石油化工典型单元过程11

第二章

典型单元过程用能热力学分析

化学工程上的单元操作过程，通常指“三传一反”过程，即传热、传质、流体流动和化学反应(燃烧)四类过程。研究和掌握这四类单元操作过程的能量使用和演变规律——热力学分析，是进行化工过程用能分析的基础。所有单元操作的不可逆性，都带来了损。一、传热过程的热力学分析

传热过程主要是在温差推动下两种不同流体通过冷换设备(或加热炉)传热表面的热流火用的传递。换热器火用分析计算中，主要为热流火用的计算，公式为：恒温过程：Ex=(1-T0/T)Q

变温过程：1-T0/T=KT

卡诺热机效率，称为热的作功能力系数。1．无散热损失的传热过程的火用分析

假定换热器无热损失，忽略流体阻力，则热流放出的热量与冷流吸收的热量相等。但因物流温度不同而具有不同的质量和能级，即热量Q同相应的火用

Ex之间相差一个能级（系数）。

Ex/Q=ε=1-T0/T=KT

(1)图解法表示换热器的火用平衡以KT=1-T0/T~Q为坐标作图可以形象地反映出过程中热量的供得双方的能级关系和火用损失（热利用图heatavailabilitydiagram，曲线为热利用线heatavailabilityline）。在1-T0/T~Q图上，放热或吸热过程均表示为一条1-T0/T~Q的曲线，可由Cp

、△H或现场数据画出，则如图2-1所示。△ExH即△ExH为曲线下阴影部分面积，若为Ex，则从0→Q积分。

而在某一传热过程中，放热(热利用线)与吸热两曲线之间的面积，即为该传热过程的火用损。见图2-2所示。图2-2换热器火用损123456Q1-T0/T热流冷流0热流提供火用为1256所表示的面积冷流得火用为3465所表示的面积差值为火用损失

(2)计算法

实际计算过程中，在忽略散热损失并假定传热物流均视为恒比热，传热量为Q时，则热流放火用

EXH=(1-T0/TH)Q

冷流得火用

EXC=(1-T0/TC)Q

式中TH

、TC—分别为热物流和冷物流的对数或算术平均温度，KTm=(T2-T1)/ln(T2/T1)

或：Tm=(T2+T1)/2

则传热火用损为：

由此式可见：冷热两流体间的温差(TH

-TC)越大，传热火用损越大，可知减小传热温差是减小传热火用损的主要手段。对于同样的(TH

-TC)，物流温位越低，分母的(TH·TC)越小，传热火用损越大，可见，低温传热比高温传热火用损大。

在精确计算时应考虑流动火用损。在传热过程中，造成过程火用损的不可逆因素：一是热流体与冷流体的温差，另一个是流体流动的压降。减少传热过程火用损，就要尽可能地减少二者的影响。但压降和传热系数，又是一对相互消长的矛盾。压降大，设备内流速大，传热系数上升，对传热有利，但动力消耗大，存在一个经济优化值。在一定结构尺寸的热交换器中，流体压降通常可以视为常数，过程火用损主要是温差项，是改进的重点。通知周五晚上的课地点改在：南堂320

上节内容回顾

普遍火用效率(火用效率，总火用效率）

适用于化学反应过程、能量转化过程以及以机械摩擦为主要不可逆性的过程火用利用率(提取效率)

多用于换热器、压缩机、膨胀机、泵等火用效率的计算

加热炉的火用效率远低于热效率，原因：一是燃料化学火用在通常条件下的燃烧过程中（变成1000℃左右的高温烟气）就有30%左右的火用损失了，这是靠目前的常规技术难以解决的；二是，烟气和受热介质之间的大温差相应的火用损。无热损失的换热器的传热火用损为：

减小传热温差是减小传热火用损的主要手段。低温传热比高温传热火用损大。在实际工程计算中，计算总的火用损，即

EXH–EXC2.有散热损失的传热过程

热流在传热过程放出的火用有三个出处：冷流得到的火用、散热火用损和传热过程火用损。设备散热损失引起的火用损不仅取决于散热量，更要看其品位。

(1)散热火用

损就设备内某点而言，流体温度Tb和环境温度T0都不随时间而改变，散热火用

损：

DKHR=QR(1-T0/Tb)

注意：不应按器壁或保温层表面温度Tw计算散热火用损，因为由Tb到Tw的温降所产生的火用

损也是由散热引起的。图2-3设备表面散热示意图

(2)

火用平衡方程对一台换热器来说，散热主要是通过壳程流体。壳程流体是热流时，散热火用损DKHR可由图中面积12'60代表（即Tb在热流的进出口温度间）。传热火用损DKH为面积1'234，即

从图上可以看出这四块面积之间的关系；即热流放火用

为冷流得火用

、传热火用

损和散热火用

损之和。体现为总的火用

平衡方程：

EXH=EXC+DKH+DKHR热流放火用

EXH为面积1250冷流得火用

EXC为面积3465传热火用损为面积1׳234

当冷流走壳程时，关系仍如上式，不过DKH要用下式计算：

DKH=QT0(TH

-TC)/TH

TC

而计算DKHR时Tb要用冷流平均温度。实际工程计算中，经常计算总的火用损，即

EXH–EXC

只计热火用时，换热器的火用效率为：

ηx=EXC/EXH(3)不同温度流体的混合

不同温度流体的混合从能量数量的角度上虽然没有任何损失，但会产生能量质量的损失，即损耗，并且随两者温差增大而增加。混合过程的损失与换热器的计算是类似的，只不过，对混合过程而言冷热流体的终态温度是一样的。

DKH=QT0(THm

-TCm)/THm

TCm3.换热网络的分析与合成

(1)分析现有换热网络，其系统结构如图2-5，其中包括：换热系统、辅助加热器、辅助冷却器。图2-5过程系统的结构

系统中A和B为给热流体（heatsourcestream)，C为受热流体(heatsinkstream)。图2-6中(a)是两个给热流体的热利用线，(b)是它们的复合热利用线，这种场合的复合热利用线有一个拐点，区间①包含A、B两种流体，区间②只包含流体B。复合时，相同kT的热量相加。图(c)是受热流体C的热利用线。

在所给定的系统中，为使给热流体和受热流体之间进行热交换，必须使受热热利用线在供热复合热利用线的下边（即将供热复合热利用线与受热热利用线画在一张图上），见图2-7(a)。受热利用线的位置满足QAB(T4′)=QC(T1)。给热复合热利用线下没有受热流体热利用线，所以是完全不进行热交换，热回收量QRC为零。加热介质(热源)为恒温THG

，加热时火用损失DHG，冷却时火用损失DCG。总火用损失为DCG+DHG。供热流体的加热量QHG完全变成了冷却介质的冷却量QCG；另一方面，受热流体的热量完全来自加热介质的加热量QHG

。

如果将受热热利用线左移，则两条线在垂直方向上出现重合的部分，如图2-7(b)、(c)所示。在该部分，加热量从供热复合热利用线向受热热利用线上沿垂直方向转移，在冷、热流体间进行热交换。受热利用线愈向左平移，加热量QHG和冷却量QCG均减少，回收热量QRC增加。加热火用损为DHG，换热火用损为DRC，冷却火用损为DCG，总的不可逆火用损为：DHG+DRC+DCG

即两条热利用线和加热介质及冷却介质所包围的面积。受热利用线愈向左平移，此面积越小，即火用损失越小。图中垂直方向间隔最小的地方是最小温度差

将图2-7(c)中的受热利用线进一步向左平移，使两条线相接触，如图2-8所示。这个接触点称为夹点（pinchpoint)

夹点时，火用损失最小。这种状态表示，不管两条线是什么形状，也不可能使热回收的效果再提高，从热力学看，这是系统热回收的极限。

如果有效地改变热利用线的形状（改变系统的结构或单元过程的特性），能够消除夹点，这就意味着可以把受热热利用线再向左平移，进一步强化热回收效果，如图2-8箭头所示。

两种操作可以达到：夹点左侧的给热复合热利用线温度水平提高到夹点以上；夹点右侧的受热复合热利用线的温度水平降低到夹点以下。

改变热利用线的温度水平，可以通过变更作为过程机器操作温度的函数的操作压力来实现。如果这样，消除了夹点，供热热利用线向左侧平移，再次出现夹点的话，可以反复进行变更热利用线形状的操作，不断减少火用的损失。

这样反复操作的结果将使两条线达到重合状态。这种状态意味着过程系统中传热的火用损失为零，即热传递成为可逆过程。但实际过程系统中这是不可能的，必须要有作为操作推动力的传热温差。因此，不能达到重合状态，必须终止于某个界限，一般为最小传热温差。图2-9夹点温差与费用的关系

在换热网络的综合中，夹点温差的大小是一个关键因素，温差越小，热回收量越多，则所需的加热和冷却公用工程量越少，即运行中能量费用越少。但夹点温差越小，整个换热网络各处的传热温差越小，使换热面积加大，造成网络投资费用的增大。

因此，当系统物流和经济环境一定时，存在一个使总费用目标最小的夹点温差，换热网络的综合，应在此最优夹点温差下进行。

最优夹点温差的确定方法，有以下三类：①根据经验确定此时需考虑公用工程和换热设备的价格、换热工质、传热系数等因素的影响。当换热器材质价格较高而能源价格较低时，可取较高的夹点温差以减少换热面积；反之，当能源价格较高时，则应取较低的夹点温差，以减少对公用工程的需求。

②在不同的夹点温差下，综合出不同的换热网络，然后比较各网络的总费用，选取总费用最低的网络所对应的夹点温差。③在网络综合之前，依据冷热流复合热利用线图，通过数学优化估算最优夹点温差。有了最优夹点温差，就可以进行换热网络的合成。

(2)利用热利用线图合成换热网络

由热利用线图决定热回收系统的过程流程，即决定换热流体的组合方法，恰好与绘制复合热利用线时的步骤相反，是分解热利用线。如果按照图2-7(c)的步骤进行分解，就成为图2-10的样子。

图2-10由热利用线图合成热回收系统的方法

在区间1，由于供热流体A、B同受热流体C进行热交换（复数流体和单一流体进行热交换），所以，受热流体C必须根据热平衡分流。

在区间2，是给热流体B与受热流体C进行热交换（单一流体和单一流体进行热交换）。区间的划分是在复合热利用线所包含的流体数有增减的地方，即在热利用线的拐点处引垂线来划分的。通常是根据这种组合关系来决定流体的分流或混合。

在实际系统中，常常在某一区间内是复数流和复数流体进行换热，这时热交换流体的组合不是一时能决定的，有关换热系统最优化的内容，这里不做详细介绍。二、传质过程的热力学分析炼油化工过程中，存在着种类繁多的传质过程，尤其是分离过程，在石油化工过程中起着举足轻重的作用，与化学反应一起形成加工生产的核心过程。对传质过程进行热力学分析，指出它们在过程中能量降质的原因及部位，对于节能改进是大有禅益的，减少传质过程火用损，就可提高离开设备的工艺物流的能级和品位，给后部回收创造条件。

我们只讨论均相物系(主要是气体混合物和液态溶液)的分离。

1.分离过程的最小火用耗

(1)已知组分混合物分离火用

的计算混合和分离是一对逆过程，其目的都为改变组分的浓度，混合过程的推动力是浓度差。对于理想溶液，其焓和熵为：

式中H和S为摩尔焓和摩尔熵，xi为组分i的摩尔分率，下标m表示混合物。

混合过程总伴有熵的增加，表明了这一过程的不可逆性。将理想溶液分离为同温、同压下纯组分的理想功，即分离功，对1kmol溶液

因为理想溶液混合焓变为0，则最小分离功的计算式，其值＞0，即分离过程需要外界对它作功。

分离火用是为把混合物分离成纯组分所需由外界供入的火用。对1kmol理想溶液的分离火用，即分离过程的最小火用：

分离火用仅是始(混合物)终(各分离产物)两状态间的火用差，因而是热力学火用差(即理想功)，并和实际分离过程步骤、方法、实际火用损耗等无关。它是实际分离过程火用消耗的最低限。

一般气体混合物均可视为理想溶液来计算其分离功和混合功，液体也可近似地按理想溶液处理。上式还表明，理想溶液的分离功只与组分浓度有关，而与各组分的物性无关。对于非理想溶液的分离功为：对混合过程而言：

分离的逆过程即为混合过程，混合过程可以向外作功。但实际过程的混合功目前技术条件下是难以利用的，混合过程功就不可逆地损失掉了。如果分离程度不完全，即产品也非纯物质，此时理想功的计算分两步。第一步，原溶液分离为纯组分。第二步，纯组分按不同比例混合成为最终产品。两步之和即为所求。以上公式都是以原料和产品处于同一温度和压力为前提。至于更普遍的情况按理想功Wid的通式计算。

(2)石油馏分的分离过程

石油馏分是多组分混合物的馏分，汽油、煤油、柴油等是由混合物(石油)分离到混合程度较轻的混合物的分离过程。对于石油馏分既难以确知包含的化合物数目，且更难知其组成，但可视为理想溶液处理。

采用简化的计算方法计算石油馏分分离火用。首先把组分数m很大的体系的总分离火用处理为组分数m和浓度分布因数Ω的函数：

当m值足够大时，Ω值在0.85左右。当各馏分间没有重叠时，由原料分离为各馏分的初分离火用

，可视为各馏分为纯组分来计算：式中EXTS——为原料分成n个互无重叠馏分的分离火用

，kJ/kmol；xj——为j馏分占原料的分子分数，

当有组分(馏分)重叠时，分离火用比没有重叠时的要小，即

式中△——即为由于重叠产生分离火用变化，可以导出：

式中，βj为j馏分的组分重叠度，取决于该馏分同相邻馏分的恩氏蒸馏或实沸点蒸馏5%点和95%点的脱空或重叠情况。在缺乏关联β值的数据时，特别是以分析过程用能合理性为目的的计算中，毋须精确计算，建议取β=1.4，这种近似处理可能造成△值50%的误差，但对E'XTS而言，误差将不超10%，可满足工程误差要求。

2.实际分离过程分离火用或混合火用只是在过程完全可逆的情况下消耗的最小功或做出的最大功，但由于实际过程的不可逆性，传质过程的火用损耗远大于分离火用，其大出部分称之为过程火用损耗，其大小随着过程和操作条件不同而异。分离火用是必须消耗的最小火用，是有效的。

（1）简单精馏以简单的二元理想溶液的精馏塔为例，讨论实际分离过程火用损耗。如下图所示：

为便于讨论，取塔顶和塔底产品都是纯的。进料1kmol，成份为A、B的组分分率各为xA和xB，塔顶产品A为xA

kmol，塔底产品B为xB

kmol。图2-11二元精馏1kmolA,xA,kmolTRB,xB,kmol如进料与出口产品温度相同且都为液态时，有QR≈QD=Q

分馏过程实质是因为温差存在，才形成浓度差而进行传质的，精馏的火用

损耗为：式中TD

——冷凝器入口温度，K；

TR——再沸器出口温度，K；

Q——再沸器热负荷，kJ；

DKL——精馏火用损耗，kJ。∵

QD=D△HV(R+1)≈QR=Q∴可以看出：

①火用损耗与热负荷有关，即与回流比有关。减少回流比，可减少Q从而降低火用损。

②火用损与供入塔的热量和离塔热量的温度差有关，二者相差越小，火用损越小。③上式火用损包括分离火用。（2）实际精馏过程

实际精馏过程是复杂的，供热部位（进料）不只一个，而且还开侧线。此时的实际过程火用损耗为：

式中TPM——离塔产品、回流及散热的平均温度，K；

TIM—入塔各种原料、重沸供热的平均温度，K；

QI

——供入塔的能量，kJQP

——离塔的能量，kJ

故有式

因为塔的能量平衡，离塔的能量等于入塔的能量

由上式可以看出：

(l)过程火用损与入塔的总热量（称为工艺总用能）有关，∑QI小，过程火用损小，节能应注意改进工艺流程及条件，减少总用能。

由于过程不可逆性造成的过程火用损，应减去分离功：

(2)过程火用损与供入和离塔产品平均温度有关。供入能量温度高，离塔能量温度低，火用损大。因此减少过程火用损，应尽可能降低供入能量温度，提高塔供出能量温度。火用效率：3.吸收过程的火用

损耗

吸收过程受亨利定律支配，多在低温高压下操作。吸收过程的能耗体现在吸收剂的再生上。可逆再生消耗的最小功即为分离功。吸收过程是被吸收组分和吸收剂的混合过程，吸收过程的推动力是压差。以某种液态溶剂从混合气相中吸收某一组分i的过程为例，吸收过程的火用

损耗为：式中

ni——吸收组分i

的千摩尔数；

pi——吸收组分在塔某一截面上的气相分压；

pei

——与某截面液体吸收剂中i组分浓度成平衡的气相分压。可见，吸收过程火用损，取决于实际过程强度量差的大小，即过程不可逆程度。组分分压与其平衡分压的差距越大，过程速率越大，火用损大，损耗功与压比的对数值成正比。三、流体流动过程热力学分析流体流动是石油化工过程最为普遍的一类单元操作过程。物流在流经设备和管道时，需克服摩擦力和局部阻力。这种阻力是不可逆流动所产生的，构成了损耗功。化工厂消耗的动力(电能和机械能)大都直接用于弥补这项损耗，如泵、压缩机等。流体流动过程火用损耗在一般工艺装置火用损耗中所占的比例在传热、燃烧反应之后居第三位。

绝热节流过程是流体流动过程中的一个特例。节流过程一般与外界无功、热交换，故节流过程为等焓节流，但节流后，熵值增加。因此节流过程的火用（功）损为T0△S。由热力学微分式：对压力p求偏导：将的关系代入上式则有：

该式即为节流过程火用损的一般函数式。对1mol理想气体，有V=RT/p

而对于正常的流体流动过程，存在着流动阻力，其流动过程可近似按节流过程处理，视为等焓的流动过程，又因为在流动过程中(耗功动力设备出口)，很少有相变化，对于液体及体积变化不大的气体以平均体积Vm代替上式中的V，亦可计算流动过程火用损。

对于不可压缩流体（液体），可视V为常数

讨论：

(1)由式dEX=(T0/T)Vdp

可知，节流火用损随压力变化率正比于流体比容，这是气体物流(蒸汽、空气及气相工艺物流等)节流火用损大于液体节流火用损的主要原因。

(2)节流火用损与物流温度成反比，温度愈低，火用损越大，所以对深冷工业，尤应注意减少阻力损失。

(3)液体节流火用损正比于压差，而气体物流节流火用损却正比于压比的对数值。所以低压气节流损失亦不应忽视。对于理想气体也可以平均比容Vm代替式中的V，计算结果是相同的。因此，对气体更要注意减少节流损失。

石油化工过程中，物流的节流随处可见，如蒸汽管网的降压使用，合成氨池放气的节流，以及加氢高压分离器到低压分离器的降压，催化裂化再生烟气的节流等。因此，减少过程节流火用损，回收物流膨胀功是流体流动过程节能的一个重要方面。

节流火用损是环境温度T0的函数，而气相物流膨胀功则是物流温度的函数。一般地，节流的膨胀回收功比节流火用损大得多。理想等温膨胀过程做功与节流火用损的比值为：即为物流温度与环境温度的比值。可见，回收高温气相物流的节流火用损尤为重要，如再生烟气的烟气轮机，就是在高温下回收膨胀功，而在理想的操作条件下，回收的功大于空气主风机的压力耗功，道理也就在于此。

流体流动过程中，除流动过程的节流火用损外，还有一类火用损，即流动功转换过程火用损。这是由于功转换设备在由电能(或蒸汽)转化为流体流动所需要的流动功的过程中，由于摩擦、涡流冲击所造成的功损失，这部分火用损可通过核算流体获得的有效功，由火用平衡确定。见有关机泵部分。例：某炼油厂催化裂化装置再生烟气压力为0.2MPa，通过双动滑阀节流减压至常压排出烟囱，大气压力为0.1MPa，烟气流量为60000Nm3/h，环境温度T0=15℃，烟气温度为600℃，求该气相物流的节流火用损。如果设置烟气膨胀透平，可回收膨胀功为多少？解：(1)再生烟气通过双动滑阀由操作压力节流到大气压力，其节流火用损：

=4448281kJ/h=1235.63kW

(2)设烟气膨胀透平后，考虑烟机有焓降，出口温度为500℃。因此，取物流平均温度为550℃，则最大膨胀功为：

=12711583kJ/h=3531kW

考虑烟气透平效率为70％，可净回收膨胀功2471kW。传质过程的热力学分析均相物系(主要是气体混合物和液态溶液)的分离。分离过程的最小火用耗分离火用仅是始(混合物)终(各分离产物)两状态间的火用差，即热力学火用差(理想功)，并和实际分离过程步骤、方法、实际火用损耗等无关。石油馏分的分离过程简单精馏过程：

①火用损与热负荷有关，即与回流比有关。减少回流比，可减少Q从而降低火用损。

②火用损与供入塔的热量和离塔热量的温度差有关，二者相差越小，火用损越小。③上式火用损包括分离火用。流体流动过程热力学分析绝热节流过程：为等焓过程理想气体不可压缩流体（液体）四、化学反应过程的热力学分析化学反应过程(包括燃烧过程)是石油化工过程又一类普遍的单元操作过程，如炼油装置的催化裂化、催化重整等。化工反应过程，往往构成工艺过程的主体。

原料和产品的化学能变化是通过反应热(

火用

)，以热力学能耗(火用差)的形式体现出来。因此准确计算反应火用就显得特别重要。

对化学反应过程的火用分析有两个目的，一是计算其热力学火用差(理想功)EXTR以掌握其火用耗的最小限，或(对放热反应)体系供出火用的最大值，作为整个过程火用分析所必需掌握的基本情况。二是测算其实际过程火用损耗，剖析其影响因素，以指出降低途径。某些过程中，化学反应的火用损耗是相当大的，特别是各种加热炉中燃烧化学反应的火用损耗，在总损耗中占有相当大的比例。1、化学反应的热力学火用差

(1)反应热力学火用差的两个实用条件

实用中有两个不同的概念：一是在基准温度T0、压力p0下的反应热力学火用差EXTR，用于以节能为目的的火用分析中；一是在反应实际进行温度T和压力p下的反应热力学火用差E'XTR。适用于以化学反应本身和影响它的因素为目的的研究工作。两者关系如图2-12所示。∑μj

njT0、p0∑μk

nkT0、p0∑μj

njT、p∑μk

nkT、pEXTRE'XTR(△EX)1-1′(△EX)2'-2图2-12基准反应温度和实际温度下化学反应的热力学火用差的关系11′22′∴

EXTR=(EX)2–(EX)1=E'XTR+(△EX)1-1'+(△EX)2'-2(2)基准温度下的反应热力学火用差EXTR对于1kmol反应物，

EXTR=(EX)2–(EX)1=∑μk

nk

-∑μj

nj

=△G按化学反应恒温方程：△G=-RT0ln(Kp/Jp)或△G=△G0+RT0ln

Jp其中△G0=-RT0lnKp

△G0为反应物和产物分压均为0.1MPa时的标准Gibbs自由能变化。

Kp为T0、p0下的反应平衡常数。

当Jp=Kp，即达到化学平衡的条件下，△G=0，即当反应在基准温度和可逆条件下进行时，火用变化等于0。为在基准温度和反应进行条件下产物和反应物分压的乘积比。

工程实际上的化学反应都是在远离平衡的条件下进行的，根据实际的分压数据可知Jp

，由参加反应的各物质的标准生成Gibbs自由能数据△Gf0可求出△G0，代入△G=△G0+RT0ln

Jp中,即可求出△G和EXTR。

(3)

实际温度下的反应热力学火用差E'XTR

实际过程中，有两种典型情况：恒温反应器和绝热反应器，也有若干是介于两者中间。

对恒温反应：

上式即为反应条件下反应火用的计算式角标'表示在实际反应温度T下的平衡常数K'p

，分压乘积比J'p和热效应△H'。

当考虑到还有不参加反应的惰性组分时用下式：

式中ni——相对于1kmol反应物的惰性组分i

的千摩尔数；(pi)i

、(pi)e——分别为进、出反应器惰性组分i的分压。

对绝热反应：

可分两步求E'XTR。

先按恒温反应计算，温度为Ti

需自外界吸入热量△H，第二步，反应产物放热，温度由Ti变化到Te

，因此有：

式中Tm——进出口温度热力学平均温度；Kpi——进口温度下的平衡常数。2、实际反应过程火用损耗

实际反应过程火用损耗由两部分组成：一是由于反应本身的不可逆性造成的反应火用损。二是反应器内传热过程不可逆性造成的火用损。

(1)反应本身不可逆性造成的火用损即实际反应不在可逆条件下进行(Jp

≠Kp

)，此时形成的熵增△Sp和火用损DKC表示为：

DKC=T0△Sp=R

T0

ln(Kp/Jp

)

ln(Kp/Jp

)实质上就是反应的推动力。

化学反应火用损一般并不大，通常可以忽略，特别是对于复杂的石油加工过程，Jp

与Kp都难以准确知道，粗略计算可直接取反应热效应△H为反应火用。

(2)反应器内传热过程不可逆性造成的火用损

当化学反应中的能量转移或传递是通过热的形式时，必然伴有熵的变化，从而产生火用损DKCH

。这部分火用损DKCH常常远大于上述的DKC

。

最典型的例子是烃类燃料的燃烧。计算表明，95~97.5%的燃料化学能均为化学火用，即其能级ε=0.95~0.975。或者说燃烧化学反应的T0△S是很小的。但是，这种结果只能在特定的安排中才有可能实现。

在一般工业条件的各种炉子中，只要化学能△H以热量的形式传给燃烧产物烟气，它们的能级立即降为：

EXH=(1-

T0/Tm)△H

即使烟气温度T为2000K，Tm=1150K，由上式得：

EXH=0.75△H

即除去DKC，仍约有20%的火用损耗DKCH，并且T越低DKCH越大。对于吸热反应,DKCH主要体现于外部提供的热量向反应体系传递的过程中。例如流化催化裂化提升管反应器内，反应温度为470℃-490℃(ε≈0.62），但作为热源的循环催化剂是在从700℃（高温再生）到上述温度之间放出其显热的，就是说，热源提供热量的能级是ε≈0.67，则有7.5%的

损失于此传热过程中(未计原料升温传热火用损)

。实际反应过程火用损

DKCR=∑(EX)i

–∑(EX)e–E'XTR

即为入方各火用流总和与出方各火用流总和及反应火用变化之差。对多数炼油二次加工过程，物料组成复杂，亦难以取得相应的热力学数据，对任一流动化学反应体系，在T0、p0下，有：

△EX=△H-

T0△S

在以用能分析和改进为目的的火用分析中，可以近似用△EX=△

H来估算化学反应的火用变化。五、燃烧过程的热力学分析

燃烧过程是一种高度的不可逆过程，必定引起大量的火用损失。石油化工过程的燃烧过程如加热炉和锅炉，燃烧和传热往往同时进行。因此，从燃料的化学能到受热流体之间总的火用损失，实质上是燃烧和传热过程联合火用损失。因此，对于一般的石油化工过程，燃烧火用损指在绝热燃烧温度下的燃烧火用损。实际空气量也较理论空气量稍多。与一般化学反应不同的是，燃烧过程是把参与反应的物质，甚或惰性组分加热到绝热燃烧温度。燃烧产物在传热过程中温度逐渐降低。炉内燃烧及传热过程模型如图2-13所示。图2-13实际燃烧过程

由图2-13可知，实际燃烧过程可分为绝热燃烧过程和炉内的传热过程两步计算，这也符合热力学状态函数的特征。燃烧火用损计算模型见图2-14。图2-14燃烧

损计算模型1.绝热燃烧过程

图2-14所示的绝热燃烧过程，是假定空气和燃料在绝热条件下进行燃烧，这时燃料的能量和燃烧空气的能量将全部转变为燃气所具有的能量，达到绝热燃烧温度，其火用损失可由