化工节能原理与技术6课件

化工节能原理与技术62024/4/18化工节能原理与技术6第2章节能的热力学2.4能量的火用计算2.4.6化学反应的最大有用功

稳定流动系统化学反应结论：可逆定温系统作出的最大反应有用功等于系统自由焓的减少。最大反应有用功是状态参数2化工节能原理与技术6第2章节能的热力学2.6装置的火用效率和火用损失系数火用效率火用效率反映了实际过程接近理想过程的程度，从能量的质来评价过程的优劣。例2-11试导出电热水器热效率与火用效率的数学表达式。设热水器绝热良好，通过器壁向环境散失的热量为0。并求当t1=t0=25℃Δt=50℃时的热效率和火用效率。

3化工节能原理与技术6第3章化工单元过程与设备的节能3.1流体流动及流体输送机械3.1.1流体流动降低火用损失采取的途径解决好能耗减少与投资增大的矛盾4化工节能原理与技术6第3章化工单元过程与设备的节能3.1流体流动及流体输送机械3.1.2流体机械提高流体机械本身的性能在流体机械的运行方面，提高节能潜力3.1.2.1选用合适的流体机械5化工节能原理与技术6第3章化工单元过程与设备的节能3.1流体流动及流体输送机械3.1.2流体机械3.1.2.1选用合适的流体机械6化工节能原理与技术6第3章化工单元过程与设备的节能3.1流体流动及流体输送机械3.1.2流体机械3.1.2.2选用合适的流量改变管路特性曲线：通过调节阀门的开度实现改变离心泵特性曲线：改变转速、切削叶轮直径以及采用泵的串联或并联7化工节能原理与技术6第3章化工单元过程与设备的节能3.1流体流动及流体输送机械3.1.2流体机械3.1.2.2选用合适的流量8化工节能原理与技术6第3章化工单元过程与设备的节能3.1流体流动及流体输送机械3.1.2流体机械3.1.2.2选用合适的流量改变管路特性曲线：通过调节阀门的开度实现改变离心泵特性曲线：改变转速、切削叶轮直径以及采用泵的串联或并联推荐的流量调节方式：（1）变频装置：负荷变化频繁且负荷变化大（2）采用不同的泵：调节幅度大、时间长（3）阀门调节：负荷变化频繁但负荷变化不大9化工节能原理与技术6第3章化工单元过程与设备的节能3.2换热3.2.1换热过程PHTHPLTL10化工节能原理与技术6第3章化工单元过程与设备的节能3.2换热3.2.1换热过程温差传热引起的火用损失：采用逆流换热、增大传热面积、强化传热以提高传热系数。流动阻力引起的火用损失作业：如何减少温差传热；如何减少流动阻力；从这两方面，总结出减少火用损失的措施11化工节能原理与技术6第3章化工单元过程与设备的节能3.2换热3.2.2设备和管道的保温（1）管道12化工节能原理与技术6第3章化工单元过程与设备的节能3.2换热3.2.2设备和管道的保温（2）平面壁13化工节能原理与技术6第3章化工单元过程与设备的节能3.3蒸发蒸发的目的（1）获得浓缩的溶液（2）脱除溶剂，后续结晶（3）脱除溶剂中的杂质一侧为蒸汽冷凝，一侧为液体沸腾生蒸汽（或加热蒸汽）：作为热源的水蒸汽二次蒸汽：蒸发产生的蒸汽14化工节能原理与技术6第3章化工单元过程与设备的节能3.3蒸发3.3.1多效蒸发多效蒸发的原理每一个蒸发器称为一效，提高了生蒸汽的利用率W:蒸发出的水量D:加热蒸汽（生蒸汽）用量15化工节能原理与技术6第3章化工单元过程与设备的节能3.3蒸发3.3.1多效蒸发多效蒸发的原理每一个蒸发器称为一效，提高了生蒸汽的利用率16化工节能原理与技术6第3章化工单元过程与设备的节能3.3蒸发3.3.1多效蒸发多效蒸发的生蒸汽利用率的提高是以降低其生产强度为代价获得的。生产强度：通过单位传热面的传热速率表示三效蒸发器单效蒸发器17化工节能原理与技术6第3章化工单元过程与设备的节能3.3蒸发3.3.1多效蒸发多效蒸发的生蒸汽利用率的提高是以降低其生产强度为代价获得的。生产强度：通过单位传热面的传热速率表示ΔtT

:第一效加热蒸汽的温度-末效蒸发室压力下蒸汽的饱和温度有效温度差：生蒸汽温度–溶液沸点（单效）温度差损失：溶液沸点（过热蒸汽）-饱和蒸汽温度（单效）18化工节能原理与技术6第3章化工单元过程与设备的节能3.3蒸发3.3.1多效蒸发多效蒸发的生蒸汽利用率的提高是以降低其生产强度为代价获得的。（1）并流加料19化工节能原理与技术6第3章化工单元过程与设备的节能3.3蒸发3.3.1多效蒸发多效蒸发的生蒸汽利用率的提高是以降低其生产强度为代价获得的。（2）逆流加料20化工节能原理与技术6第3章化工单元过程与设备的节能3.3蒸发3.3.1多效蒸发多效蒸发的生蒸汽利用率的提高是以降低其生产强度为代价获得的。（3）错流加料；（4）平流加料21化工节能原理与技术6第3章化工单元过程与设备的节能3.3蒸发3.3.2额外蒸汽的引出额外蒸汽的效数越往后移，生蒸汽的利用率越高。22化工节能原理与技术6第3章化工单元过程与设备的节能3.3蒸发3.3.2额外蒸汽的引出额外蒸汽的效数越往后移，生蒸汽的利用率越高。推广至n效23化工节能原理与技术6第3章化工单元过程与设备的节能3.3蒸发3.3.3二次蒸汽的再压缩机械压缩蒸汽动力压缩3.3.3.1机械压缩比较不同能源为动力的系统时，采用一次能源利用系数。24化工节能原理与技术6第3章化工单元过程与设备的节能3.3蒸发3.3.3二次蒸汽的再压缩3.3.3.1机械压缩经优化设计的机械压缩式热泵蒸发，其一次能源利用率高于八效蒸发。25化工节能原理与技术6第3章化工单元过程与设备的节能3.3蒸发3.3.3二次蒸汽的再压缩3.3.3.1机械压缩电热比价和压缩机的压比是决定经济效益的关键因素；根据总费用最小来确定蒸发器的最佳传热温差；经优化设计的机械压缩式热泵蒸发系统，其年度总成本介于三效到四效之间；压缩机所需压缩功的计算式为：加热蒸汽变饱和蒸汽所注入水量26化工节能原理与技术6第3章化工单元过程与设备的节能3.3蒸发3.3.3二次蒸汽的再压缩3.3.3.2蒸汽动力压缩与机械压缩式相比，蒸汽动力式的能量利用率较低，节能率介于二效和三效之间，经济效益也介于二效和三效之间。27化工节能原理与技术6第3章化工单元过程与设备的节能3.3蒸发3.3.3二次蒸汽的再压缩3.3.3.2蒸汽动力压缩喷射系数：单位工作蒸汽所能引射的二次蒸汽量h2:喷射泵工作蒸汽的焓；h3:喷射泵喷嘴出口蒸汽的焓；h4:喷射泵扩压管出口混合蒸汽的理论焓；h5:喷射泵扩压管入口混合蒸汽的实际焓；喷射泵的高压工作蒸汽量28化工节能原理与技术6第3章化工单元过程与设备的节能3.3蒸发3.3.3二次蒸汽的再压缩3.3.3.2蒸汽动力压缩喷射泵的热量衡算：h:喷射泵出口处混合蒸汽的实际焓；h1:二次蒸汽的焓；h2:喷射泵工作蒸汽的焓；m:被引射的二次蒸汽量作业：如何提高m,从而提高能量利用率?29化工节能原理与技术6第3章化工单元过程与设备的节能3.3蒸发3.3.3二次蒸汽的再压缩3.3.3.2蒸汽动力压缩采用多效蒸发提高能量利用率喷射泵起到增加一效的作用30化工节能原理与技术6第3章化工单元过程与设备的节能3.3蒸发3.3.3二次蒸汽的再压缩3.3.3.2蒸汽动力压缩并列组合式热泵蒸发工艺思考：画出完整的并列组合式热泵蒸发工艺示意图31化工节能原理与技术6第3章化工单元过程与设备的节能3.3蒸发3.3.4冷凝水热量的利用直接利用冷凝液显热来预热料液，也可采用自蒸发方式回收潜热。32化工节能原理与技术6第3章化工单元过程与设备的节能3.4精馏精馏是分离互溶液体混合物的最常用方法，分离依据是各组分挥发性不同33化工节能原理与技术6第3章化工单元过程与设备的节能3.4精馏精馏塔的热量衡算QS:再沸器的加热量；QF:料液带进的热量；QD:塔顶产品带出的热量；QC:塔顶冷凝器的冷却量；QW:塔底产品带出的热量；34化工节能原理与技术6第3章化工单元过程与设备的节能3.4精馏精馏过程是一个不可逆过程，火用损失由下列不可逆引起：流体流动阻力造成的压力降（压差）；不同温度物流间的传热或不同温度物流的混合（温度差）；相浓度不平衡物流间的传质或不同浓度物流的混合（浓度差或化学势差）35化工节能原理与技术6第3章化工单元过程与设备的节能3.4精馏预热进料，以较低温位的热能代替再沸器要求的高温位热能思考：对于难分离体系，为什么降低进料液预热温度有利于分离？36化工节能原理与技术6第3章化工单元过程与设备的节能3.4精馏3.4.2塔釜液余热的利用塔釜液的显热变为潜热来利用37化工节能原理与技术6第3章化工单元过程与设备的节能3.4精馏3.4.3塔顶蒸汽余热的回收利用直接热利用：产生低压蒸汽余热制冷：采用吸收式制冷装置产生冷量余热发电：用塔顶余热产生低压蒸汽驱动透平发电。38化工