及其特点
能源及节能的潜力与意义 化学工业与节能 化工过程的热力学分析法
第二章 节能的热力学基础
一 能量及表现形式 二 热力学第一定律
三 热力学第二定律 四 有效能和过程热力学分析
第一节 能量及表现形式
1.1 能量的形式
内能
功
位能、向动能
热
能量的双重含义：数量与质量，数量是指能量的多少，质量 是指能量的可用性。能量是物质做功的本领，做工能力越大， 能品味越高。 能量的使用在本质上是指能量质量的使用，即能量在使 用过程中数量是守恒的，但其质量是下降的，即能量在使用 过程中的降质变废才是造成能耗的根本原因。
例：某换热器使热流体A
QA
换 热 器
QL QB
TA2
TB1 B物流
温度自TA1降至TA2，同时 使冷流体B温度自TB1升 至TB2.热、冷流体均无 相变化和化学反应发生， 其压力也不变化，TA与 TB均高于大气（环境） 温度。已知热、冷流体 的热量各为mA和mB （kmol/h），在有关温 度范围的平均等压热容 为 和 （kJ.kmol/h）。求此换 热器的热损失。
热容 热容：当系统由于加给一微小的热量 Q ，而温度
升高dT时，Q / dT 即是热容。记为C。
定压热容Cp 定容热容CV 质量定压热容cp 质量定容热容cV C p ,m 标准摩尔定压热容 CV , m 标准摩尔定容热容
石油化工行业节能原理和节能技术讲义
石油化工行业节能原理和节能技术讲义尹洪超教授博士生导师大连理工大学能源与动力学院2007年4月目录目录 (1)前言 (2)第一节节能的基本原理 (10)第二节典型例题分析 (22)第三节节能的基本概念 (32)第四节企业节能的原则和基本途径 (43)第五节企业通用节能技术 (50)第六节石化行业节能技术 (85)前言节能是指在满足相等需要或达到相同目的的条件下，通过加强用能管理，采取技术上可行，经济上合理以及环境和社会可以接受的措施，减少从能源生产到消费各个环节中的损失和浪费，提高能源利用的经济效果。
一、我国的能源发展和供求问题1、能源供应压力大“十五”期间，由于能源需求增长迅速，我国能源市场由“九五”时期的供需基本均衡转向供不应求。
按可比价格计算，这期间我国GDP年均增长率高达9.7%，而相应的能源消费量年均仅增长4.6%，远低于同期经济增长速度，其中1997至1999三年能耗为负增长。
然而，进入21世纪以来，尤其是从2002年开始，我国能源消费增长迅猛，超过了经济发展速度。
我国2005年一次能源生产总量20.6亿吨标准煤。
其中发电量24747亿千瓦小时，比2004年增长12.3%；原煤21.9亿吨，增长9.9%；原油1.81亿吨，增长2.8%。
2005年能源消费总量22.2亿吨标准煤，比2004年增长9.5%。
其中，煤炭消费量21.4亿吨，增长10.6%；原油3.0亿吨，增长2.1%；天然气500亿立方米，增长20.6%；水电4010亿千瓦小时，增长13.4%；核电523亿千瓦小时，增长3.7%。
“十五”期间我国能源消费总量从2001年的13.49亿吨标准煤增长到2005年的22.2亿吨标准煤。
如今我国能源消费总量已经位居世界第二，约占世界能源消费总量的11%。
图1 “十五”期间我国一次能源生产总量和能源消费总量对比表1 “十五”期间我国一次能源生产总量和能源消费总量对比年份一次能源生产总量（亿吨标准煤）能源消费总量（亿吨标准煤）2001 12.1 13.52002 13.8 14.82003 16.0 17.12004 18.5 19.72005 20.6 22.2但我国人均能源消费量较低。
《化工节能技术》PPT课件
1.2.1 我国化学工业的特点 （1）煤、石油、天然气既是能源，又是原料 （2）能源消费以煤为主 （3）大宗化学品生产规模太小
1.2.2 节能潜力
节能总潜力（技术极限值）和可实现的节能潜力（一定时期内 可实现的节能量）
精选PPT
9
第1章 总 论
1.2 化学工业节能的潜力与意义
1.2.3 节能的意义
2.黄素逸. 能源科学导论. 北京：中国电力出版社，1998
3.刘家祺. 分离过程. 北京：化学工业出版社，2005
精选PPT
12
第1章 总 论
考核方式：
五分制
成绩评定：
课程总成绩的评定权重为：作业占10%，课程测验占60%（采取 开卷方式），课程报告占30%。
课程报告：
一种新型的节能技术，如化工过程强化技术，催化（反应精馏
Q = ΔH + m Δ c2/2 + mg Δ z + W
Q = Σout mi(h + c2/2 + gz)i –Σin mi(h + c2/2 + gz)i + W
精选PPT
26
第 2 章 节能的热力学
2.2 能量与热力学第一定律
2.2.2 稳定流动开口系统能量衡算
例2-1：某化肥厂生产的半水煤气，其组成如下：CO2 9%，CO 33%, H2 36%,N2 21.5%, CH4 0.5%。进变换炉时水蒸气与一氧化碳的体积比为6，温度为 653.15 K。设变换率为85%，试计算出变换炉的气体温度。
真空蒸馏
干燥 生物柴油
水洗
醇水稀溶液
真空蒸馏
甘油
醇水稀溶液
无共沸物（甲醇/水） 普通蒸馏
共沸物（乙醇/水、叔丁醇/水） 特殊蒸馏
1.2.2 节能潜力
节能总潜力（技术极限值）和可实现的节能潜力（一定时期内 可实现的节能量）
精选PPT
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第1章 总 论
1.2 化学工业节能的潜力与意义
1.2.3 节能的意义
2.黄素逸. 能源科学导论. 北京：中国电力出版社，1998
3.刘家祺. 分离过程. 北京：化学工业出版社，2005
精选PPT
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第1章 总 论
考核方式：
五分制
成绩评定：
课程总成绩的评定权重为：作业占10%，课程测验占60%（采取 开卷方式），课程报告占30%。
课程报告：
一种新型的节能技术，如化工过程强化技术，催化（反应精馏
Q = ΔH + m Δ c2/2 + mg Δ z + W
Q = Σout mi(h + c2/2 + gz)i –Σin mi(h + c2/2 + gz)i + W
精选PPT
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第 2 章 节能的热力学
2.2 能量与热力学第一定律
2.2.2 稳定流动开口系统能量衡算
例2-1：某化肥厂生产的半水煤气，其组成如下：CO2 9%，CO 33%, H2 36%,N2 21.5%, CH4 0.5%。进变换炉时水蒸气与一氧化碳的体积比为6，温度为 653.15 K。设变换率为85%，试计算出变换炉的气体温度。
真空蒸馏
干燥 生物柴油
水洗
醇水稀溶液
真空蒸馏
甘油
醇水稀溶液
无共沸物（甲醇/水） 普通蒸馏
共沸物（乙醇/水、叔丁醇/水） 特殊蒸馏
石化工业节能技术讲座节能原理与方法
（三）观念和技术问题
（4）单元操作过程和设备技术本身相对陈旧落后， 设计水平相对较低。 锅炉发电机组都是六、七十年代的产品； 加热炉、塔器等设备服役时间过长； 反应工艺过程、催化剂、分离过程等设计水平落后。 （5）我国过程工业的内、外条件发生了重大变化。 内部：加工深度，能耗构成，产品格局； 外部：国家能源形势，经济全球化和加入WTO， 技术进步，市场价格变化
如果不掌握节能原理，就可能提出不 恰当的节能指标，制定出不合理的节能决 策，批准不合理的节能方案。
讲课内容
一、能量分析方法
二、企业能耗技术指标 三、我国石化企业存在的主要问题 四、我国石化企业合理用能基本原则 五、我国石化企业节能基本途径
六、我国石化企业能量系统优化和节能改造
具体内容 七、节能优化，同样大小的传热温差ΔT，低温传热时火用 损失更大。工程上，在不降低（或减少降低）传热效果的 同时，尽量减少传热温差，对低温换热器尤为重要。
例题解析
某蒸汽动力系统的能量平衡和火用分析
项目 输入 燃料供给能
系统净输出能 锅炉损失 能量平衡 能量kJ/kg 百分率% 火用分析 火用kJ/kg 百分率%
求解下列两种情况下，由不可逆传热造成的火用损失， 设Q=100kJ，环境温度T0=23℃： （1）tA=420℃，tB=420℃； （2）tA=70℃，tB=50℃。
解答
解：（1）TA=（420+273）K=693K， TB=（400+273）K=673K 因为TA＞TB＞T0，热量从A传向B，故
掘节能潜力时有较大的局限性和不合理性。
（二）热力学第二定律分析法
热力学第二定律：当任何一种形式的能量被转移或转化 为另一种形式的能量时，其品位只可能降低或贬值，绝不可 能提高。这样能量在数量的守恒性和质量上的贬值性，就构 成了能量的全面本性。 现代节能原理是同时依据热力学第一、第二定律，并通过 直观实用的方式，来体现能的全面本性，由此建立的节能理 论和方法，称为第二定律分析法。
化工节能原理课程2
可逆机
温物体而不引起其他变化。
9 开尔文说法：不可能从单一热源吸取热量使之
完全变为有用功而不产生其他影响。 9 普朗克说法：不可能制造一个机器，使之在循 环动作中把一重物升高，而同时使一热源冷却。
D T 2 ， Q2 卡诺循环
W
●
C V
卡诺定理的表述。WMAX=Q(1-T0/T) z 熵的概念和孤立系统的熵增原理
可逆时，∆S产＝0，系统做出的最大有用功为
从状态1 到状态2 所能完成的最大有用功
为
从反应物(1)到产物(2)，ΔS＝S2－S1， ΔH＝H2－H1，那么
5
在标准态（298.15K，1atm）进行反应时， 化学反应的最大有用功为
例2－5
在298.15K和1atm下， CO和O2进行燃烧反应生成CO2。反 应前反应物不混合，试求此化学反应的最大反应有用功。 解： CO ＋ O2/2 Æ CO2
标准生成焓和标准熵 C O2 CO2 (∆Hf0)i/(kJ/kmol) 0 0 -393800 Si0/[kJ/kmol•K)] 5.69 205.03 213.64
【例2－7】
【例2－8】
试用龟山－吉田环境模型求甲烷CH4气体的标准化学 解：甲烷的生成反应方程式为：C + 2H2 Æ CH4 。
2.4.10
燃料的化学
燃料的化学 ：p0、T0下的燃料与氧气一起稳定流经化学 反应系统时，以可逆方式转变到完全平衡的环境态所能作 出的最大有用功。又称为燃料 。
查的甲烷的标准生成自由焓 元素碳的标准摩尔化学 元素氢的标准摩尔化学
EF EO2
化学 反应 系统
例 2 －9
计算 C2H4燃料的标准化学 解： 。 z C2H4 + 3O2 Æ 2CO2 ＋ 2H2O
温物体而不引起其他变化。
9 开尔文说法：不可能从单一热源吸取热量使之
完全变为有用功而不产生其他影响。 9 普朗克说法：不可能制造一个机器，使之在循 环动作中把一重物升高，而同时使一热源冷却。
D T 2 ， Q2 卡诺循环
W
●
C V
卡诺定理的表述。WMAX=Q(1-T0/T) z 熵的概念和孤立系统的熵增原理
可逆时，∆S产＝0，系统做出的最大有用功为
从状态1 到状态2 所能完成的最大有用功
为
从反应物(1)到产物(2)，ΔS＝S2－S1， ΔH＝H2－H1，那么
5
在标准态（298.15K，1atm）进行反应时， 化学反应的最大有用功为
例2－5
在298.15K和1atm下， CO和O2进行燃烧反应生成CO2。反 应前反应物不混合，试求此化学反应的最大反应有用功。 解： CO ＋ O2/2 Æ CO2
标准生成焓和标准熵 C O2 CO2 (∆Hf0)i/(kJ/kmol) 0 0 -393800 Si0/[kJ/kmol•K)] 5.69 205.03 213.64
【例2－7】
【例2－8】
试用龟山－吉田环境模型求甲烷CH4气体的标准化学 解：甲烷的生成反应方程式为：C + 2H2 Æ CH4 。
2.4.10
燃料的化学
燃料的化学 ：p0、T0下的燃料与氧气一起稳定流经化学 反应系统时，以可逆方式转变到完全平衡的环境态所能作 出的最大有用功。又称为燃料 。
查的甲烷的标准生成自由焓 元素碳的标准摩尔化学 元素氢的标准摩尔化学
EF EO2
化学 反应 系统
例 2 －9
计算 C2H4燃料的标准化学 解： 。 z C2H4 + 3O2 Æ 2CO2 ＋ 2H2O
《节能原理与技术》课件
节能的定义：减少能源消耗， 提高能源利用效率
节能技术：包括节能建筑、 节能交通、节能照明等
节能措施：包括节能政策、 节能教育、节能宣传等
节能原理的基本概念
节能原理：通过减少能源消耗， 提高能源利用效率，实现节能减 排
能源利用效率：指单位能源消耗 所能获得的有用能源量
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耗
混合动力汽 车：结合内 燃机和电动 机，提高燃
油效率
节能轮胎： 降低滚动阻 力，减少油
耗
节能驾驶技 术：合理控 制车速和加 速，减少燃
油消耗
公共交通： 鼓励使用公 共交通工具， 减少私家车 使用，降低
交通能耗
智能交通系 统：优化交 通流量，减 少拥堵，降
低能耗
其他领域节能技术
建筑节能技术：如保温材料、 太阳能利用等
添加标题
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按照应用领域分类：如建筑节能 技术、交通节能技术、工业节能 技术等
按照节能效果分类：如高效节能 技术、中效节能技术、低效节能 技术等
常见节能技术介绍
节能照明技术：如LED照明、太阳 能照明等
节能建筑技术：如绿色建筑、节能 建筑材料等
节能交通技术：如电动汽车、公共 交通等
节能家电技术：如节能冰箱、节能 洗衣机等
节能工业技术：如节能生产工艺、 节能设备等
节能农业技术：如节水灌溉、节能 农业机械等
节能技术的选择与应用
节能技术的分类：包括节能技 术、节能材料、节能设备等
节能技术的选择：根据实际需 求和经济性进行选择
节能技术的应用：在生产、生 活、建筑等领域的应用
节能技术的发展趋势：智能化、 高效化、环保化等
节能技术：包括节能建筑、 节能交通、节能照明等
节能措施：包括节能政策、 节能教育、节能宣传等
节能原理的基本概念
节能原理：通过减少能源消耗， 提高能源利用效率，实现节能减 排
能源利用效率：指单位能源消耗 所能获得的有用能源量
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耗
混合动力汽 车：结合内 燃机和电动 机，提高燃
油效率
节能轮胎： 降低滚动阻 力，减少油
耗
节能驾驶技 术：合理控 制车速和加 速，减少燃
油消耗
公共交通： 鼓励使用公 共交通工具， 减少私家车 使用，降低
交通能耗
智能交通系 统：优化交 通流量，减 少拥堵，降
低能耗
其他领域节能技术
建筑节能技术：如保温材料、 太阳能利用等
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按照应用领域分类：如建筑节能 技术、交通节能技术、工业节能 技术等
按照节能效果分类：如高效节能 技术、中效节能技术、低效节能 技术等
常见节能技术介绍
节能照明技术：如LED照明、太阳 能照明等
节能建筑技术：如绿色建筑、节能 建筑材料等
节能交通技术：如电动汽车、公共 交通等
节能家电技术：如节能冰箱、节能 洗衣机等
节能工业技术：如节能生产工艺、 节能设备等
节能农业技术：如节水灌溉、节能 农业机械等
节能技术的选择与应用
节能技术的分类：包括节能技 术、节能材料、节能设备等
节能技术的选择：根据实际需 求和经济性进行选择
节能技术的应用：在生产、生 活、建筑等领域的应用
节能技术的发展趋势：智能化、 高效化、环保化等
化工节能基本原理
(3) 设置废热锅炉，产生蒸汽 如果烟道气温度很高，尤其是一 些工业加热炉或吸热反应的高温反 应炉(例如催化重整加热炉的余热 回收)，可以在对流段设置废热锅 炉，利用高温烟道气产生蒸汽。其 热效率可由(不回收)58%提高到 84%(回收)。
• • • • • • • • • •
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•
(4) 减少空气过剩系数 过量的空气是锅炉和工业加热炉的基本操作变量之一，并且是节 能的重要因素。 1)空气过剩系数或过量空气 空气过剩系数=(实际空气用量/理论空气用量) ×100% 过量空气=((实除空气用量-理论空气用量)/理论空气用量)×100% 不过这两个量常常混用。 所谓理论空气用量就是燃料按化学反应计量比需要的理论用氧量 对应的空气用量。也就是燃料完全燃烧所需要的理论最小空气量，如 C+O2=CO2 (1；1) 理论空气量=1×(100/21)=476 mol/mol(C) 在实际操作中，用理论空气量难以使燃烧完全的，为了保证燃烧 完全必须加入一定量的过量空气，必须的过量空气与燃料性质，炉子 和燃烧器的结构以及操作条件有关。其中最重要的因素是燃料的性质 和种类。一般烧煤的过量空气为15～60%，烧天然气 5～10%。在保 证燃烧完全的前提下，过量空气越大，加入的惰气N2 和过量的O2 就 越多，形成的烟气量越大，带走的热损失越多。应加以控制和避免。 通常，空气过剩系数或过量空气可以根据烟道气成分通过物料衡算 求得。
1.4第一定律在能量分析中的作 用
根据第一定律，可以作出一个装 置、任何部门乃至总个国家的能量 平衡，由此可作出相应的能流图。 • 能流图可以揭示能源构成、使用 分布、以及利用和废弃情况，表现 出能量转化和使用结果。
•
1.5热力学第二定律和有效能概 念
•
化工节能原理与技术课件-XXXX09
1.1 能源概念
1. 能源-Energy Source：?
能够为人类提供某种形式能量（机械能、 热能、电能、化学能等）的自然资源及其转 化物。或者说是能量的来源称为能源。如太 阳能、风能、化石燃料、水力等。
2. 能源形式：
太阳能 风能 水能 生物质能 地热能 潮汐能 核能
（煤、气、油）矿物质能源、电能、氢能等
化学工业有一个重要的特点，就是煤、 石油、天然气等既是化学工业的能源、又 是化学工业的原料，该两项加起来占产品 成本25~40％，在氮肥行业达70~80％。因 此广义的化学工业是工业部门中的第一用 能大户。这一特点使得节能工作在化学工 业中有着极为重要的意义。
1.我国的节能政策现况
党中央、国务院高度重视节能工作： 胡锦涛总书记、温家宝总理多次就节约能源资源工 作做出重要指示 。
2.4 传统能源技术进展
传统能源主要是化石燃料，按埋藏的能 量的数量的顺序分有煤炭类、石油、油页岩、 天然气和油砂。
• 中文名称：
– 油页岩 oil shale;kerogen shale
• 其他名称：
– 油母页岩
• 定义1：
– 灰分高于50%的腐泥型固体可燃矿产。
• 应用学科：
– 电力（一级学科）；燃料（二级学科）
• 19世纪中叶雷诺(Etienne Lenoir l822—1900年)发 明了燃气发动机
• 19世纪中叶又发明了内燃机，从而开发出了汽车 • 在1903年由汽车工人莱特兄弟制造的发动机动力
飞机试飞成功
• 20世纪初，通过火力发电和水力发电生产的大量 电能，再通过输配电网络，使各种各样的用电产 业获得惊人的进步和发展
中国能源可持续发展的对策
三个手段： • 加强政府的宏观决策和行政管理 • 运用市场机制的调节作用 • 利用经济增长的机遇
节能原理与技术(第2章 节能原理)
第2章 节能原理
能量利用经济性指标
收益 效率 代价
效率。
从能量“质量”的角度考虑，效率通常用
对于动力循环，如果循环所做的功为W，从高温热源 吸收的热量为Q1，则循环的 效率 ex 为：
ex
Ex ,W Ex ,Q1
对于制冷循环，如果循环所消耗的功为W，从低温热 源吸收的热量为Q2，则循环的 效率 ex 为：
注意：节流过程焓值并非处处相等
广东海洋大学能源与动力工程学科
第2章 节能原理
热力学第一定律揭示规律
能量守恒与转换定律 能量之间数量的关系 所有满足能量守恒与转换定律的过 程是否都能自发进行？
广东海洋大学能源与动力工程学科
第2章 节能原理
2.3 热力学第二定律
自发过程的方向性
自发过程：不需要任何外界作用而自动进行的过程。 热量由高温物体传向低温物体 摩擦生热 水自动地由高处向低处流动 电流自动地由高电势流向低电势 不同气体的混合过程、燃烧过程 …… 自发过程是 不可逆的
广东海洋大学能源与动力工程学科
第2章 节能原理
2、动力机械 各种热力发动机，如 燃气轮机、蒸汽轮机等， 都是利用工质膨胀作功， 对外输出轴功 ws 。
1 2 q h c f g z ws 2
由于采取了良好的保温隔热措施，通过设备外壳的 散热量极少，认为绝热过程，即q=0，且动能、位能的 变化可以忽略，则有：
1 2 2 膨胀功 w ( p2 2 p11 ) (c f 2 c f 1 ) g ( z2 z1 ) ws 2 因此 w ( p22 p11 ) wt
广东海洋大学能源与动力工程学科
第2章 节能原理
膨胀功 w ( p22 p11 ) wt
节能原理与技术-教学版-2ppt课件
核电，适度发展煤电。 l城市一次能源消耗主要以油与天燃气为主，煤炭的直接
利用将逐渐禁止。
.
3.2 能源工业面临的主要挑战
巨量能源需求与有限能源资源之间的巨大矛盾。 传统能源开采与资源环境破坏之间的巨大矛盾。 化石燃料消耗利用与环境污染之间的巨大矛盾。 能源消耗与社会经济可持发展之间的矛盾。 能源利用效率对国家企业竞争力的影响。 国家社会要求与企业能源利用现状之间的巨大矛盾。 地方保护与中央政府之间的矛盾。 能源利用效率与企业市场竟争力之间的矛盾。 能源核心关键技术原始创新能力与国家社会需求之间的矛盾。
能源种类
重量
折标准煤系数
柴油
t
1.4571tce
煤矸石
t
0.1714tce
木炭
t
1.143tce
水 电 热力
m3 kWh GJ
0.0857kgce 1.229tce
0.03412kgce/MJ
.
4 工业生产能耗评价指标
生产总能耗：一个企业在考察时间期限内消耗的总能量。 单位能耗：单位产量或单位产值所消耗的某种能源量。 单位产品能耗：企业生产某一件产品或设备所消耗的能量。 工业增加值能耗：是指一定时期内,一个国家或地区每生产
.
当量标准煤（tce，当量值)：简单的能量单位之间的换算 关系，由热功当量换热系数推演而来，只考虑能量数量 间的关系，未考虑能量质量间的差别。
如，电→当量标准煤时，折标系数为： 1.229tce/万kWh
.
等价标准煤（tce，等价值)：是考虑了不同能源形式或载体 的能量品质差别后的一种折标方法。
（6）交通运输行业：该行业的 生产工艺过程主要以油、气及电 力为能源驱动动力装置，通常伴 随有较大的余热能及烟气污染我 物产生。
利用将逐渐禁止。
.
3.2 能源工业面临的主要挑战
巨量能源需求与有限能源资源之间的巨大矛盾。 传统能源开采与资源环境破坏之间的巨大矛盾。 化石燃料消耗利用与环境污染之间的巨大矛盾。 能源消耗与社会经济可持发展之间的矛盾。 能源利用效率对国家企业竞争力的影响。 国家社会要求与企业能源利用现状之间的巨大矛盾。 地方保护与中央政府之间的矛盾。 能源利用效率与企业市场竟争力之间的矛盾。 能源核心关键技术原始创新能力与国家社会需求之间的矛盾。
能源种类
重量
折标准煤系数
柴油
t
1.4571tce
煤矸石
t
0.1714tce
木炭
t
1.143tce
水 电 热力
m3 kWh GJ
0.0857kgce 1.229tce
0.03412kgce/MJ
.
4 工业生产能耗评价指标
生产总能耗：一个企业在考察时间期限内消耗的总能量。 单位能耗：单位产量或单位产值所消耗的某种能源量。 单位产品能耗：企业生产某一件产品或设备所消耗的能量。 工业增加值能耗：是指一定时期内,一个国家或地区每生产
.
当量标准煤（tce，当量值)：简单的能量单位之间的换算 关系，由热功当量换热系数推演而来，只考虑能量数量 间的关系，未考虑能量质量间的差别。
如，电→当量标准煤时，折标系数为： 1.229tce/万kWh
.
等价标准煤（tce，等价值)：是考虑了不同能源形式或载体 的能量品质差别后的一种折标方法。
（6）交通运输行业：该行业的 生产工艺过程主要以油、气及电 力为能源驱动动力装置，通常伴 随有较大的余热能及烟气污染我 物产生。
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化工节能 原理与技术
Chemical Process Energy Conservation
吴卫泽
北京化工大学
化学工程学院
第二章 节能的热力学原理
2-3h
热力学原理：
z 能量 z 热力学第一定律 z 热力学第二定律
2.1 基本概念
复习
z 热力系统 z 平衡状态 z 状态参数（温度、压力、比容和密度、内
z 其它元素以在T0、P0下纯态最稳定的物质作为基准物。
2.4.3 机械形式能量的
z 运动系统所具有的宏观动能和位能
c2/2, gz
z 通过系统边界，发生体积变化对外做功
热机 (气缸)
环境压力：p0 -W
Ew ＝ W12 － p0 （V2－V1） Aw ＝ p0（V2 － V1）
2.4.4 热量的 和
(5)热量的 和
z 温度低于环境温度时，热量 和 在T－S图 上的表示
EQ Q
(6)热量 和
单位热量的 与温度的关系
EQ /Q
z T≥T0，热量 小于热量； T<T0，冷量 可以小于、等于、 甚至大于热量本身。
z 温差传热要引起 损失，在温差相同、传热量相同条 件下，低温时的 损失，要比高温时大得多。
2.4.5 封闭系统的
z 定义：任一封闭系统从给定状态以可逆的方式转 变到环境状态，并只与环境交换热量时所能作出 的最大有用功。
z 能量：宏观动能、位能和内能。
环境基准状态的环境模型：斯蔡古特模型、龟山－吉 田模型
例如：龟山－吉田模型 z 基准温度，环境温度，T0 ＝ 298.15 K（25 oC） z 基准压力，环境压力，p0 ＝ 1 atm z 大气中气态基准物组成：
组分
N2
O2
H2O CO2 Ar
Ne
He
组成％ 75.60 20.34 3.12 0.03 0.91 0.0018 0.00052
自发 平衡
熵增加原理：系统经绝热过程由一状态到达另一状态， 熵值不减少；自发变化的结果，必使孤立系统的熵增加 (孤立系统中可以发生的实际过程都是自发过程)
方向：孤立系统的熵增加 限度：孤立系统熵值达到最大——平衡态
2.4 能量的 计算
2.4.1 (Exergy)和 (Anergy)的提出
z 能量的分类（不同形式的能量之间的转化）
-δQ
可逆机δWAδQ0 Nhomakorabea0(4)热量的 和
T<T0 T -δQ
可逆机
δWA
δQ0 T0
(4)热量的 和
当系统温度低于环境温度 (T<T0) 时，
和 的表达式为：
T<T0 T -δQ
体系得到热量（Q>0)时， （EQ<0）；
体系放出热量（Q<0)时， （EQ>0）
减小 增大
可逆机
δWA
δQ0 T0
9 开尔文说法：不可能从单一热源吸取热量使之 完全变为有用功而不产生其他影响。
9 普朗克说法：不可能制造一个机器，使之在循 环动作中把一重物升高，而同时使一热源冷却。
z 卡诺定理的表述。WMAX=Q(1-T0/T) z 熵的概念和孤立系统的熵增原理
卡诺定理
pA
● Q1，T1 B
●
D●
T2，Q2
●C
V 卡诺循环
一般开口系统的能量衡算式：
δQ
δm1
δm2
δW
式中
稳定流动体系的系统能量衡算式
在稳定流动的条件下， dU系统＝0，δm1＝ δ m2
能量衡算式为
对于单位质量为
对于多股物质流进出开口体系时
1
2.3 和热力学第二定律
z 热力学第二定律的表述
9 克劳修斯说法：不可能把热从低温物体传至高 温物体而不引起其他变化。
z 第一类，具有完全转换能力的能量，如机械能、电 能等
z 第二类，具有部分转换能力的能量，如热能和物质 的内能或焓等
z 第三类，完全不具有转换能力的能量，如处于环境 状态下的热能等
把在周围环境条件下，任一形式的能量中
理论上能够转换为有用功的那部分能量
能量中不能够转化为有用功的那部分能量
能量 ＝ ＋
z 热机为例来说明
T δQ
可逆机
δWA
-δQ0 T0
（T>T0）
（可逆
）
(2)热量的 和
对于可逆热机，ΔS产＝0，那么 热量㶲 热量
可逆过程
热量 热量
(3)热量的 和
z 热源温度恒定：
z 热源温度变化：
3
(4)热量的 和
当系统温度低于环境温度 (T<T0) 时，热量 可以设想一个工作在环境和物系温度之间的可 逆热机 T<T0 T
热机最大输出功
T1 Q1
可逆机
W
-Q2 T2
（T1>T2）
热力学第二定律的数学表达式 对一不可逆循环，如图A →B →A
得：
不可逆 可逆
可逆 ∆S产＝0 不可逆 ∆S产 >0
——热力学第二定律的数学表达式
熵增原理及平衡的熵判据
¾ 绝热过程，δQ = 0，则有 ¾ 孤立系统，δQ = 0，则有
不可逆 可逆
2
2.4.2 物系与环境的基准状态
物理基准态 z 基准温度，环境温度，T0＝298.15K（25oC） z 基准压力，环境压力，p0＝1atm z 基准相态
化学基准态 化学能量（ ）是由于系统的组成 物质及成分与环境不同而引起的。 z 基准物 基准物是在环境状态下处于平衡的、最稳定 的物质。
基准物的特点（1）每种元素都有其相应的基准物； （2）环境（大气、海洋、地表）中能存在的物质； （3）基准物之间不可能发生任何自发的化学变化； （4）各种基准物都应是相应元素的最稳定物质，其能 量值（ ）为0。
(7)热量 和
z 例2－2（P43）把100kPa、127oC的1kg空气可逆加热到 427oC，试求所加热量中的 和 。空气的平均定压比 热容cp＝1.004kJ/(kg.K)。设环境的大气温度为27oC。
解：空气吸收的热量为：
空气在吸收热量过程中熵的变化为：
所加热量中的 为：
所加热量中的 为：
4
(8)热量 和
例2－3（P44）在某一低温装置中将空气自600kPa 和27oC定 压预冷至－100oC，试求1kg空气所获冷量的 和 。空 气的平均定压比热容cp＝1.0kJ/(kg.K)。设环境的大气温 度为27oC。
解：空气获得的冷量为：
空气在冷却过程中熵的变化为：
空气所获冷量的 为：
所获冷量的 为：
能、焓、熵和 等）和状态方程 z 功和热 z 可逆过程
2.2 能量与热力学第一定律
输入系统的能量－输出系统的能量 ＝ 系统储存能量的变化
闭口系统能量衡算
∆U ＝ Q - W
单位质量形式 Δu ＝ q － w
微分形式
du ＝ δq － δ w
2.2 能量与热力学第一定律
输入系统的能量－输出系统的能量 ＝ 系统储存能量的变化
Chemical Process Energy Conservation
吴卫泽
北京化工大学
化学工程学院
第二章 节能的热力学原理
2-3h
热力学原理：
z 能量 z 热力学第一定律 z 热力学第二定律
2.1 基本概念
复习
z 热力系统 z 平衡状态 z 状态参数（温度、压力、比容和密度、内
z 其它元素以在T0、P0下纯态最稳定的物质作为基准物。
2.4.3 机械形式能量的
z 运动系统所具有的宏观动能和位能
c2/2, gz
z 通过系统边界，发生体积变化对外做功
热机 (气缸)
环境压力：p0 -W
Ew ＝ W12 － p0 （V2－V1） Aw ＝ p0（V2 － V1）
2.4.4 热量的 和
(5)热量的 和
z 温度低于环境温度时，热量 和 在T－S图 上的表示
EQ Q
(6)热量 和
单位热量的 与温度的关系
EQ /Q
z T≥T0，热量 小于热量； T<T0，冷量 可以小于、等于、 甚至大于热量本身。
z 温差传热要引起 损失，在温差相同、传热量相同条 件下，低温时的 损失，要比高温时大得多。
2.4.5 封闭系统的
z 定义：任一封闭系统从给定状态以可逆的方式转 变到环境状态，并只与环境交换热量时所能作出 的最大有用功。
z 能量：宏观动能、位能和内能。
环境基准状态的环境模型：斯蔡古特模型、龟山－吉 田模型
例如：龟山－吉田模型 z 基准温度，环境温度，T0 ＝ 298.15 K（25 oC） z 基准压力，环境压力，p0 ＝ 1 atm z 大气中气态基准物组成：
组分
N2
O2
H2O CO2 Ar
Ne
He
组成％ 75.60 20.34 3.12 0.03 0.91 0.0018 0.00052
自发 平衡
熵增加原理：系统经绝热过程由一状态到达另一状态， 熵值不减少；自发变化的结果，必使孤立系统的熵增加 (孤立系统中可以发生的实际过程都是自发过程)
方向：孤立系统的熵增加 限度：孤立系统熵值达到最大——平衡态
2.4 能量的 计算
2.4.1 (Exergy)和 (Anergy)的提出
z 能量的分类（不同形式的能量之间的转化）
-δQ
可逆机δWAδQ0 Nhomakorabea0(4)热量的 和
T<T0 T -δQ
可逆机
δWA
δQ0 T0
(4)热量的 和
当系统温度低于环境温度 (T<T0) 时，
和 的表达式为：
T<T0 T -δQ
体系得到热量（Q>0)时， （EQ<0）；
体系放出热量（Q<0)时， （EQ>0）
减小 增大
可逆机
δWA
δQ0 T0
9 开尔文说法：不可能从单一热源吸取热量使之 完全变为有用功而不产生其他影响。
9 普朗克说法：不可能制造一个机器，使之在循 环动作中把一重物升高，而同时使一热源冷却。
z 卡诺定理的表述。WMAX=Q(1-T0/T) z 熵的概念和孤立系统的熵增原理
卡诺定理
pA
● Q1，T1 B
●
D●
T2，Q2
●C
V 卡诺循环
一般开口系统的能量衡算式：
δQ
δm1
δm2
δW
式中
稳定流动体系的系统能量衡算式
在稳定流动的条件下， dU系统＝0，δm1＝ δ m2
能量衡算式为
对于单位质量为
对于多股物质流进出开口体系时
1
2.3 和热力学第二定律
z 热力学第二定律的表述
9 克劳修斯说法：不可能把热从低温物体传至高 温物体而不引起其他变化。
z 第一类，具有完全转换能力的能量，如机械能、电 能等
z 第二类，具有部分转换能力的能量，如热能和物质 的内能或焓等
z 第三类，完全不具有转换能力的能量，如处于环境 状态下的热能等
把在周围环境条件下，任一形式的能量中
理论上能够转换为有用功的那部分能量
能量中不能够转化为有用功的那部分能量
能量 ＝ ＋
z 热机为例来说明
T δQ
可逆机
δWA
-δQ0 T0
（T>T0）
（可逆
）
(2)热量的 和
对于可逆热机，ΔS产＝0，那么 热量㶲 热量
可逆过程
热量 热量
(3)热量的 和
z 热源温度恒定：
z 热源温度变化：
3
(4)热量的 和
当系统温度低于环境温度 (T<T0) 时，热量 可以设想一个工作在环境和物系温度之间的可 逆热机 T<T0 T
热机最大输出功
T1 Q1
可逆机
W
-Q2 T2
（T1>T2）
热力学第二定律的数学表达式 对一不可逆循环，如图A →B →A
得：
不可逆 可逆
可逆 ∆S产＝0 不可逆 ∆S产 >0
——热力学第二定律的数学表达式
熵增原理及平衡的熵判据
¾ 绝热过程，δQ = 0，则有 ¾ 孤立系统，δQ = 0，则有
不可逆 可逆
2
2.4.2 物系与环境的基准状态
物理基准态 z 基准温度，环境温度，T0＝298.15K（25oC） z 基准压力，环境压力，p0＝1atm z 基准相态
化学基准态 化学能量（ ）是由于系统的组成 物质及成分与环境不同而引起的。 z 基准物 基准物是在环境状态下处于平衡的、最稳定 的物质。
基准物的特点（1）每种元素都有其相应的基准物； （2）环境（大气、海洋、地表）中能存在的物质； （3）基准物之间不可能发生任何自发的化学变化； （4）各种基准物都应是相应元素的最稳定物质，其能 量值（ ）为0。
(7)热量 和
z 例2－2（P43）把100kPa、127oC的1kg空气可逆加热到 427oC，试求所加热量中的 和 。空气的平均定压比 热容cp＝1.004kJ/(kg.K)。设环境的大气温度为27oC。
解：空气吸收的热量为：
空气在吸收热量过程中熵的变化为：
所加热量中的 为：
所加热量中的 为：
4
(8)热量 和
例2－3（P44）在某一低温装置中将空气自600kPa 和27oC定 压预冷至－100oC，试求1kg空气所获冷量的 和 。空 气的平均定压比热容cp＝1.0kJ/(kg.K)。设环境的大气温 度为27oC。
解：空气获得的冷量为：
空气在冷却过程中熵的变化为：
空气所获冷量的 为：
所获冷量的 为：
能、焓、熵和 等）和状态方程 z 功和热 z 可逆过程
2.2 能量与热力学第一定律
输入系统的能量－输出系统的能量 ＝ 系统储存能量的变化
闭口系统能量衡算
∆U ＝ Q - W
单位质量形式 Δu ＝ q － w
微分形式
du ＝ δq － δ w
2.2 能量与热力学第一定律
输入系统的能量－输出系统的能量 ＝ 系统储存能量的变化