化工过程的能量分析

第6章 化工过程能量分析重点难点：能量平衡方程、熵平衡方程及应用，理想功和损失功的计算，有效能的概念及计算，典型化工单元过程的有效能损失。

1) 能量平衡方程、熵平衡方程及应用(1) 能量平衡方程及其应用根据热力学第一定律：体系总能量的变化率＝能量进入体系的速率-能量离开体系的速率可得普遍化的能量平衡方程：t V p W Q gZ u H m gZ u U m t kk k k d d 22d d s 12sy st 2-++⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++∑= 式中左边项代表体系能量的变化，右边项第一项表示质量流带入、带出的能量，后三项表示体系与环境热和功的交换量。

注意：式中H 为单位质量的焓，u 2/2为单位质量的动能，gZ 为单位质量的位能，内能、动能和位能(g =9.81m/s 2)之和为单位质量流体的总能量E ：gZ u U E E U E p k ++=++=221 符号规定：进入体系的质量流率m k 为正，体系吸热Q 为正，环境对体系做功W 为正(体系得功为正)。

上式适用于任何过程，不受过程是否可逆或流体性质的影响。

要对一个过程进行能量分析或能量衡算，应该根据过程的特点，正确分析能量平衡方程式中的各个项，化简能平式，关键是要会分析题意特点，能平式中各项的含义要明白。

① 对封闭体系：忽略动、位能的变化，则能平式变为W Q U δδd +=积分，可得 W Q U +=Δ此即为封闭体系热力学第一定律的数学表达式。

② 稳态流动体系(简称稳流体系)稳态流动过程是指物料连续地通过设备，进入和流出的质量流率在任何时刻都完全相等，体系中任一点的热力学性质都不随时间变化，体系没有物质和能量的积累。

因此，稳流体系的特点：体系中任一点的热力学性质都不随时间而变；体系没有物质及能量的积累。

对一个敞开体系，以过程的设备为体系，即为稳流体系。

其能平式可化为 02s 12=++⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++∑=W Q gZ u H m k kk k 把上式中第一项进、出分开，即得：022s out2in 2=++⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++W Q m gZ u H m gZ u H 单位质量的稳流体系的能量方程式：022s out2in 2=++⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++W Q gZ u H gZ u H s 2ΔΔ21ΔW Q Z g u H +=++ 式中∆H 。

化工热力学第五章化工过程的能量分析化工过程的能量分析是对能量转化和能量平衡进行分析和计算的过程。

它旨在确定化工过程中的能量输入和输出，以及能量转化的效率。

能量分析的基本原理是能量守恒定律，即能量既不能被创造也不能被消灭，只能发生转化和传递。

在化工过程中，能量转化主要包括热能和工作能的转化。

对于化工过程的能量分析，首先需要确定系统的边界。

系统是指需要进行能量分析的化工过程的范围。

系统可以是一个反应器、一个加热器、一个蒸馏塔等。

接下来，需要确定系统的输入和输出。

输入和输出包括能量流和物质流。

能量流一般包括热能和工作能的流入和流出，物质流一般包括物质的流入和流出，以及化学反应中物质的转化。

在能量分析中，热能是一个重要的能量形式。

对于热能的分析，常常需要考虑热能的传递方式，如传导、对流和辐射。

传导是通过直接接触传递热能，对流是通过流体介质传递热能，辐射是通过辐射传递热能。

根据能量守恒定律，系统的输入和输出之间的热能的变化可以表达为：Σ(Qin) - Σ(Qout) = Σ(Win) + Σ(Wout) ± ΔE其中，Qin和Qout分别表示进入和离开系统的热能，Win和Wout分别表示进入和离开系统的工作能，ΔE表示系统内部的能量变化。

除了热能外，化工过程中还常常涉及到压力能和位能的转化。

压力能是由于流体在系统中的压力而具有的能量，位能是由于物体在重力场中的高度而具有的能量。

在能量分析中，压力能和位能的转化也需要考虑。

能量分析的另一个重要方面是能量的有效利用。

对于化工过程来说，能量转化的效率直接影响着能源的消耗和产品的质量。

提高能量的利用效率是化工工程师的重要目标之一、为了提高能量的利用效率，可以采取一系列的措施，例如优化化工过程的操作参数，改进传热设备的设计和选型，提高能源的回收利用等。

同时，还可以利用先进的能源技术，如余热利用技术、低温热能利用技术等。

总之，化工过程的能量分析是研究化工过程能量转化和能量平衡的重要方法。

化工过程能量分析引言化工过程能量分析是一种重要的工程分析方法，用于评估化工过程中能量的转化和利用情况。

能量是化工过程中最基础的要素之一，对于化工产品的生产、能源消耗和环境影响起着至关重要的作用。

通过对化工过程的能量分析，可以优化能源利用，减少能源消耗，提高化工工艺的可持续性和经济性。

能量分析的基本原理能量分析基于能量守恒定律，认为能量是不可创造也不可消灭的，只能从一种形式转化为另一种形式。

在化工过程中，能量可以以多种形式存在，如热能、电能、机械能等。

能量分析的基本原理是追踪能量在化工过程中的流动和转化，以确定能量的输入、输出和损失。

能量分析的步骤1.确定能量流的路径：首先需要识别化工过程中能量流的路径，包括原料输入、能量转化和产物输出过程。

通过图表或流程图的形式清晰地表示能量流动的路径。

2.测量和计算能量输入和输出：对于能量流经过的每个环节，需要进行能量输入和输出的测量和计算。

常用的测量工具包括温度计、流量计、压力计等。

通过对能量输入和输出的测量和计算，可以得到能量平衡。

3.确定能量损失和效率：计算能量损失和能量转化的效率是能量分析的重要步骤。

能量损失的原因可以包括传热过程中的热损失、能量转化过程中的不完全转化等。

通过计算能量损失和效率，可以评估化工过程的能量利用情况。

4.优化能量利用：根据能量分析的结果，可以制定相应的措施来优化能量利用。

例如，通过改进设备设计、调整操作条件或采用新的能量转化技术来提高能量利用效率。

实例分析：乙烯生产过程的能量分析以乙烯生产过程为例，对其能量分析进行具体实例分析。

1.能量流路径：乙烯生产过程包括原料输入、反应转化和产物输出三个主要环节。

原料输入包括乙烷和空气，反应转化包括乙烷裂解生成乙烯，产物输出为乙烯。

2.能量输入和输出的测量和计算：通过测量乙烯生产过程中原料和产物的温度、流量和压力等参数，可以计算能量输入和输出。

如乙烷的燃烧产生的热量为能量输入，乙烯产物的冷却散热为能量输出。