化工节能原理与技术复习
化工节能原理与技术复习
期末考试题型：1.名词解释：4*5分；2.问答题：9*7分；3.计算题：17分。
复习：绪论1.我国能源利用现状？①经济发展速度快，经济发展水平低；②能源消费总量大，人均能耗低；③能源消费结构以煤为主，脱离世界能源消费的主流；④能源消费引起的污染物排放，已使环境不堪重负；⑤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；⑥能源利用效率低，能源浪费严重，存在巨大节能潜力。
2.何谓节能？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能源。
第一章1.1 能源与能源的分类能源（3）地球和其他天体相互作用的能量：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。
四种分类方法：1按来源分类能源按来源可分成三类：来自地球以外天体的能量生物质能煤炭、石油、天然气、水能、风能、海洋能；主体：太阳辐射能，目前所用能源的绝大多数。
（2）地球本身蕴藏的能量地热能、核能（3）地球和其他天体相互作用的能量潮汐能2按能源的转换和利用层次分一次能源、二次能源、终端能源（1）一次能源：自然界自然存在的未经加工或转换的能源。
如石油、天然气、风能等。
又分为可再生能源(如风能、生物质能、水能、太阳能等）和非再生能源（石油、天然气、煤炭等化石燃料及核燃料）（2）二次能源：为满足生产工艺或生活上的需要，由一次能源加工转换形成的能源产品。
如电、煤气等。
（3）终端能源：通过用能设备供消费者使用的能源。
1.1.2 能源的分类终端能源有5类：固体燃料（煤、焦炭、型煤等）、液体燃料、气体燃料（天然气、液化气、煤制气等）、电力、热力。
3.按使用状况来分（1）常规能源:开发技术较成熟、生产成本较低、大规模生产和广泛利用的能源。
如煤炭、水力、石油、天然气等。
（2）新能源：目前尚未得到广泛使用，有待科学技术的发展，以便将来更经济有效开发的能源。
化工节能原理与技术2
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。
化工节能复习资料
化工节能复习资料4：什么是节能？解决我国能源问题的措施有哪些？节能就是应用技术上可行、经济上合理、环境和社会可以接受的方法来有效地利用能源。
所以，节能并不简单地意味着少用能源，其实质是充分有效地发挥能源的作用，使同样数量的能源，可以提供更多的有效能，从而生产出更多、更好的产品，创造出更多的产值和利润。
措施：努力改善能源结构；提高能源利用率；加速实施洁净煤技术；合理利用石油和天然气；加快电力发展速度；积极开发利用新能源；建立合理的农村能源结构，扭转农村严重缺能局面；改善城市民用能源结构，提高居民生活质量；重视能源的环境保护。
3：传热的节能与强化途径一、改进工艺装置、提高燃料的热利用率1. 合理利用能源，采用热一电联合系统*2. 改进工艺，提高热能利用率二、热量的充分回收利用1. 最有效地利用工厂中大量低位热能*2. 化学反应热的充分利用三、减少热量传输过程中的热损失1．减少设备及管道的热损失2.降低换热器的传热温差，以减少热有效能损失*1四、减少换热器的压降损失，以降低动力消耗五、加强企业管理，杜绝跑、冒、滴、漏六、提高传热系数K值七、强化传热，采用新型高效的传热元件与设备强化传热过程，采用新型高效的换热元件与换热设备是节约能源的强有力措施，对国民经济发展具有十分重要的意义。
八、热管技术应用2：有效能分析法指出了过程特性改进的可能性，但不能指出这些可能改进是否可行，为什么？对此过程节能对策是什么？1：试简述热管换热器换热原理？工作原理：热管内蒸发段工质受热后将沸腾或蒸发，吸收外部热源热量，产生汽化潜热，由液体变为蒸汽，产生的蒸汽在管内一定压差的作用下，流到冷凝段，蒸汽遇冷壁面及外部冷源，凝结成液体，同时放出汽化潜热，并通过管壁传给外部冷源，冷凝液靠重力(或吸液芯)作用下回流到蒸发段再次蒸发。
如此往复，实现对外部冷热两种介质的热量传递与交换。
工作温度区间：热泵循环则分别为供热温度和大气环境温度。
5夹点技术的起源、特点及应用范围，过程工业为了降低生产成本、合理利用资源，已从对单台设备的操作优化集成发展到对整个系统的集成优化，即采用过程集成技术。
第一章_化工节能__原理与技术_黑共19页文档
1.1.3. 按使用状况分类
常规能源：指那些开发技术比较成熟、生产成本 比较低、已经大规模生产和广泛利用的能源。如 煤炭、石油、天然气、水力等
新能源：指目前尚未得到广泛使用、有待科学技 术的发展以期更经济有效开发的能源。如太阳能、 地热能、潮汐能、风能、生物质能、原子能等
1.1.4.按对环境污染程度的分类
主要耗能设备技术水平
工业锅炉的平均热效率为55～60％；发达国家80％以 上
1.3 节能的意义
搞好节能工作、节约资源是保持人类社会 可持续发展的重要措施
保护环境 节省工业原料 促进生产、提高效率 降低成本，增加利润 促进管理水平提高和技术的进步
1.4 节能的途径
结构节能
产业结构 产品结构 企业结构 地区结构
第一章 总论
能量：“产生某种效果（变化）的能力”。 包括机械能、热能、电能、辐射能、化学 能、核能。
能源概念：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。
如煤、石油、天然气、太阳能、风能、水能、 地热能、核能等。
煤气、电力、焦炭、蒸汽、沼气、氢能等。
1.1能源的分类
课程内容
总论 节能的热力学原理 化工单元过程与设备的节能 新型节能设备与原理 化工系统的能量分析与集成
➢ 参考教材：《化工节能原理与技术》冯霄，化学工业出版社， 2019年8月
➢ 参考书：（1）化工节能技术手册，中国化工节能技术协会，化 学工业出版社，2019；（2）石油化工过程节能方法与技术，陈 安民，北京：中国石化出版社，2019；（3）能源科学导论，黄 素逸，北京：中国电力出版社，2019
设备等 系统节能 系统节能是指从系统合理用能的角度，把整个系统集
成起来作为一个有机的整体对待，所进行的节能工 作。 控制节能：节能需要控制操作；通过操作控制节能
节能技术与原理复习资料
节能原理
能量的充分利用 （1）堵塞漏洞，减少余热排放 堵塞漏洞， ① 减少散热损失 ② 减少跑冒滴漏 ③ 减少各种废弃物和污染物的排放 （2）余热的回收利用
企业能量平衡的概念
能量平衡就是考察一个体系(指设备、 能量平衡就是考察一个体系 指设备、装置 指设备 或企业等)的输入能量与有效利用能量 的输入能量与有效利用能量， 或企业等 的输入能量与有效利用能量，损失能 量之间的关系，以定量分析用能情况。 量之间的关系，以定量分析用能情况。 理论依据： 理论依据： 输入能量＝有效利用的能量＋ 输入能量＝有效利用的能量＋损失能量
企业能量平衡
能量平衡的方法
1）首先掌握企业的原始能源数据、生产工艺流程， 绘制出能量流程图
2）开展能量平衡测试
选择测试对象：选择主要耗能设备和主要生 产过程进行实测，其他则根据日常生产数 据或经验数据进行统计推算。 获取生产设备工艺的第一手资料，设计测试 方案，实施测试工作
3）数据的整理与计算，得出企业能量平衡表
余热回收
对高温固体，可用气体热载体进行余热回 收 对中高温的热烟气，多用来作为预热空气 的热源 对中温到低温的热烟气大多数用作预热锅 炉给水 对低温凝结水，回收作为锅炉补水
应注意的问题： （1）在减少余热排放数量的基础上考虑回收 余热 （2）优先考虑将余热应用于生产工艺、设备 自身 （3）优先考虑回收高温烟气、可燃气体的余 热
3.工业锅炉节能 3.工业锅炉节能
工业锅炉节能的主要途径： 炉拱改造 过量空气系数的调整 供风方式的调整 燃烧调整 分层给煤燃烧技术
分层给煤燃烧技术 作用：形成下大上小的给煤层次，使煤层厚 度均匀，通风阻力小，燃烧均匀。可以减 少灰渣含碳量，提高锅炉热效率。 工作原理：原煤经转动的辊筒疏松后，经过 筛网，粒度大的煤从筛板上落到炉排，粒 度小的从筛网漏到筛下的炉排上
化工节能原理与技术10
• 4.3.3 换热网络面积目标 • 物流按纯逆流垂直换热时的近似面积目标，即在冷热复合加而得。 •第 i 区段的换热面积
•换热网络的总面积
化工节能原理与技术10
•第 4 章 过程系统节能 – 夹点技 术
4.3 换热网络设计目标
•第 4 章 过程系统节能 – 夹点技 术
4.1 绪论
4.1.2 夹点技术的应用范围及其发展
• 夹点技术适用于过程系统的设计和节能改造；
• 过程工业是以处理物料流和能量流为目的的行业
• 过程工业的生产系统：工艺过程子系统、热回收换热网络子系统和
•
蒸汽动力公用工程子系统
• 工艺过程子系统由反应器、分离器等单元设备组成的生产流程
化工节能原理与技术10
•第 4 章 过程系统节能 – 夹点技 术
4.4 换热网络优化设计
• 4.4.4 阈值问题 • ΔTTHR < ΔTmin 夹点问题 • ΔTTHR >= Δtmin 阈值问题
化工节能原理与技术10
演讲完毕，谢谢听讲!
再见，see you again
2020/11/12
化工节能原理与技术10
• 热回收换热网络子系统是由换热器、加热器、冷却器组成的系统
• 蒸汽动力公用工程子系统是指为生产过程提供各种级别的蒸汽和动力的
•
子系统
化工节能原理与技术10
•第 4 章 过程系统节能 – 夹点技 术
化工节能原理与技术10
•第 4 章 过程系统节能 – 夹点技 术
4.1 绪论
4.1.2 夹点技术的应用范围及其发展 • 夹点技术最初源于热回收换热网络的优化集成 • 发展为包括热回收换热网络子系统和蒸汽动力公用工程子系统的总能系
化工节能复习题
化工节能复习题化工节能复习题化工行业是一个能源消耗较大的行业，因此节能对于化工企业来说是至关重要的。
为了帮助大家复习化工节能知识，下面将提供一些相关的复习题。
1. 什么是化工节能？化工节能是指通过改变化工生产过程中的能源利用方式，减少能源消耗，提高能源利用效率的一系列措施。
它旨在降低化工企业的能源成本，减少对环境的污染。
2. 化工节能的重要性是什么？化工行业是一个能源消耗较大的行业，能源成本占据了化工企业的很大比重。
通过采取节能措施，可以降低能源成本，提高企业的竞争力。
同时，化工生产过程中产生的废气、废水、废渣等污染物对环境造成了严重的影响，节能可以减少这些污染物的排放，保护环境。
3. 哪些是常见的化工节能措施？常见的化工节能措施包括：- 优化工艺流程，减少能源消耗；- 使用高效设备和技术，提高能源利用效率；- 开展能源管理，对能源进行全面监控和优化；- 引进节能技术和设备，更新老旧设备；- 建立能源监测系统，及时发现和修复能源设备的故障。
4. 如何进行化工节能评估？化工节能评估是指对化工企业的能源消耗情况进行全面评估和分析，以确定节能潜力和采取的节能措施。
评估过程包括以下几个步骤：- 收集能源消耗数据，包括电力、燃气、水等；- 分析能源消耗数据，找出能源消耗的主要原因和瓶颈；- 评估节能潜力，确定可行的节能措施；- 制定节能方案，包括技术改造、设备更新等；- 实施节能方案，并进行监测和评估。
5. 化工节能的未来发展方向是什么？随着能源问题的日益突出，化工节能将成为未来发展的重要方向。
未来化工节能的发展方向包括：- 推广应用清洁能源，如太阳能、风能等；- 加强能源管理，实现能源的全面监控和优化；- 引进先进的节能技术和装备，提高能源利用效率；- 加强节能宣传和教育，提高人们的节能意识。
以上是关于化工节能的一些复习题，希望对大家的复习有所帮助。
化工节能是一个重要的课题，希望大家能够认真学习和应用相关知识，为化工行业的可持续发展做出贡献。
石油化工行业节能原理与技术培训讲义(doc 92页)
石油化工行业节能原理与技术培训讲义(doc 92页)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。
化工节能原理与技术4
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
4
第 2 章
节能的热力学
2.4 能量的 火用 计算
化工节能原理与技术冯霄考试题
化工节能原理与技术冯霄考试题1. 请简要介绍化工节能的原理和技术。
化工节能是通过提高化工生产过程中能源利用率，减少能源消耗，降低生产成本，保护环境的一种技术方法和措施。
化工节能的原理主要包括以下几个方面：- 高效能源利用原理：通过优化工艺流程，提高设备能源利用效率，减少能源损耗。
- 能源替代原理：将传统能源替换为更清洁、更高效的新能源，如替代煤炭、燃油等传统能源为天然气、生物质能源等。
- 废能利用原理：将化工过程中产生的废热、废水、废气等废能有效利用，用于其他用途，如供热、发电等。
化工节能的技术包括但不限于以下几个方面：- 节能设备技术：采用高效节能设备，如高效换热器、节能泵等，以提高设备的能源利用效率。
- 节能控制技术：通过采用先进的控制系统和自动化技术，优化工艺参数和操作条件，实现节能效果。
- 节能改造技术：对现有设备进行改造和升级，提高设备的能源利用效率。
- 热电联供技术：通过利用废热发电，同时提供热能和电能供应。
- 再生能源利用技术：利用太阳能、风能、生物质能等再生能源替代传统能源，实现清洁能源利用。
2. 请列举几种常见的化工节能技术，并简要介绍其原理。
- 高效换热器技术：通过改进传热方式和结构设计，提高换热器的传热效率，减少能源损耗。
- 节能泵技术：采用低能耗的高效节能泵，降低泵站的电耗和水耗。
- 节能传动技术：采用高效节能的传动装置，如变频器、节能电机等，降低设备传动系统的能源消耗。
- 废能回收利用技术：通过采用热交换器等设备，将化工过程中产生的废热回收利用，用于供热和发电。
- 余热利用技术：将化工过程中产生的废热利用于其他工艺，如余热锅炉等设备，实现能源的综合利用。
- 能源管理系统技术：通过建立能源管理系统，监控和管理能源的使用情况，及时发现并解决能源消耗高和能源浪费的问题，提高能源利用效率。
这些化工节能技术的原理主要是通过优化工艺流程、改进设备和系统设计、利用废能等方式，减少能源消耗，提高能源利用效率，从而达到节能的目的。
化工节能原理课程2
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
化工节能复习资料
7.579。
（）
34．热泵精馏可以做到将塔顶物料的冷凝热移到塔釜来加热，因此，为了充分利用能量，普通精馏都应该改
为热泵精馏。
（）
35．不是所有精馏过程都适合采用热泵精馏的。 36．精馏过程是否采用热泵，必须取决于整个生产过程的技术经济效果。 37．为了充分利用能量，化工生产过程中应该将所有温度高于环境温度的热能都回收利用起来。 38．为了充分利用能量，应将各类能量分级利用。 39．为了充分利用放热反应放出的热量，可采取适当提高反应器入口物料温度的方法。 40．在有效能衡算时，普遍效率与目的效率是一回事。
渐上升，且冰箱门开着时房间的温度会升得更快。
（）
54．夏天，有人为了降低房间的温度，采取了将冰箱门打开降温的方法，此法省了空调，值得推荐。（ ）
二、名词解释
1、能源；2、一次能源；3、常规能源；4、可再生能源；5、清洁能源；6、温室效应；7、节能；8、低碳；9、
热力学第一定律的局限性；10、热效率；11、热力学效率；12、熵增原理；13、卡诺定理；14、理想功；15、
（）
11．体系经历的绝热过程的不可逆程度越大，则其熵变就越大。
（）
12．体系经历任何一个过程后，其熵变值加上与其相关的环境的熵变值之和总是增加的。
（）
13．蒸汽动力循环过程热效率较低的主要原因是锅炉中的传热温差太大所造成的。
（）
14．蒸汽动力循环过程热效率较低的主要原因是乏汽在冷凝器中放出的热量太多了。
（）
31．有两个温度分别为 TH=1000K、TL=300K 的恒温热源，则在该热源之间进行作功的机器其最高热效率不可
能越过 60%。
（）
32．有两个温度分别为 tH=30℃、tL=10℃的恒温热源，则在该热源之间进行理想制冷循环的最高制冷系数为
化工节能原理与技术39293
参考书：
1.陈安民. 石油化工过程节能方法和技术. 北京：中国石化出 版社，1995
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
11
第1章 总 论
考核方式：
五分制
成绩评定：
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 （对多股流体）
25
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。
2.2.2 稳定流动开口系统能量衡算 δQ
δm1
δm2
δW 开口系统的能量衡算式为：
dU =δQ – δW + δm1(h1 + c12/2 + gz1) –δm2 (h2 + c22/2 + gz2)
δQ = δm2 (h2 + c22/2 + gz2) – δm1(h1 + c12/2 + gz1) +δW + dU
状态参数：描述系统宏观状态的物理量，是状态的单值函数
强度量（强度性质）：压力P、温度T、组成 x 等；不可加量 广延量（容量性质）：容积V、内能 U、焓 H、熵 S 等；可加量
化工节能原理与技术 第三章 PPT 白色背底
111oC
NaOH水溶液
加热蒸汽 120oC
冷凝水
冷凝器 水
完成液20%（111oC）
蒸汽温位下降：（1）传热推动力；（2）溶质的存在造成溶液的沸点上升
节能？
蒸发节能的途径
z 多效蒸发 z 额外蒸汽的引出 z 二次蒸汽的再压缩 z 冷凝水热量的利用
3.3.1 多效蒸发
① 利用二次蒸汽的潜热 ② 利用冷凝水的显热（如预热原料液) 多效蒸发蒸汽的经济性（利用率）
（1）蒸发操作的目的 ① 获得浓缩的溶液直接作为
化工产品或半成品。 ② 脱除溶剂，将溶液增溶至
饱和状态，随后加以冷却，析 出固体产物，即采 用蒸发，结 晶的联合操作以获得固体溶质。
③ 除杂质，获得纯净的溶剂。 （2）蒸发的流程3ຫໍສະໝຸດ 蒸发流程示意图二次蒸汽
料液
加热蒸汽 冷凝水
冷凝器 水
完成液
（3）加热蒸汽和二次蒸汽
，由前
面学过的我们可以知道， 、 、 相差不大，可近似认为相等，
即
则多效蒸发的蒸发强度为：
z 多效蒸发的蒸发强度
提高蒸发强度的措施：
由于
可以看出，蒸发设备的生产强度取决于 和 ，
因此要提高 ，必须提高 和 。
9 真空蒸发：提高生产强度（
）的途径之一是增大
若忽略热损失和蒸发浓缩热效应，则蒸发器的生产能力 用下列方式来表示： (1)单位时间内水分的总蒸发量W； (2)通过传热面的传热速率。
在三效蒸发器中，各效单位时间内所传递的热量为：
三效的总传热速率为：
假设: 各效的传热面积相等， 即 A1＝A2＝A3＝A 各效的总传热系数也相等，即 K1＝K2＝K3＝K
T1
料液
加热蒸汽
化工节能原理与技术5
α 2 = 41.86 + 25.12 ω
12
第 3 章 化工单元过程与设备的节能
3. 2 换热
3. 2. 2 设备和管道的保温 （2）平面壁
q p = k p (t1 − t 2 ) 1 / k p = 1 / α1 + δ 壁 / λ + δ 保 / λ保 + 1 / α 2
13
第 3 章 化工单元过程与设备的节能
推广至 n 效
23
D = W / n + (n − 1) E1 / n + (n − 2) E2 / n + ... + En −1 / n
3. 3 蒸发
•
蒸发的目的
（1）获得浓缩的溶液 （2）脱除溶剂，后续结晶 （3）脱除溶剂中的杂质
• • • •
一侧为蒸汽冷凝，一侧为液体沸腾 生蒸汽（或加热蒸汽）：作为热源的水蒸汽 二次蒸汽：蒸发产生的蒸汽 二次蒸汽与生蒸汽温位不同：
（1）传热需温差推动力 （2）溶液沸点升高 （溶质的存在）
14
第 3 章 化工单元过程与设备的节能
Q = KA∆tT
单效蒸发器 三效蒸发器
17
第 3 章 化工单元过程与设备的节能
3. 3 蒸发
3.3.1 多效蒸发
• • • • •
多效蒸发的生蒸汽利用率的提高是以降低其生产强度为代价获得的。 生产强度：通过单位传热面的传热速率表示 ΔtT : 第一效加热蒸汽的温度 - 末效蒸发室压力下蒸汽的饱和温度 有效温度差：生蒸汽温度 – 溶液沸点 （单效） 温度差损失：溶液沸点（过热蒸汽） - 饱和蒸汽温度 （单效）
结论：可逆定温系统作出的最大反应有用功等于系统自由焓的减少。 最大反应有用功是状态参数
化工节能复习思考题
化工节能复习思考题思考题一、名词解释1、节能：应用技术上可行、经济上合理、环境和社会可以接受的方法，来合理、有效地利用能源。
技术节能：1）工艺节能，化学工业技术中首先是化学反应器，其次是分离工程。
化学反应器又取决于两方面因素，即催化剂和化学反应工程。
（1）催化剂和化学反应工程，一种新型催化剂可形成更有效的工艺，或可以缓和条件使反应在较低的温度和压力下进行，就可以节省反应物加热和压缩所需能量；或选择性提高，使副产物减少，生成物纯度高，既节省了原料，又降低了后续精制的负荷；或活度提高，降低反应过程推动力。
（2）分离工程，二氧化碳吸收：国外高效率聚乙二醇二甲醚法和碳酸丙烯酯法除二氧化碳，优点是只要减压就能解吸出二氧化碳，吸收剂可再生。
省去化学吸收法（热碳酸钾或乙醇胺溶液）中溶剂再生的热消耗。
（3）改进工艺方法和设备，同一生产目的，采用不同的工艺方法和设备，其能耗不同焦炭熄焦方式、精馏塔形式、膨胀机与节流阀、助剂。
2）化工单元操作设备节能化工单元操作设备很多，包括流体输送机械（泵、压缩机等）、换热设备（锅炉、加热炉、换热器、冷却器等）、蒸发设备、塔设备（精馏、吸收、萃取、结晶等）、干燥设备等，每一个设备都有不同的节能方式。
（1）流体输送机械一是设计时要选合适的机械、二是调节负荷变化时采用转速控制。
（2）换热设备换热设备的节能方法有：加强设备保温，防止结垢，合理减少传热温差，强化传热：对锅炉和加热炉还有控制过量空气，提高燃烧特性，预热燃烧空气，回收烟气余热；以及采用高效率设备，如热管换热器等（3）蒸发设备预热原料，多效蒸发，热泵蒸发，冷凝水热量的利用。
（4）塔设备节能途径：减少回流比，预热进料，塔顶热的利用，使用串联塔，采用热泵，采用中间再废气和中间冷凝器等。
（5）干燥设备控制和减少过量空气，余热回收，排气的再循环，热泵干燥等。
3. 化工过程系统节能从系统合理用能的角度，把整个系统集成起来作为一个有机的整体对待，进行节能工作。
国开化工节能复习题
一、填空题1、目前我国工业锅炉的燃料以（ 煤炭 ）为主。
2、 可逆绝热过程的熵产等于零，因此过程的有效能损失也等于零。
3、某均相纯物质系统从状态A 变化到状态B ，若采用剩余函数计算该变化过程的ΔH ，则计算结果与参考压力p Θ的选择无关。
4、燃煤锅炉烟气残留的可燃气体，主要是（一氧化碳 ）。
5、固碳技术是把燃烧气体中的（ 二氧化碳 ）分离、回收，然后深海弃置和地下弃置。
6、蓄热式高温燃烧（HTAC ）技术将（ 回收烟气余热 ）与高效燃烧、降低NOx 排放等技术有机地结合起来的一种全新的燃烧技术。
7、 蒸汽动力循环的热效率通常不能简单写出H L H T /)(T T T -=η。
8、热泵的制热系数H H S /1Q W ε=>，因此它是一种比较合理的供热装置。
9、不可逆稳定流动系统的能量累积等于零，过程的熵产（大于零）10、按成分不同保温材料可分为有机材料和无机材料两大类，无机保温材料具有不易腐烂、不燃烧、（ 耐高温 ）等特点。
11、 损耗功与孤立系统的总熵变有关，总熵变越大，损耗功越大，因此应该尽量减少系统的不可逆性。
12、（ 绑扎法保温）是将多孔材料或矿纤材料等制成的保温板、管壳、管筒或弧形块直接包覆在设备和管道上的保温施工工艺。
13、热泵是（一种节能的设备，有两种空调热泵和工业热泵之分，工业热泵用于工业废热的回收）14、节能就是节约过程的有效能，防止能量无偿降级。
15、在蒸汽压缩制冷循环中，制冷剂先冷凝后过冷再进入节流阀有助于提高过程的制冷系数。
16、热泵循环与制冷循环的原理实质上是相同的。
17、在燃煤中加入少量化学助燃剂可以（ 提高燃烧效率 ）。
18、富氧燃烧技术是以（ 氧含量高于21%的富氧空气或纯氧代替空气 ）作为助燃气体的一种高效强化燃烧技术。
19、系统从一定状态变化到与环境处于完全平衡的过程中所做的功，即为该状态下系统的有效能。
20、换热器的设计计算过程内容中，（ 流动阻力计算 ）计算可为泵或风机的选择提供依据。
化工节能原理与技术1
化工节能原理与技术1. 引言化工行业是能源消耗量较大的行业之一，为了降低能源成本、减少环境污染，化工节能成为了一个重要的研究方向。
化工节能技术通过改进工艺流程、改进设备和工艺条件等方式，有效减少能源的消耗，提高生产效率。
本文将介绍化工节能的原理与技术，从能源的角度探讨如何在化工生产中实现节能。
2. 化工节能原理化工节能的原理是通过优化流程、提高能源利用率，降低能源消耗。
以下是几个常见的化工节能原理：2.1. 余热回收化工生产过程中产生的废热可以通过余热回收技术进行回收利用。
常见的余热回收技术包括热交换、热泵、余热利用系统等。
通过余热回收，可以将废热转化为热能或电能，减少对传统能源的依赖，降低能源消耗。
2.2. 能源优化设计化工生产过程中，合理设计工艺流程和设备是实现节能的关键。
能源优化设计通过优化工艺流程、改进设备和工艺条件等方式，提高能源利用效率，降低能源消耗。
例如，在化学反应过程中，可以通过合理选择催化剂、优化反应条件等方式，提高反应的转化率和选择性，实现节能。
2.3. 节约能源节约能源是实现化工节能的基本原则，通过降低能源消耗实现节能目标。
常见的节约能源措施包括合理设置设备运行参数、优化设备控制方式、改进设备设计等。
通过节约能源措施，可以在不影响生产质量和产量的前提下，降低能源消耗，实现节能。
3. 化工节能技术化工节能技术是实现化工节能的关键手段，包括工艺技术、设备技术等多方面内容。
下面介绍几种常见的化工节能技术：3.1. 低能耗反应技术低能耗反应技术是通过改进反应过程和反应设备，降低能源消耗的技术。
常见的低能耗反应技术包括催化反应、非催化反应、微波辅助反应等。
通过优化反应条件、选择合适的催化剂等方式，实现反应过程的节能。
3.2. 先进传质技术传质是化工生产中的一个重要环节，优化传质过程可以降低能源消耗。
先进传质技术包括膜分离技术、吸附技术等。
通过使用高效传质设备和材料，降低传质过程中的能量损失，实现节能。
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
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期末考试题型：1.名词解释：4*5分；2.问答题：9*7分；3.计算题：17分。
复习：绪论1.我国能源利用现状？①经济发展速度快，经济发展水平低；②能源消费总量大，人均能耗低；③能源消费结构以煤为主，脱离世界能源消费的主流；④能源消费引起的污染物排放，已使环境不堪重负；⑤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；⑥能源利用效率低，能源浪费严重，存在巨大节能潜力。
2.何谓节能？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能源。
第一章1.1 能源与能源的分类能源（3）地球和其他天体相互作用的能量：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。
四种分类方法：1按来源分类能源按来源可分成三类：来自地球以外天体的能量生物质能煤炭、石油、天然气、水能、风能、海洋能；主体：太阳辐射能，目前所用能源的绝大多数。
（2）地球本身蕴藏的能量地热能、核能（3）地球和其他天体相互作用的能量潮汐能2按能源的转换和利用层次分一次能源、二次能源、终端能源（1）一次能源：自然界自然存在的未经加工或转换的能源。
如石油、天然气、风能等。
又分为可再生能源(如风能、生物质能、水能、太阳能等）和非再生能源（石油、天然气、煤炭等化石燃料及核燃料）（2）二次能源：为满足生产工艺或生活上的需要，由一次能源加工转换形成的能源产品。
如电、煤气等。
（3）终端能源：通过用能设备供消费者使用的能源。
1.1.2 能源的分类终端能源有5类：固体燃料（煤、焦炭、型煤等）、液体燃料、气体燃料（天然气、液化气、煤制气等）、电力、热力。
3.按使用状况来分（1）常规能源:开发技术较成熟、生产成本较低、大规模生产和广泛利用的能源。
如煤炭、水力、石油、天然气等。
（2）新能源：目前尚未得到广泛使用，有待科学技术的发展，以便将来更经济有效开发的能源。
如太阳能、地热能、潮汐能、风能、生物质能、原子能等。
目前生物质能的利用越来越受到关注。
例如秸秆气化，生物制氢，能源植物利用等。
4.按对环境的污染程度分（1）清洁能源：大气污染物和温室气体零排放或排放很少的能源，主要有三类：可再生能源（如太阳能、风能、水力、海洋能）；氢能和先进核能等。
（2）非清洁能源：污染大的能源，如煤炭、石油等。
1.2化学工业节能的潜力与意义1.我国化学工业的特点(4)（1）主要常规能源（煤、石油、天然气）既是能源又是原料（2）能源消费以煤为主后果：能耗上升、污染严重两项相加：占产品成本的25%-40%。
特例：氮肥工业达70%-80%（3）工艺与动力系统紧密结合是现代化工的主要特点化工生产常在较高温度和压力下操作，有的甚至采用电解、电热等操作方式，对热能和电能需求量大，吸热、放热频繁；加压、加热和冷却动力普遍。
（4）大宗化学品生产规模小。
2.节能的潜力（4）（1）从单位产值能耗估计节能潜力，我国是世界上单位GDP能耗最高的国家之一。
（2）从能源利用率看节能潜力①全国能源利用率约33%，比先进国家低10个百分点（2009年数据）；②开采运输后系统总效率不到10%，不足发达国家一半。
节能潜力巨大：若我国化学工业的能源利用率提高1%，也能节省150万吨标煤！（3）从主要产品单位能耗的差距分析节能潜力；（4）从主要耗能设备技术水平分析节能潜力①工业锅炉：平均热效率55~60%；发达国家：80~90%；②氯碱蒸发工序：能耗相差一倍以上；③通用设备（风机、水泵、电机）：低于国外。
④煤炭气化：国内平均60~90%；国外，80~90%3.节能的意义（8）（1）我国国民经济发展需要高速发展时期，能耗量大幅度升高不可避免。
合理、有效利用能源是国民经济持续、快速、健康发展的可靠保证。
（2）资源有限，节能是国民经济持续发展的保证；11%，1/2。
（3）能源开发需要大量资金和较长周期；（4）节能有利于保护环境可减少与能源开采相关的消耗及污染物排放；我国的主要污染来自于能源消费（5）煤、石油、天然气即是能源又是原料节能意味着节约原料；（6）节能可促进生产同样能源、更多产品；（7）节能可降低成本降低能源成本，则产品成本下降；（8）节能能促进管理的改善和技术的进步。
1.3节能的途径1.结构节能（4种结构）（1）产业结构不同行业、不同产品对能源的需求很不相同。
发展省能工业（仪表、电子），减少耗能工业（钢铁、化肥），则国家产业结构会朝省能方向发展。
（合理配置）（2）产品结构产业结构向省能型发展。
产品结构也应向高附加值、低能耗的方向发展。
这些化工类行业有石油化工、精细化工、生物化工、医药工业及化工新型材料等。
（3）企业结构调整生产规模结构是节能降耗的重要途径。
大企业较之于中、小企业能耗低。
因此，有计划、有步骤的调整企业组织结构，新建厂应当有经济规模的限制。
缺乏竞争力的小企业应关、停、并、转。
（4）地区结构地区结构的调整主要是指资源的优化配置，调整部分能耗型工业的地区结构。
如乙烯生产基地应靠近油田或大型炼油厂。
2.管理节能（2个层次）1.宏观调控层次(从国家层面上进行调控）（1）完善法制建设出台《节能法》（2）制定与贯彻合理的经济政策价格政策、投资、信贷、税收等向节能技术倾斜。
2.企业经营管理层次（1）建立健全的能源管理机构（2）建立企业的能源管理制度（3）合理组织生产（4）加强计量管理3.技术节能（4个方面）1.工艺节能化学工业技术中首先是化学反应器，其次是分离工程。
化学反应器又取决于两方面因素，即催化剂和化学反应工程。
（1）催化剂和化学反应工程一种新型催化剂可形成更有效的工艺，或可以缓和条件使反应在较低的温度和压力下进行，就可以节省反应物加热和压缩所需能量；或选择性提高，使副产物减少，生成物纯度高，既节省了原料，又降低了后续精制的负荷；或活度提高，降低反应过程推动力。
（2）分离工程CO2吸收：国外高效率聚乙二醇二甲醚法和碳酸丙烯酯法除二氧化碳，优点是只要减压就能解吸出二氧化碳，吸收剂可再生。
省去化学吸收法（热碳酸钾或乙醇胺溶液）中溶剂再生的热消耗。
（3）改进工艺方法和设备同一生产目的，采用不同的工艺方法和设备，其能耗不同。
焦炭熄焦方式、精馏塔形式、膨胀机与节流阀、助剂2.化工单元操作设备节能化工单元操作设备很多，包括流体输送机械（泵、压缩机等）、换热设备（锅炉、加热炉、换热器、冷却器等）、蒸发设备、塔设备（精馏、吸收、萃取、结晶等）、干燥设备等，每一个设备都有不同的节能方式。
（1）流体输送机械一是设计时要选合适的机械、二是调节负荷变化时采用转速控制。
（2）换热设备换热设备的节能方法有：加强设备保温，防止结垢，合理减少传热温差，强化传热：对锅炉和加热炉还有控制过量空气，提高燃烧特性，预热燃烧空气，回收烟气余热；以及采用高效率设备，如热管换热器等。
（3）蒸发设备（4）预热原料，多效蒸发，热泵蒸发，冷凝水热量的利用。
（4）塔设备节能途径：减少回流比，预热进料，塔顶热的利用，使用串联塔，采用热泵，采用中间再废气和中间冷凝器等。
（5）干燥设备控制和减少过量空气，余热回收，排气的再循环，热泵干燥等。
3.化工过程系统节能从系统合理用能的角度，把整个系统集成起来作为一个有机的整体对待，进行节能工作。
4.控制节能控制节能包括两个方面：一方面是节能需要操作控制；另一方面通过操作控制节能。
控制节能投资小、潜力大、效果好。
是大有发展的节能途径。
操作控制如仪表计量，一方面涉及能量的衡算与用能分析。
严格的控制可使操作弹性缩小、减少因弹性操作造成的用能损失。
另一方面，涉及产品质量控制，如产品纯度。
过程能量损失很大程度是由产品纯度造成的。
在生产过程中，各种参数波动不可避免，如原料的成分、气温、市场对产品产量、质量的需求、蒸汽需求量等，若生产优化条件能随着这些参数的变化作相应变化，将能取得很大的节能效果。
第二章2.1基本概念能量的形式与质量1.能量及其表现形式（1）能量：物质运动变化和相互作用的量度。
（2）能量的形式：机械能(动能、位能与静压能）、电能、磁能、热能、化学能及原子（核）能等。
（3）两类能量a.内能：物体内部所具有的能量（物体处于宏观静止且无外力场存在时仍能表现出来的能量）。
b.物体相互作用时所体现出来的能量，如位能、动能等。
（4）能量的质能量守恒，既不能被创造，也不能被消灭。
但能的“品质”可以下降。
节能的实质：防止和减少能量的“质”的下降或贬值。
各种基本概念（1）系统：在对能量转换的现象或过程进行分析时，需要从相互作用的物体中取出研究的对象,是谓热力系统，简称系统。
系统一旦划定，系统之外一切物质和空间统称外界（或环境）。
（2）平衡：在不受外界影响的条件下，系统宏观性质不随时间改变的状态是为平衡状态。
（3）状态参数：描写系统宏观状态的物理量是谓“状态参数”。
状态参数具有点函数性质，其变化取决于初、终态，与其间的路径无关。
强度量、广度量（或称广延量）（4）功和热量：(1) 功如果系统对外界的单一效果可归结为提升一个重物。
则说系统作了功。
功是通过系统边界在传递过程中的一种能量形式。
功是过程量，不是系统含有的能量，亦不是状态参数。
(2) 热量由温度的不同而从系统向外界，或从外界向系统所传递的能量称为热量。
热量也是过程量，一般规定：系统吸热为正，放热为负。
可逆过程与不可逆过程等）2.2能量与热力学第一定律：1.能量守恒与转化定律是自然界的客观规律，自然界的一切物质都具有能量，能量有各种不同的形式，可以从一种形式转化为另一种形式，但总能量是是守恒的。
能量守恒方程2. 闭口系的能量衡算3. 稳定流动开口系统能量衡算方程2.3㶲与热力学第二定律1.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。
2.开尔文说法：不可能从单一热源吸取热量使之完全变成有用功而不产生其他影响。
3.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。
4.卡诺定理在两个不同温度的恒温热源间工作的所有热机，不可能有任何热机的效率比可逆热机效率更高。
2.4能量的计算各种能量的㶲会计算2.5㶲损失和㶲衡算方程㶲损失及几种主要形式的逆绝热膨胀、不可逆绝热压缩、绝热节流等）2.6装置的效率和损失系数㶲效率的不同形式2.7节能理论的新进展㶲分析法的局限性：以无驱动力的理想过程为基准来分析实际过程。
6种新理论（描述、特点、与㶲分析法相比其先进之处）第三章3.1流体流动与流体输送机械能量损失节能措施：合理设计管内流速（经济性）；减少不必要的管、阀件；添加减阻剂；气体不采用节流阀；注意保温等。
3.2换热能量损失：（1）传热温差（2）流动阻力（3）散热损失节能措施：①并流改成逆流；②不同温度传热时，选择合适的温差；③温差推动力Δt要均匀; ④强化传热系数K与传热面积A；⑤换热设备的保温。