化工热力学与节能减排

化工热力学对节能减排的贡献
PVT行为与汽车新燃料压缩天然气间的关系。 随着汽油不断涨价, 既经济又环保的天然气已成为汽车发动机的新燃料, 越来越多的 公交车和出租车改烧天然气(主要成分为甲烷)。为了使单位气量能行驶更长的里程, 天然 气加气站需要将管道输送来的0 .2MPa、10 ℃的天然气压缩灌装到储气罐中, 制成压缩天 然气, 其压力为20MPa , 由于压缩机冷却效果在夏天要差, 所以气体的温度在冬天为15℃, 夏天为45℃。已知储气罐体积为70L , 每kg甲烷可行驶17公里, 问: (1)如果将20MPa , 15℃压缩天然气当做理想气体, 则与RK状态方程相比, 它计算出来 的一罐压缩天然气的行驶里程多了还是少了, 相差多少公里? (按冬天算)。试问:此时的压 缩天然气能否当做理想气体? (2)如果将管道输送来的0 .2MPa、10℃的天然气不经压缩直接装入储气罐中, 一罐天 然气能行驶多少公里? (3)为了行驶更长的里程, 在其他条件均不变的情况下, 是否可以通过再提高压力使压 缩天然气变成液化天然气来实现? 你有什么好的建议? (4)据出租车司机说“同样一罐压缩天然气,夏天跑的里程比冬天要短” , 为什么? 请 说出理由, 并估算出同样每天行驶300 公里, 夏天比冬天要多花多少钱? (一罐压缩天然气 约50元。必要的数据可以自己假设)。
(4)据出租车司机说“同样一罐压缩天然气,夏天跑的里程比冬天要短” , 为什么? 请说出理由, 并估算出同样每天行驶300 公里, 夏天比冬天要多 花多少钱? (一罐压缩天然气约50元。必要的数据可以自己假设)。
谢谢！
完
(3)为了行驶更长的里程, 在其他条件均不变的情况下, 是否可以通过再提 高压力使压缩天然气变成液化天然气来实现? 你有什么好的建议?
不可以。因为“其他条件均不变”意味着温度也不变，当 温度在10 ℃左右, 大于Tc时,无论施加多大的压力都不能使 之液化。因此,只有必须将其温度降低至-82 .55°C 以下, 再加压才行。 理论上,温度降至-82 .55°C ,即可能加压液化,但压力极高 为4 .60MPa,由流体的p-V-T关系可知,温度越低,所需压力 越低, 因此实际上液化天然气的温度常降至-162 ℃, 这样 在常压下即能变成液体。
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化工热力学对于节能减排的重要性
例： 重庆长风化工厂连续亏损15年,依靠科技创新半年获利润2000万元, 实现了从巨额亏损到巨额利润的质的飞跃。 解决方法: 将全厂所有生产过程中的化学反应热和工艺余热进行排序.将每套 生产装置的产热过程和用热过程进行联动集成,将不同装置的产热和用热 过程进行跨装置集成,使热能供需的双方不仅在数量上相符,同时在质量 上相配,并努力用低档余热换出较高品质的能量.燃煤锅炉没了,该厂每年 节约燃煤成本1000万元
化工热力学对节能减排的贡献
化工热力学 是在基本热 力学关系的 基础上，重 点讨论能量 关系和组成 关系。
在流体力 学、传热、 传质计算中 需要化工热 力学
化工设计中化 工计算是关键 内容之一。计 算内容主要包 括物料衡算、 能（热）量衡 算和设备计算， 这些计算都是 离不开化工热 力学的。
化工热力学的 应用更体现在 节能中，过程 的能耗以及效 率的计算依赖 于队化工热力 学原理的理解 和计算方法的 掌握
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化工热力学与节能减排 第一定律 节能减排 提高能源效率
化工热力学
第二定律
降低能耗、减少污染
物质能量最大利用极限
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利用化工热力学促进节能减排
可行性分析
能量有效利用
减少损失
减少尾气排放
节能减排
物态变化的规律 确定化学反应发 理论上确定能 和状态性质，有 确定相变发生 生的可能性及其 量转换的规律， 利于确定操作环 的可能性及其 方向，确定反应 确定某种能量 境及设备要求， 方向，相平衡 平衡条件和平衡 向目标能量转 避免由于操作不 条件和相平衡 时体系的状态。 换的最大效率。 达标及机械磨损 时体系的状态。 带来的损失。
基于热力学第二定律，指出能量不 仅有数量的大小，还有品味的高低， 从能量的品味高低进行分析，评价 其做功能力的大小和能量本身的可 交换性，因此能够真正反映用能的 合理程度。
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化工热力学对于节能减排的重要性
例： 液化天然气冷能利用成了循环经济热项目. 液化天然气(LNG)具有热 值高、污染小等特点.使用过程中须耗费大量的热能使其转化为常温天然 气. 通常的做法是以海水作为热源.按返回的海水温度降低5℃计算,则气 化300万吨LNG一年约需1.2亿m3的海水吸收冷能. 如果利用其冷能建设一套3万m3/hr的空分装置,则可年产气氧28.6万吨, 实现产值2亿多元.该装置与传统生产液态产品的空分装置比较,由于有效 回收和利用了LNG中的冷能,可节电50%—60%,节水70%—90%
化工热力学与节能减排
组员姓名：
张家晖 李钰贤 欧光玉 何金 李永樱 帖秀梅 徐秋菊
任务分配

问题1：徐秋菊 问题2：欧光玉 问题3：李钰贤 问题4：何 金


P P T：张家晖 帖秀梅
演讲 ：李永樱
讨论目标
目标 内容
目标 1 目标 2 目标 3 目标 4
化工热力学与节能减排间的关系 当下应如何更好地利用化工热力学来促进节能减排 以具体事例说明化工热力学对于节能减排的重要性 以例题来定量计算化工热力学对于节能减排的贡献
化工热力学对节能减排的贡献
例：丙烯精馏塔工艺条件选择。（相平衡在化工中的应用实例） 在裂解制乙烯所得混合气或催化裂化液化气中都含有较多的丙烯，需通过精馏 制得高纯度丙烯，该塔称为丙烯精馏塔。分离的关键组元是丙烯和丙烷，它们的沸 点分别是-48.1℃和-42.1℃，这样的沸点差对应相对挥发度（α）约为1.27，由于 常压下精馏操作温度太低，带压精馏是合理的。加压下y-x线（相平衡线）变平， α变小，例如在-10℃下约为1.2，而在40℃下约为1.13，不得不用高回流比及高理 论塔板数。 基于以上情况，有两种操作条件可以选择，一种的塔压0.7MPa，回流比20以上， 塔板数100-140块，顶温10℃，塔顶冷凝器需冷冻机冷凝，操作费用较高； 另一种塔压是1.8MPa，回流比14-18，塔顶温度44℃，可用30-32℃循环水冷却， 若再提高一些压力，塔顶温度相应提高，可用40℃循环水冷却，不需要任何冷冻剂， 这一方案操作费用低一些，但塔板数在200块上下，要两个塔串联操作，基建费用 大一些。 目前后一种方案更常用，而两种方案的优缺点首先是由相平衡关系决定的。
(1)如果将20MPa , 15℃压缩天然气当做理想气体, 则与RK状态方程相比, 它计算出来的一罐压缩天然气的行驶里程多了还是少了, 相差多少公里? (按冬天算)。试问:此时的压缩天然气能否当做理想气体?
(2)如果将管道输送来的0 .2MPa、10℃的天然气不经压缩直接装入储气罐 中, 一罐天然气能行驶多少公里?
通过模拟计算， 得到最优操作条 件，代替耗费巨 大的中间试验。
源自文库How?
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如何利用化工热力学促进节能减排 有效能衡算法：

能量衡算法：

以热力学第一定律为基础，从能量 转换的数量关系，了解能量利用的 情况：各设备耗能数量，用能水平 和节能潜力。此法虽能定量的说明 能量的收入、支出、损失以及转换 的数量关系，但却忽视了能量品味 的高低而无法告诉能量转换是否完 善，因而不能真正反映用能的合理 程度。