化工节能减排技术(1-2)孙老师

1、化工节能减排技术青岛科技大学青岛科技大学过程系统工程教研室过程系统工程教研室 2014 . 9第第 1 1 章章 总总 论论第第 1 1 章章 总总 论论第第 1 1 章章 总总 论论第第 1 1 章章 总总 论论第第 1 1 章章 总总 论论第第 1 1 章章 总总 论论CH2COOR1CHCOOR2CH2COOR3+CH3OHR1COOCH3R2COOCH3R3COOCH3+CH2OHCHOHCH2OH化学法：液碱催化酯交换，反应速度慢，工艺流程复杂，不 是绿色加工工艺生物法：采用生物酶作催化剂，距离大规模工业化较远高温高压（超临界反应）法：用超临界萃取（或液固萃取）后的液体原料；反应速度

2、快，无催化剂；绿色加工工艺第第 1 1 章章 总总 论论产物分相酯相甘油相蒸短链醇蒸短链醇真空蒸馏甘油真空蒸馏水洗干燥生物柴油醇水稀溶液醇水稀溶液无共沸物（甲醇/水）普通蒸馏无水甲醇共沸物（乙醇/水、叔丁醇/水）特殊蒸馏无水乙醇（叔丁醇）关键技术后处理分离过程的分子热力学基础，用于建立过程数学模型特殊蒸馏分离醇水稀溶液（分离剂的筛选）第第 1 1 章章 总总 论论第第 1 1 章章 总总 论论 五年来，我国一次能源生产总量位居世界第一，煤炭产量占到世界的45%，石油年产量稳定在2亿吨，天然气产量稳步提高，电力装机规模居世界第二，水电、核电、风电等清洁能源快速发展，能源科技装备水平显著提高，节能

3、环保成效明显，境外能源合作不断取得新进展，国内能源安全保障能力进一步增强。不同角度分析我国化学工业的节能潜力（1）单位GDP能耗（2）能源利用率（3）主要产品单位能耗（4）主要设备能耗第第 1 1 章章 总总 论论0200400600800 1999 单位GDP能耗/吨标 准 油USAOECDJPNCHINAAVERAGE到2015年，原油加工综合能耗降到86千克标准煤/吨，乙烯综合能耗降到857千克标准煤/吨，石油石化行业单位工业增加值用水量比2010年减少30%。合成氨综合能耗低于1350千克标准煤/吨，烧碱（离子膜）综合能耗降到330千克标准煤/吨，电石综合能耗降到1050千克标准煤/吨

4、，行业平均中水回用率达到90%，固体废物综合利用率达到75%。 第第 1 1 章章 总总 论论第第 1 1 章章 总总 论论第第 1 1 章章 总总 论论第第 1 1 章章 总总 论论第第 2 2 章章 节能的热力学节能的热力学0K时纯物质完美晶体的熵等于零节能的实质：防止和减少能量贬值现象的发生第第 2 2 章章 节能的热力学节能的热力学系统的边界：系统与外界的分界面固定的、移动的、真实的、假想的能量交换：热和功物质交换：物质的流进和流出，伴随着能量的交换开口系统（流动系统）：有物质交换和能量交换闭口系统：无物质交换孤立系统：无物质交换和能量交换绝热系统：无热量交换第第 2 2 章章 节能的

5、热力学节能的热力学平衡状态：在不受外界影响的条件下，系统如温度、压力、组成等满足力平衡、热平衡和化学平衡的状态（不存在不平衡势）第第 2 2 章章 节能的热力学节能的热力学开尔文温度，或称绝对温度）第第 2 2 章章 节能的热力学节能的热力学mVv vVm1第第 2 2 章章 节能的热力学节能的热力学ghP第第 2 2 章章 节能的热力学节能的热力学第第 2 2 章章 节能的热力学节能的热力学第第 2 2 章章 节能的热力学节能的热力学第第 2 2 章章 节能的热力学节能的热力学第第 2 2 章章 节能的热力学节能的热力学m1m2QWm1 (u+ pv + c2/2 + gz) = m2 (h

6、 + c2/2 + gz) 第第 2 2 章章 节能的热力学节能的热力学m1m2QW(h1 + c12/2 + gz1) m2 (h2 + c22/2 + gz2) m2 (h2 + c22/2 + gz2) (h1 + c12/2 + gz1) + 第第 2 2 章章 节能的热力学节能的热力学(h1 + c12/2 + gz1) m2 (h2 + c22/2 + gz2) (h + c2/2 + gz)i (h + c2/2 + gz)i + W第第 2 2 章章 节能的热力学节能的热力学变换气半水煤气水蒸气100 kmoln kmol (nH2O : nCO =6)T=380 第第 2 2

7、 章章 节能的热力学节能的热力学第第 2 2 章章 节能的热力学节能的热力学653.15 K298.15 K298.15 KT K第第 2 2 章章 节能的热力学节能的热力学第第 2 2 章章 节能的热力学节能的热力学第第 2 2 章章 节能的热力学节能的热力学能量在使用的过程中，数量守恒，但是质量却是下降！能量在使用的过程中，数量守恒，但是质量却是下降！第第 2 2 章章 节能的热力学节能的热力学TS12动力循环至少需要两个热源第第 2 2 章章 节能的热力学节能的热力学TQdSreTQSSre12第第 2 2 章章 节能的热力学节能的热力学孤立STEL0第第 2 2 章章 节能的热力学节能

8、的热力学产STQSSH12产STQSSH12熵不具有守恒性熵不具有守恒性第第 2 2 章章 节能的热力学节能的热力学CVioutiinHdSmsdSmsTQ)()(/产ioutiinHmsdSmsTQ)()(/产0CVdS产STQSSH12inoutmsSmsS12,开口系统的熵增第第 2 2 章章 节能的热力学节能的热力学21TdsqreTS12dS0，系统吸热，系统吸热dS T0第第 2 2 章章 节能的热力学节能的热力学产STTQTQWA00/QTTTQTQWEAQ/1/00max,TQTEQAQQ/0第第 2 2 章章 节能的热力学节能的热力学QTTTQTQWEAQ/1/00max,T

9、QTEQAQQ/0)120SSTQEQ（)(120SSTAQ1243TT0第第 2 2 章章 节能的热力学节能的热力学QTTQTTEQ)/1 (/100TQTTQTAQ/00dTmcQp)1 (/100mpQTTQTTTmcE)/ln(/ )(1212TTTTTm第第 2 2 章章 节能的热力学节能的热力学 空气在吸热过程中熵的变化为 )/(2 .301)127427(004. 1)(12kgkJTTcqp)./(5619. 0)127273/()427273ln(004. 1)/ln(12KkgkJTTcsp)120SSTQEQ（QTTTQTQWEAQ/1/00max,所加热量中火无为：kg

10、kJsTaq/1685619. 0)27273(0所加热量火用为 kgkJsTqeq/6 .1326 .1682 .3010第第 2 2 章章 节能的热力学节能的热力学火用 的方向相反。说明：系统得到热量时，系统的 火用火用火用 SS1S2TT04312第第 2 2 章章 节能的热力学节能的热力学火用 火用QTTTQTQWEAQ/1/00max,T /K300T00第第 2 2 章章 节能的热力学节能的热力学火用火用火无 。空气的平均定压比热容为 1.0 kJ /(kg K)。设环境大气的温度为 27 解：空气获得冷量 )/(127)27100(00. 1)(12kgkJTTcqp空气在冷却过

11、程中熵的变化为 )./(5505. 0)127273/()100273ln(00. 1)/ln(12KkgkJTTcsp所获冷量中火无为： kgkJsTaq/1 .165)5505. 0()27273(0所获冷量中火用为 kgkJsTqeq/1 .381 .1651270第第 2 2 章章 节能的热力学节能的热力学P, T, u, SP0, T0, u0, S0第第 2 2 章章 节能的热力学节能的热力学max,0Awdvpduq0/TqdsdsTdvpduwdeA00max,)()(00000max,ssTvvpuuweA)()(00000ssTvvpueua第第 2 2 章章 节能的热力学

12、节能的热力学dsTdvpduwdeA00max,)()(00000max,ssTvvpuuweA)()(2102102121max,ssTvvpuueewA第第 2 2 章章 节能的热力学节能的热力学Awgdzdcdhq2/20dsdsTq产00/CVioutiinHdSmsdSmsTQ)()(/产0CVdSioutiinHmsdSmsTQ)()(/产第第 2 2 章章 节能的热力学节能的热力学Awgdzdcdhq2/20dsdsTq产00/0产dsgdzdcdsTdhwdeA2/20max,gzcssThhweA2/)()(2000max,第第 2 2 章章 节能的热力学节能的热力学gzcs

13、sThhweA2/)()(2000max,)(000ssTha)()(000max,ssThhweA)(2/ )()(2122212102121max,zzgccssThheewA第第 2 2 章章 节能的热力学节能的热力学解：（解：（1）忽略空气动能和位能，空气在进口状态下的火用为）忽略空气动能和位能，空气在进口状态下的火用为 kgkJPPRTTCTTTcssThhwepPA/3 .190)1/6ln()29/314. 8()290/473ln(01. 1 290)290473(01. 1)/ln()/ln()()()(010100101001max,1空气在出口状态下的火用为空气在出口状态

14、下的火用为kgkJPPRTTCTTTcssThhwepPA/87. 0)290/313ln(01. 1 290)290313(01. 1)/ln()/ln()()()(020200202002max,2（2）透平实际输出功为）透平实际输出功为)/(2 .1712/10)80160()313473(01. 12/ )()(322222121kgkJcchhw（3）透平能够做出的最大有用功）透平能够做出的最大有用功)/(1992/ )(222121maxkgkJcceew第第 2 2 章章 节能的热力学节能的热力学AWHQCVioutiinHdSmsdSmsTQ)()(/产产STQS/0产ds第第

15、 2 2 章章 节能的热力学节能的热力学产STSTHWA)()(maxSTHWA，GGGTSHTSHWA)()()(121122max，第第 2 2 章章 节能的热力学节能的热力学653.15 K298.15 K298.15 KT KT1 , P1T2 , P2298.15 K, 1 atm298.15 K, 1 atm实际化学反应过程一般是变温变压的，即反应物的温度、压力与生成物的温度实际化学反应过程一般是变温变压的，即反应物的温度、压力与生成物的温度压力不同。这里，可以利用最大反应有用功是状态参数特性，采用压力不同。这里，可以利用最大反应有用功是状态参数特性，采用3个假想过程个假想过程来计

16、算上述化学反应过程的最大有用功。来计算上述化学反应过程的最大有用功。第第 2 2 章章 节能的热力学节能的热力学)(00maxSTHWA，ifRijfpjHnHnH)()(000000iRijpjSnSnSjfPjifRiAGnGnGW)()(000max,第第 2 2 章章 节能的热力学节能的热力学257118kJ/kmol第第 2 2 章章 节能的热力学节能的热力学253564 kJ/kmol第第 2 2 章章 节能的热力学节能的热力学 STSTHGWEAD00max)(，气体的扩散 火用 )/ln(00ppmRSi00000ln)/ln(iiDRTppRTe单位质量气体的扩散 火用 对真

17、实溶液 ？ 对于分离过程？对于分离过程？第第 2 2 章章 节能的热力学节能的热力学 火用 ：用环境模型计算的物质化学 火用第第 2 2 章章 节能的热力学节能的热力学 火用 ：用环境模型计算的物质化学 火用火用 为零火用火用火用： 扩散 火用 纯态化合物的标准摩尔火用：单质标准化学火用之和加上生成反应过程的理想功。000fjjchGEnEG0，过程对外做功，化合物的标准摩尔化学火用小于单质的标准摩尔化学火用之和，反之。第第 2 2 章章 节能的热力学节能的热力学 火用 例 2-8 火用 附录1 和 附录 2 （无机与有机化合物的标准摩尔化学 火用）)15.298(00TEEchch第第 2

18、2 章章 节能的热力学节能的热力学 火用 （火用）：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状态所能作出的最大有用功。EFEO2pjjEnmax,AW2222max,)(OOjpjOOjpjAFEnEnSTHEnEnWE第第 2 2 章章 节能的热力学节能的热力学 火用 （火用）（简化的近似计算公式。）hFQE950. 0hFQE975. 0rQElFhFQE 气体燃料 液体燃料 固体燃料 一般液体燃料和固体燃料 燃料的化学火用在数值上及其接近其热值，这是由于燃烧反应的燃料的化学火用在数值上及其接近其热值，这是由于燃烧反应的熵变较之反应热往往小得多。熵变较之反应热往往小得多。第第 2 2 章章 节能的热力学节能的热力学 火用 （火用）解：C2H4的氧化反应方程式为O2H2CO3OHC22242molkJEEEGHCEOOHCOF/1360322)(22242第第 2 2 章章 节能的热力学节能的热力学 火用 损失：不可逆过程中 火用 的减少量 火用 衡算方程： 输入系统的 火用 = 输出系统的 火用 + 火用 损失 + 系统 火用 的变化 第第 2 2 章章 节能的热力学节能的热力学 LU