3.2化工节能基础

绿色化工技术 授课教师：牛亚杰 模块三 化工节能减排 §3.1 节能减排基本概念 §3.2 化工节能基础 §3.3 化工单元节能减排 2 3 单元二 化工节能基础 知识目标：掌握热力学第一定律和热力学第二定律的内涵；理解稳流体系的能量平衡方程的表达式。理解热力学性质图表的构成；理解能量的品质；理解理想功、损耗功的概念及计算方法；掌握卡诺定理、理解熵增原理；理解㶲的分析和能量平衡分析的方法。 技能目标：能运用热力学第一定律分析实际用能过程；针对具体的化工过程或设备，能运用能量平衡方程进行计算；能计算热力过程的焓变和熵变；能运用熵增原理分析用能过程的可行性；能计算典型过程的理想功和损耗功；能运用㶲的分析实际生产过程。 素质目标：培养逻辑思维与抽象思维能力；培养运算能力和化工模型的构建能力；树立用能分析的㶲分析观念；具备较强的节能减排意识，增强化工节能减排的社会责任感和历史使命感。 4 单元二 化工节能基础 要搞好节能，就要了解造成能源损耗和损失的原因、能量损耗和损失的部分、科学用能的基本原则、节能的对策等。 能量是物质运动的量度，物质的运动存在不同的形态，因而能量也具有不同的形式。处于宏观静止状态并且没有外力存在的物质，仍具有一定的能量，这种能量称为内能。内能是物质内部一切微观粒子所具有的能量的总和，它是物质的一个状态参数。当能量从一种形式转换为另一种形式时，在量和质两方面遵循不同的客观规律，这就是热力学第一和第二定律所阐述的内容。 5 单元二 化工节能基础 热力学第一定律的实质就是能量与守恒转换定律，它阐明能量“量”的属性，它指出，各种不同形式的能量在传递转换过程中，能量在数值上是守恒的。但既然能量是守恒的，既不能被创造，也不能被消灭，有从何而来能源问题，又怎样节能呢？这就涉及到能量“质”的属性。 根据热力学第一定律，能量在使用过程中数值上是守恒的，那么不同形式的能量是否都可以无条件的相互转换呢？答案是否定的。例如，功可以全部转换成热，但热却不能无条件地全部转换为功；热量能从高温物体传给低温物体却不能自动地从低温物体传给高温物体。这些例子说明不同的能量有“品质”高低之分，热力学第二定律指出，能量在使用过程中虽然数值上是守恒的，但能量的品质却在不断地贬值和降低。节能的实质就在于防止能量贬值现象的发生。 6 单元二 化工节能基础 热力学第一定律 7 任务一 能量平衡方程的应用 知识目标：掌握热力学第一定律的内涵；理解稳流体系的能量平衡方程的表达式。 技能目标：能运用热力学第一定律分析实际用能过程；针对具体的化工过程或设备，能运用能量平衡方程进行计算。 一、热力学第一定律及其表达式 （一）热力学第一定律 能量守恒与转换定律是自然界的客观规律，自然界所有物质都具有能量，能量有各种不同的形式，它既不能被创造，也不能被消灭，只能从一种形式转换成另一种形式，在转化过程中数量保持不变。 8 任务一 能量平衡方程的应用 对任何能量转换系统，可建立能量衡算式： 系统储存能量的变化=输入体系的能量－输出体系的能量 （2-1） 系统储存能量E包括系统的宏观动能 、宏观位能 和系统内部的微观能量即内能U。系统内能是热力状态参数，而宏观动能和位能取决于系统的力学状态，满足 就热力学观点，功和热是转移中的能量，是不能储存在系统之内的。系统与外界之间由于温差而传递的能量成为Q；在除温差之外的其它推动力影响下，系统与外界间传递的能量称为功W。因此，系统在过程前后的能量变化 应与系统在该过程中传递的热量Q与功W之间的代数和相等。 9 任务一 能量平衡方程的应用 如果E2、E1分别代表体系的始态、终态的总能量，则 （2-2） 此即为热力学第一定律的数学表达式，其中： （2-3） 一般规定：体系吸热，Q为正值，体系放热，Q为负值；体系对外界做功，W为正值，外界对体系做功，W为负值。 10 课后作业 1.选择自己家庭一个月的能源消耗情况（包括用电度数、燃气用量等），计算家庭该月的二氧化碳排放量，并提出至少两条节能减排建议。 2.概述热力学第一定律和热力学第二定律的内容。 $$