第六章 化工过程的能量分析1
【课件】第6章第1讲能量平衡方程PPT
三、能量平衡方程
能量守恒与转换 一切物质都具有能量，能量是物质固有的特性。 能量可分为两大类，一类是系统蓄积的能量，如
动能、势能和热力学能，它们都是系统状态的函 数。另一类是过程中系统和环境传递的能量，常 见有功和热量，它们不是状态函数，而与过程有 关。 热量是因为温度差别引起的能量传递，做功是由 势差引起的能量传递。因此，热和功是两种本质 不同且与过程传递方式有关的能量形式。
二、热力学第一定律
孤立系统热力学第一定律 孤立系统无论经历何种变化，其能量守恒。孤立系
统中各种能量的形式可以相互转化，但能量不会凭 空产生，也不会自行消灭，能量在各种形式之间进 行转化时，总的能量数值保持不变。
二、热力学第一定律
封闭系统的热力学第一定律
封闭系统是指那些与环境之间只有能量交换而无物质 交换的系统。没有物质交换表示与物质交换相关的动 能和势能的变化项为零，于是封闭系统的热力学第一 定律可表示为
四、稳流系统的热力学第一定律及其应用
在截面1 至2 之间的任何一点处的流体，既受到它上游 流体的推动，也同时推动下游流体，做功数值一致，但 是方向相反，因此相互抵消，流动净功为零。
H =U +pV
∴
四、稳流系统的热力学第一定律及其应用
讨论： (1) 流体流经换热器、反应器等传质设备
单位质量的流体带入、带出能量的形式为动能 (u2/2)，势能(gZ)和热力学能(U)。
E1
U1
1 2
u12
gz1
E2
U2
1 2
u22
gz2
6.1.2 能量平衡方程
系统与环境交换功W，实际上由两部分组成。一
第6章-化工过程的能量分析
2. 稳定稳流定动流化动学化反应学过反程应的过理程想理功想功的计算
某化学反应，理想功为正，向外供能；理想功 为负值，耗能。
标 准 终 态 下 理 想 功 计 算式
Wid H T0S
H 为 标 准 反 应 热
H＝
p
H
f
p
R
H
f
R
p
R
2023/11/2
标 准 状 态 下 化 学 反 应 的熵 变
2023/11/2
WL与T0/T成正比关系，流体温度越低， WL越大。 节流过程是流动过程的特例。为了减少功 损耗要避免节流过程。 气体的体积大于液体的体积，WL与体积成 正比，因此，气体节流的WL大于液体的WL。 对此，应避免节流过程。
2023/11/2
均相物系的分离，如气体混合物和液体混合 物的分离，常见的有精馏、吸收、萃取、蒸发、 结晶、吸附等过程。
S
p
S
p
R
S
R
p
R
标 准 状 态 下 ， 恒 温T0
G H T0S
2023/11/2
Wid H T0S G
Wid G
R
Gf
R
p Gf p
R
p
3. 不可逆过2程、的不损可耗逆功过程的损耗功WL
WL Wid Ws 恒质量流体为计算基准
Wid T0Ssys hsys Ws Q hsys Wid Ws T0Ssys Q
6.2 化工单元过程的热力学分析
传热过程 流体流动过程 分离过程 化学反应过程
2023/11/2
1. 传热过程的不可逆损耗功来自热的温差。
换 热 器 高 温 流 体 给 出QH， 低 温 时 得 到QL , 且 QH QL Q 则传热过程的热损耗为
化工热力学第六章
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 状态密切相关外，还与过程的性质有关。若过 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做功的能量大小， 1932年Keenen提出了㶲的概念。
2.㶲(Exergy, Ex) 定义：任何体系在一定状态下的㶲Ex是该体系由 所处的状态(p, T)以完全可逆的方式变化到与环 境处于平衡的状态(p0, T0)时所作出的最大有用 功（即理想功）。 3.火无(Ax) 不能转变为有用功的那部分能量。
Note： Wid与Ex的区别及联系 Wid=∆H -T0∆S =(H2-H1)-T0(S2-S1) Ex=T0∆S-∆H=T0(S0-S)-(H0-H) (6-47)
式(6-47)表明体系㶲的大小取决于系统状态和环境 状态的差异，这种差异可能是物理参数(T, p)不 同引起的，也可能是组成不同引起的。
在飞轮上做的可利用的功 Wid 体系对抗大气压所做的膨胀功-p0∆V，无法加以利用，但 又无法避免；相反，在压缩过程中，接受大气所给的功 是很自然，不需付出代价，在计算理想功时应将其扣除。 故非流动过程的Wid为： Wid= WR + p0∆V =(U2-U1)- T0(S2-S1) + p0∆V 结论： ① Wid决定于体系的始末态和环境状态(T0, p0)，与过程无 关； ②体系发生状态变化的每一个实际过程都有其对应的理想 功。
（4）不可逆过程 I.有摩擦，过程进行有一定速度； II. 体系内部不均匀（有扰动、涡流等现象）； III. 逆向进行时，体系恢复始态，环境留下痕迹； IV.若相同始末态的可逆过程相比较，产功小于可 逆过程，耗功大于可逆过程。
8. 第六章 化工过程的能量分析
2）稳态流动体系：
d (mE)体系 u2 u2 （H gZ） （H gZ） m２ Q Ws 1m1 ２ 2 2
m1 m2 m
稳定流动体系没有 物质及能量的积累
m1 m2 dm
d (mE)体系 0
u2 u2 （H gZ） （H gZ） m２ Q Ws 0 1m1 ２ 2 2 单位质量稳流体系的能量方程：
热量是因为温度差别引起的能量传递，而做功是由势 差引起的能量传递。
因此，热和功是两种本质不同且与过程传递方式有关 的能量形式。
不是状态函数
当能量以热和功的形式传入体系后， 增加的是内能。
a. 内能
U=f(T,P, x)
系统内部所有粒子除整体势能和整体动能外， 全部能量的总和。
分子内动能：分子不是静止，在任一时刻做平 动、转动和振动。 分子内势能：分子间具有相互作用力，同时分 子间存在相互间的距离。 分子内部的能量：分子由原子构成，原子由原 子核和核外高速运转的电子构成，它们会带来一 定能量。
④阀门的节流
H
u 2
2
gZ Q Ws
将流体通过阀门前后所发生的状态变化。 ——节流过程 throttling process ∵ △Ek=0；△Ep=0 ；Ws=0；Q=0
∴ △H =0
H1=H2
理想气体通过节流阀温度不变
混合设备
混合两种或多种 流体是很常见的。
混合器
混合设备
H u 2
2 dH udu gdZ Q W
dH dU pdV Vdp
gZ Q Ws
H U pV
dU Q pdV
Vdp udu gdZ WS
C6化工过程的能量分析
H
1 u2 2
gZ
1
m1
dt
H
1 u2 2
gZ
2
m2
dt
Q
dt
Ws
dt
d mE
dt
d mE 0, m1 m2 m
H
1 2
u2
gZ
m
1
H
1 2
u2
gZ
m
2
Q
Ws
0
u1
p1,T1,V1,U1，H1
H
1 2
u2
gZ
m 1
H
1 2
u2
gZ
m 2
Q
Ws
0
6.1.2 能量平衡方程
从能量守恒可导出普遍条件下适用的能量平衡方程。
m1 m2 dm
dt dt dt
p1,T1,V1,U1,u1,H1 δm1
W W f＋WS
V
W f F l pA A pV
Z1
δWs, δQ
dE/dt, dm/dt,
p2,T2,V2,U2,u2,H2 δm2
W
WS
pV
m 1
pV m 2
Z2
E m 1
E m
2
Q
W
d mE
dt
dt
dt dt
dt
E
m 1
E m 2pV m 1 NhomakorabeapV m 2
Q
Ws
d mE
dt
dt
dt
dt
dt dt
dt
E m 1
E m 2
pV
m 1
pV m 2
Q
Ws
d mE
第6章-化工过程能量分析
第6章 化工过程能量分析重点难点：能量平衡方程、熵平衡方程及应用，理想功和损失功的计算，有效能的概念及计算，典型化工单元过程的有效能损失。
1) 能量平衡方程、熵平衡方程及应用(1) 能量平衡方程及其应用根据热力学第一定律：体系总能量的变化率＝能量进入体系的速率-能量离开体系的速率可得普遍化的能量平衡方程：t V p W Q gZ u H m gZ u U m t kk k k d d 22d d s 12sy st 2-++⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++∑= 式中左边项代表体系能量的变化，右边项第一项表示质量流带入、带出的能量，后三项表示体系与环境热和功的交换量。
注意：式中H 为单位质量的焓，u 2/2为单位质量的动能，gZ 为单位质量的位能，内能、动能和位能(g =9.81m/s 2)之和为单位质量流体的总能量E ：gZ u U E E U E p k ++=++=221 符号规定：进入体系的质量流率m k 为正，体系吸热Q 为正，环境对体系做功W 为正(体系得功为正)。
上式适用于任何过程，不受过程是否可逆或流体性质的影响。
要对一个过程进行能量分析或能量衡算，应该根据过程的特点，正确分析能量平衡方程式中的各个项，化简能平式，关键是要会分析题意特点，能平式中各项的含义要明白。
① 对封闭体系：忽略动、位能的变化，则能平式变为W Q U δδd +=积分，可得 W Q U +=Δ此即为封闭体系热力学第一定律的数学表达式。
② 稳态流动体系(简称稳流体系)稳态流动过程是指物料连续地通过设备，进入和流出的质量流率在任何时刻都完全相等，体系中任一点的热力学性质都不随时间变化，体系没有物质和能量的积累。
因此，稳流体系的特点：体系中任一点的热力学性质都不随时间而变；体系没有物质及能量的积累。
对一个敞开体系，以过程的设备为体系，即为稳流体系。
其能平式可化为 02s 12=++⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++∑=W Q gZ u H m k kk k 把上式中第一项进、出分开，即得：022s out2in 2=++⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++W Q m gZ u H m gZ u H 单位质量的稳流体系的能量方程式：022s out2in 2=++⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++W Q gZ u H gZ u H s 2ΔΔ21ΔW Q Z g u H +=++ 式中∆H 。
第六章化工过程能量分析
得：
H1
u12 2源自gz1m1
H2
u22 2
gz2
m2
Q
Ws
不受流体属性的限制，也不受其过 程的限制。在实际过程中，能量平衡
d
m
U
u2 2
gz
方程可以进行适当简化，下面我们就
具体讨论能量平衡方程的应用。
第六章 化工过程能量分析
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。 本章目的：学习能量分析的原理和方法
1
第六章 化工过程能量分析
6.1 能量平衡方程
8
三、能量平衡方程的应用
封闭体系：无质量交换，限定质量体系
m1=m2=m δm1=δm2=dm=0
Q
Ws
d
m U
u2 2
gz
又
d
u2 2
0
d gZ 0
不存在流动功： WS = W
Q W mdU
自发的过程是不可逆的
自发与非自发过程决定于物系的始、终态与环境状态； 可逆与非可逆过程是（考虑）过程完成的方式，与状态没 有关系。
自发过程：不消耗功
才可进行的过程
非自发过程：消耗功
19
二、热功转化和热量传递的方向和限度
1.热量传递的方向和限度
高温
自发
化工过程的能量分析PPT培训课件
化工过程能量分析的基本原则
系统性原则
将化工过程作为一个整 体系统来考虑，全面分 析各环节的能量流动和
转换。
效率优先原则
以提高能源利用效率为 目标，关注节能降耗的
潜力。
定量分析原则
通过数据和计算，客观 评估能量利用情况和损
失程度。
持续改进原则
不断优化和改进工艺流 程，实现能源利用的最
优化。
02
化工过程的能量平衡分析
02
它通过识别和计算化工过程中的 各种能量消耗和损失，为优化工 艺流程、提高能源利用效率和降 低能耗提供科学依据。
化工过程能量分析的目的和意义
目的
通过对化工过程的能量分析，发 现能量损失和浪费的原因，提出 改进措施，实现能源的高效利用 和减少环境污染。
意义
有利于提高化工企业的经济效益 ，促进可持续发展，同时也有助 于推动化工行业的科技进步。
能量评价的标准和指标
总结词
掌握能量评价的标准和指标，以及如何应用 这些标准和指标进行化工过程的能量评价。
详细描述
能量评价是评估化工过程能源利用效率和经 济效益的重要手段。评价的标准和指标包括 能量平衡、能效比、能源成本等。通过这些 标准和指标的应用，可以全面了解化工过程 的能源利用状况，发现存在的问题和改进空
• 智能化和信息化技术的发展，将为化工过程能量分析提供更多的数据支持和计 算手段。例如，利用大数据、人工智能等技术对化工过程进行实时监测和智能 优化，可以实现更精准的能耗管理和节能降耗。
THANKS
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节能技术的实例和分析
实例二
能量系统优化在化工过程中的应用
分析
能量系统优化是一种综合节能技术，通过对整个生产过程的能量进行系统优化，实现能 源利用效率的最大化。在化工过程中，能量系统优化可以通过对工艺流程进行改进、对 设备进行集成等方式实现。优化后的能量系统可以提高生产效率、降低能源消耗和生产
化工过程能量分析
化工过程能量分析引言化工过程能量分析是一种重要的工程分析方法，用于评估化工过程中能量的转化和利用情况。
能量是化工过程中最基础的要素之一，对于化工产品的生产、能源消耗和环境影响起着至关重要的作用。
通过对化工过程的能量分析，可以优化能源利用，减少能源消耗，提高化工工艺的可持续性和经济性。
能量分析的基本原理能量分析基于能量守恒定律，认为能量是不可创造也不可消灭的，只能从一种形式转化为另一种形式。
在化工过程中，能量可以以多种形式存在，如热能、电能、机械能等。
能量分析的基本原理是追踪能量在化工过程中的流动和转化，以确定能量的输入、输出和损失。
能量分析的步骤1.确定能量流的路径：首先需要识别化工过程中能量流的路径，包括原料输入、能量转化和产物输出过程。
通过图表或流程图的形式清晰地表示能量流动的路径。
2.测量和计算能量输入和输出：对于能量流经过的每个环节，需要进行能量输入和输出的测量和计算。
常用的测量工具包括温度计、流量计、压力计等。
通过对能量输入和输出的测量和计算，可以得到能量平衡。
3.确定能量损失和效率：计算能量损失和能量转化的效率是能量分析的重要步骤。
能量损失的原因可以包括传热过程中的热损失、能量转化过程中的不完全转化等。
通过计算能量损失和效率，可以评估化工过程的能量利用情况。
4.优化能量利用：根据能量分析的结果，可以制定相应的措施来优化能量利用。
例如，通过改进设备设计、调整操作条件或采用新的能量转化技术来提高能量利用效率。
实例分析：乙烯生产过程的能量分析以乙烯生产过程为例，对其能量分析进行具体实例分析。
1.能量流路径：乙烯生产过程包括原料输入、反应转化和产物输出三个主要环节。
原料输入包括乙烷和空气，反应转化包括乙烷裂解生成乙烯，产物输出为乙烯。
2.能量输入和输出的测量和计算：通过测量乙烯生产过程中原料和产物的温度、流量和压力等参数，可以计算能量输入和输出。
如乙烷的燃烧产生的热量为能量输入，乙烯产物的冷却散热为能量输出。
化工热力学第六章化工过程能量分析
Sg 0 Sg 0 Sg 0
不可逆过程 可逆过程 不可能过程
6.2.2 熵平衡方程式
熵平衡的一般关系式:
熵入 熵出 熵产生 熵积累
熵流 S f (Q T )
物流流入
mi si
i
in
物流流出
Sg
m js j
j
out
mi si
in
j
mjsj
out
敞开系统放热为负（ QK ）0，吸热 Q为K 正值。
TK 是与敞开系统换热热源的绝对温度。
（6-16）
（1）敞开系统稳定流动过程:
对于稳流过程： dSopsys 0 dt
0
dSopsys dt
S f
Sg
i
misi
in j
mjsj
out
式（6-16）变为
亚音速
超音速
（2）扩压管: 在流动方向上流速降低、压力增大的 装置称为扩压管。
根据此式（6-8）、（6-9）可计算流体终温、质量流速、 出口截面积等, 因此它是喷管和扩压管的设计依据。 由热力学基本关系式可知
dH TdS Vdp Q Vdp 过程的 Q ，0 但T≠0，所以 dS 0
热力学第一定律及其应用
14、市场营销观念：目标市场，顾客需求，协调市场营销，通过满足消费者需求来创造利润。2024年9月15日星期日下午8时36分12秒20:36:1224.9.15
15、我就像一个厨师，喜欢品尝食物。如果不好吃，我就不要它。2024年9月下午8时36分24.9.1520:36September 15, 2024
Z
Vj
uj
化工过程能量分析.
第六章 化工过程能量分析1. 气体经过稳流绝热过程，对外作功，如忽略动能和位能变化，无摩擦损失，则此过程气体焓值 ( ).A. 增加 B ． 减少 C ．不变 D. 不能确定2. 要加热50℃的水，从热力学角度，用以下哪一种热源，损失功最小（ ） A.60℃的热水 B.80℃的热水 C.100℃的饱和蒸汽， D. 120℃的过热蒸汽3. 不可逆过程中孤立体系的（ ）A.总熵总是增加的，有效能也是增加的。
B.总熵总是减少的，有效能也是减少的。
C.总熵是减少的， 但有效能是增加的。
D. 总熵是增加的，但有效能是减少的。
4. 一封闭体系经过一变化，体系从25℃恒温水浴吸收热量8000kJ ，体系熵增25kJ/K ，则此过程是( )。
A. 可逆的B.不可逆的C. 不可能的5. 在431.15K 与286.15K 之间工作的热机的最大效率是 （ ） A. 91.77% B.50.70% C. 33.63% D.39.67%6. 体系从同一初态到同一终态，经历二个不同过程，一为可逆过程，一为不可逆过程，此二过程环境熵变存在（ ）。
A ．（ΔS 环）可逆< （ΔS 环）不可逆 B. （ΔS 环）可逆 >（ΔS 环）不可逆 C ．（ΔS 环）可逆 = （ΔS 环）不可逆 D ．（ΔS 环）可逆= 07. 按第二定律，无论什么过程体系的熵变 。
A.≤0B.≥0C.=0D.不确定8. 在孤立体系中，因不可逆性导致作功能力损失。
公式孤立S T W L ∆⋅=0（式中0T 为环境温度）是从传热过程推出的 。
A ．仅适用传热过程 B. 也适用传质过程 C ． 也适用流动过程 D. 任何过程都行9. 体系经不可逆循环又回到初态，则热温商的循环积分__________ A <0 Ｂ =０ C >010. 关于做功和加热本领的描述，不正确的是（ ） A 压力相同，过热蒸汽的做功本领比饱和蒸汽大。
B 温度相同，高压蒸汽的作功本领比低压蒸汽强。
热力化学第六章 化工过程热力学分析
Wid 耗功：a WS
T0 T0 Q低 Q 1 1 T L T I a T0 Q高 1 T H
T0 1 T L T0 1 T H
100%转化为理想功。 100%转化为理想功。
E XP
E XPh 部分转化为理想功。 E XC 部分转化为理想功。
稳流过程，流体具有的总有效能为：
EX EXK EXP EXPh EXC
6.3 过程热力学分析法
1）动能 和位能 100%转化为理想功。
E XK
2） 物理
6.2 化工单元过程的热力学分析
1. 流体流动过程的热力学分析 问题的提出： 由于流体流动有摩擦，包括流体的内摩擦及 流体与管道、设备的摩擦，使流体的一部分机械 能耗散为热能，导致功损耗，并有熵产生。 流体流动的推动力是压力差，为不可逆过程， 也有熵产生。 讨论流体流动过程的功损耗应首先找出熵产生 与压力降之间的关系：Δ Sg Δ p
6.2 化工单元过程的热力学分析
(4)换热过程的热力学效率： 例题6-9
H L Wid WL Wid a H H Wid Wid 无温差的传热过程，若无散热损失： a 1，但实际 生产中均为不可逆的有温差传热：
H L Wid Wid
a 1
思考： (1)热量全部回收，仍有功耗，为什么？
T Q ) Q(1 0 ) T T
|QH|=|QL|=Q
T0 ) TH T L Wid Q (1 0 ) TL
H Wid Q (1
损耗功： WL W
H id
T0 (TH TL )Q W TH TL
L id
化工过程的能量分析 (ppt 74页)
使用上式时要注意单位必须一致。按照SI单位制，每一 项的单位为 J·kg-1。动能和位能的单位
m2 s2
kkggm s22
Nm J kg kg
可逆条件下的轴功
WR
P2 VdP
P1
V RT P
对于液体，在积分时一般 可将V当作常数。 对于气体怎么办？
对于理想气体等温过程
WR
流动功。只有在连续流动过程中才有这种功。
对于流动过程，系统与环境交换的功是轴功与流动功之和
WW s P 1V1P2V2
• 稳态流动系统的能量平衡关系可写为
U 2 u 2 2 2 g2 z U 1 u 2 1 2 g1 z Q W s P 1 V 1 P 2 V 2
压缩机可以提高流体 的压力，但是要消耗功
透平机和压缩机 Ws H
Hu2
2
gzQWs
是否存在轴功?
是!
是否和环境交换热量? 通常可以忽略
位能是否变化? 动能是否变化？
不变化或者可以忽略 通常可以忽略
节流阀
H 0
Hu2
2
gzQWs
是否存在轴功? 是否和环境交换热量? 位能是否变化? 动能是否变化?
H xiHi xjHj
出
入
Hi为单位质量第i股输出物流的焓值，xi为第i股输出物 流占整个输出物流的质量分数。
Hj为单位质量第j股输入物流的焓值，xj为第j股输入物 流占整个输入物流的质量分数。
m i m j m
出
入
xi m m i
xj
m j m
mi mj 为一股物流的质量流量。 m 为总质量流量。
4.3 理想功、损失功和热力学效率
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– 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。
§6.1热力学第一定律与能量平衡方程
• §6.1.1 热力学第一定律 • §6.1.2 稳定流动体系的热力学原理 • §6.1.3 稳流体系能量平衡方程及其应用
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
• 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。
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。
化工热力学的任务
化工过程的热力学分析
• 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：
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
管道截面积A [m2]
流动功＝F.S =（P.A）.(V/A) 1kg流体 P
化工过程能量分析实例
• 乙苯脱氢制苯乙烯
化工过程能量分析实例
中间 加热器
水蒸气
A
B
加热炉
第一段脱氢 反应器
第二段脱氢 反应器
乙苯+水蒸气
混合器
图1 乙苯脱氢反应模拟流程
反应产物去急 冷后处理系统
换热器
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：利用高温产物加勇热于开中始温，才反能应找到物成 • 蒸发器：利用中温烟道气加热功低的路温反应物 • 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。
第六章 化工过程的能量 分析1
2020年4月23日星期四
本章内容
§6.0 热力学基本概念复习 §6.1 热力学第一定律与能量平衡方程 §6.2 热功转换 §6.3 熵 §6.4 理想功和损失功 §6.5 火用及其计算
§6.0 热力学基本概念复习
1、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.
➢ 3） 按照国际规定:
Ｑ:体系吸热为正，Ｑ>0，体系放热为负,Ｑ<0
；
Ｗ:环境对体系作功,Ｗ>0 ，体系对环境作功,Ｗ
<0
§6.0 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， W<0 ；体系对环境作功， W>0 。
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。 勇于开始，才能找到成 • 若说某体系效率为80%，功是的指路与可逆过程比。
5）可逆过程是效率最高的过程。
➢——无限小的沙子。
➢拿走一粒无限小的沙子，dP减少无限小 ，推动力无限小，可以忽略不计。
▪P,V,T
➢带活塞的气 缸
注意：
1）可逆过程一旦发生，不仅体系能恢复到原来状态，
而且而环境也能恢复到原来状态而不留下任何痕迹。
（循环过程是否是可逆过程？）
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。
§6.1.1热力学第一定律
热力学第一定律的 数学表达式：
ΔU＝Ｑ+Ｗ
只适合封闭体系!!!
§6.1.2稳定流动体系的热力学原理
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
勇于开始，才能找到成 功的路
不能用ΔU＝Ｑ+Ｗ来表达!!!
能量的形式
▪ 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
§6.0 热力学基本概念复习
▪ 可逆过程：当体系完成某一过程后，如果令过程 逆行而能使过程中所涉及的一切(体系及环境)都 回复到原始状态而不留下任何变化，则此过程称 为可逆过程．
❖热:系统与环境之间由于温差而引起的相互交换的能量 ，用Q表示。 规定：系统获得的热量，其值为正；反之为负。
❖功W：
❖1.对流动系统：包括两部分
❖(1) 流体通过机械设备的旋转轴与环境所交换的能量
，称为轴功Ws。
❖(2)物料在连续流动过程中，由于流体内部相互推动
所交换的功，称为流动功Wf =PV。
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： EP= gZ 2、能量传递的两种形式(以1kg为基准)
在各种热力学过程中，体系与环境之间常发生能 量的传递，能量传递的形式有两种，即热和功。