化工節(jié)能減排技術(shù)(1-2)孫老師

1、化工節(jié)能減排技術(shù)青島科技大學(xué)青島科技大學(xué)過程系統(tǒng)工程教研室過程系統(tǒng)工程教研室 2014 . 9第第 1 1 章章 總總 論論第第 1 1 章章 總總 論論第第 1 1 章章 總總 論論第第 1 1 章章 總總 論論第第 1 1 章章 總總 論論第第 1 1 章章 總總 論論CH2COOR1CHCOOR2CH2COOR3+CH3OHR1COOCH3R2COOCH3R3COOCH3+CH2OHCHOHCH2OH化學(xué)法：液堿催化酯交換，反應(yīng)速度慢，工藝流程復(fù)雜，不 是綠色加工工藝生物法：采用生物酶作催化劑，距離大規(guī)模工業(yè)化較遠(yuǎn)高溫高壓（超臨界反應(yīng)）法：用超臨界萃?。ɑ蛞汗梯腿。┖蟮囊后w原料；反應(yīng)速度

2、快，無催化劑；綠色加工工藝第第 1 1 章章 總總 論論產(chǎn)物分相酯相甘油相蒸短鏈醇蒸短鏈醇真空蒸餾甘油真空蒸餾水洗干燥生物柴油醇水稀溶液醇水稀溶液無共沸物（甲醇/水）普通蒸餾無水甲醇共沸物（乙醇/水、叔丁醇/水）特殊蒸餾無水乙醇（叔丁醇）關(guān)鍵技術(shù)后處理分離過程的分子熱力學(xué)基礎(chǔ)，用于建立過程數(shù)學(xué)模型特殊蒸餾分離醇水稀溶液（分離劑的篩選）第第 1 1 章章 總總 論論第第 1 1 章章 總總 論論 五年來，我國(guó)一次能源生產(chǎn)總量位居世界第一，煤炭產(chǎn)量占到世界的45%，石油年產(chǎn)量穩(wěn)定在2億噸，天然氣產(chǎn)量穩(wěn)步提高，電力裝機(jī)規(guī)模居世界第二，水電、核電、風(fēng)電等清潔能源快速發(fā)展，能源科技裝備水平顯著提高，節(jié)能

3、環(huán)保成效明顯，境外能源合作不斷取得新進(jìn)展，國(guó)內(nèi)能源安全保障能力進(jìn)一步增強(qiáng)。不同角度分析我國(guó)化學(xué)工業(yè)的節(jié)能潛力（1）單位GDP能耗（2）能源利用率（3）主要產(chǎn)品單位能耗（4）主要設(shè)備能耗第第 1 1 章章 總總 論論0200400600800 1999 單位GDP能耗/噸標(biāo) 準(zhǔn) 油USAOECDJPNCHINAAVERAGE到2015年，原油加工綜合能耗降到86千克標(biāo)準(zhǔn)煤/噸，乙烯綜合能耗降到857千克標(biāo)準(zhǔn)煤/噸，石油石化行業(yè)單位工業(yè)增加值用水量比2010年減少30%。合成氨綜合能耗低于1350千克標(biāo)準(zhǔn)煤/噸，燒堿（離子膜）綜合能耗降到330千克標(biāo)準(zhǔn)煤/噸，電石綜合能耗降到1050千克標(biāo)準(zhǔn)煤/噸

4、，行業(yè)平均中水回用率達(dá)到90%，固體廢物綜合利用率達(dá)到75%。 第第 1 1 章章 總總 論論第第 1 1 章章 總總 論論第第 1 1 章章 總總 論論第第 1 1 章章 總總 論論第第 2 2 章章 節(jié)能的熱力學(xué)節(jié)能的熱力學(xué)0K時(shí)純物質(zhì)完美晶體的熵等于零節(jié)能的實(shí)質(zhì)：防止和減少能量貶值現(xiàn)象的發(fā)生第第 2 2 章章 節(jié)能的熱力學(xué)節(jié)能的熱力學(xué)系統(tǒng)的邊界：系統(tǒng)與外界的分界面固定的、移動(dòng)的、真實(shí)的、假想的能量交換：熱和功物質(zhì)交換：物質(zhì)的流進(jìn)和流出，伴隨著能量的交換開口系統(tǒng)（流動(dòng)系統(tǒng)）：有物質(zhì)交換和能量交換閉口系統(tǒng)：無物質(zhì)交換孤立系統(tǒng)：無物質(zhì)交換和能量交換絕熱系統(tǒng)：無熱量交換第第 2 2 章章 節(jié)能的

5、熱力學(xué)節(jié)能的熱力學(xué)平衡狀態(tài)：在不受外界影響的條件下，系統(tǒng)如溫度、壓力、組成等滿足力平衡、熱平衡和化學(xué)平衡的狀態(tài)（不存在不平衡勢(shì)）第第 2 2 章章 節(jié)能的熱力學(xué)節(jié)能的熱力學(xué)開爾文溫度，或稱絕對(duì)溫度）第第 2 2 章章 節(jié)能的熱力學(xué)節(jié)能的熱力學(xué)mVv vVm1第第 2 2 章章 節(jié)能的熱力學(xué)節(jié)能的熱力學(xué)ghP第第 2 2 章章 節(jié)能的熱力學(xué)節(jié)能的熱力學(xué)第第 2 2 章章 節(jié)能的熱力學(xué)節(jié)能的熱力學(xué)第第 2 2 章章 節(jié)能的熱力學(xué)節(jié)能的熱力學(xué)第第 2 2 章章 節(jié)能的熱力學(xué)節(jié)能的熱力學(xué)第第 2 2 章章 節(jié)能的熱力學(xué)節(jié)能的熱力學(xué)m1m2QWm1 (u+ pv + c2/2 + gz) = m2 (h

6、 + c2/2 + gz) 第第 2 2 章章 節(jié)能的熱力學(xué)節(jié)能的熱力學(xué)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 節(jié)能的熱力學(xué)節(jié)能的熱力學(xué)(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 節(jié)能的熱力學(xué)節(jié)能的熱力學(xué)變換氣半水煤氣水蒸氣100 kmoln kmol (nH2O : nCO =6)T=380 第第 2 2

7、 章章 節(jié)能的熱力學(xué)節(jié)能的熱力學(xué)第第 2 2 章章 節(jié)能的熱力學(xué)節(jié)能的熱力學(xué)653.15 K298.15 K298.15 KT K第第 2 2 章章 節(jié)能的熱力學(xué)節(jié)能的熱力學(xué)第第 2 2 章章 節(jié)能的熱力學(xué)節(jié)能的熱力學(xué)第第 2 2 章章 節(jié)能的熱力學(xué)節(jié)能的熱力學(xué)能量在使用的過程中，數(shù)量守恒，但是質(zhì)量卻是下降！能量在使用的過程中，數(shù)量守恒，但是質(zhì)量卻是下降！第第 2 2 章章 節(jié)能的熱力學(xué)節(jié)能的熱力學(xué)TS12動(dòng)力循環(huán)至少需要兩個(gè)熱源第第 2 2 章章 節(jié)能的熱力學(xué)節(jié)能的熱力學(xué)TQdSreTQSSre12第第 2 2 章章 節(jié)能的熱力學(xué)節(jié)能的熱力學(xué)孤立STEL0第第 2 2 章章 節(jié)能的熱力學(xué)節(jié)能

8、的熱力學(xué)產(chǎn)STQSSH12產(chǎn)STQSSH12熵不具有守恒性熵不具有守恒性第第 2 2 章章 節(jié)能的熱力學(xué)節(jié)能的熱力學(xué)CVioutiinHdSmsdSmsTQ)()(/產(chǎn)ioutiinHmsdSmsTQ)()(/產(chǎn)0CVdS產(chǎn)STQSSH12inoutmsSmsS12,開口系統(tǒng)的熵增第第 2 2 章章 節(jié)能的熱力學(xué)節(jié)能的熱力學(xué)21TdsqreTS12dS0，系統(tǒng)吸熱，系統(tǒng)吸熱dS T0第第 2 2 章章 節(jié)能的熱力學(xué)節(jié)能的熱力學(xué)產(chǎn)STTQTQWA00/QTTTQTQWEAQ/1/00max,TQTEQAQQ/0第第 2 2 章章 節(jié)能的熱力學(xué)節(jié)能的熱力學(xué)QTTTQTQWEAQ/1/00max,T

9、QTEQAQQ/0)120SSTQEQ（)(120SSTAQ1243TT0第第 2 2 章章 節(jié)能的熱力學(xué)節(jié)能的熱力學(xué)QTTQTTEQ)/1 (/100TQTTQTAQ/00dTmcQp)1 (/100mpQTTQTTTmcE)/ln(/ )(1212TTTTTm第第 2 2 章章 節(jié)能的熱力學(xué)節(jié)能的熱力學(xué) 空氣在吸熱過程中熵的變化為 )/(2 .301)127427(004. 1)(12kgkJTTcqp)./(5619. 0)127273/()427273ln(004. 1)/ln(12KkgkJTTcsp)120SSTQEQ（QTTTQTQWEAQ/1/00max,所加熱量中火無為：kg

10、kJsTaq/1685619. 0)27273(0所加熱量火用為 kgkJsTqeq/6 .1326 .1682 .3010第第 2 2 章章 節(jié)能的熱力學(xué)節(jié)能的熱力學(xué)火用 的方向相反。說明：系統(tǒng)得到熱量時(shí)，系統(tǒng)的 火用火用火用 SS1S2TT04312第第 2 2 章章 節(jié)能的熱力學(xué)節(jié)能的熱力學(xué)火用 火用QTTTQTQWEAQ/1/00max,T /K300T00第第 2 2 章章 節(jié)能的熱力學(xué)節(jié)能的熱力學(xué)火用火用火無 ?？諝獾钠骄▔罕葻崛轂?1.0 kJ /(kg K)。設(shè)環(huán)境大氣的溫度為 27 解：空氣獲得冷量 )/(127)27100(00. 1)(12kgkJTTcqp空氣在冷卻過

11、程中熵的變化為 )./(5505. 0)127273/()100273ln(00. 1)/ln(12KkgkJTTcsp所獲冷量中火無為： kgkJsTaq/1 .165)5505. 0()27273(0所獲冷量中火用為 kgkJsTqeq/1 .381 .1651270第第 2 2 章章 節(jié)能的熱力學(xué)節(jié)能的熱力學(xué)P, T, u, SP0, T0, u0, S0第第 2 2 章章 節(jié)能的熱力學(xué)節(jié)能的熱力學(xué)max,0Awdvpduq0/TqdsdsTdvpduwdeA00max,)()(00000max,ssTvvpuuweA)()(00000ssTvvpueua第第 2 2 章章 節(jié)能的熱力學(xué)

12、節(jié)能的熱力學(xué)dsTdvpduwdeA00max,)()(00000max,ssTvvpuuweA)()(2102102121max,ssTvvpuueewA第第 2 2 章章 節(jié)能的熱力學(xué)節(jié)能的熱力學(xué)Awgdzdcdhq2/20dsdsTq產(chǎn)00/CVioutiinHdSmsdSmsTQ)()(/產(chǎn)0CVdSioutiinHmsdSmsTQ)()(/產(chǎn)第第 2 2 章章 節(jié)能的熱力學(xué)節(jié)能的熱力學(xué)Awgdzdcdhq2/20dsdsTq產(chǎn)00/0產(chǎn)dsgdzdcdsTdhwdeA2/20max,gzcssThhweA2/)()(2000max,第第 2 2 章章 節(jié)能的熱力學(xué)節(jié)能的熱力學(xué)gzcs

13、sThhweA2/)()(2000max,)(000ssTha)()(000max,ssThhweA)(2/ )()(2122212102121max,zzgccssThheewA第第 2 2 章章 節(jié)能的熱力學(xué)節(jié)能的熱力學(xué)解：（解：（1）忽略空氣動(dòng)能和位能，空氣在進(jìn)口狀態(tài)下的火用為）忽略空氣動(dòng)能和位能，空氣在進(jìn)口狀態(tài)下的火用為 kgkJPPRTTCTTTcssThhwepPA/3 .190)1/6ln()29/314. 8()290/473ln(01. 1 290)290473(01. 1)/ln()/ln()()()(010100101001max,1空氣在出口狀態(tài)下的火用為空氣在出口狀態(tài)

14、下的火用為kgkJPPRTTCTTTcssThhwepPA/87. 0)290/313ln(01. 1 290)290313(01. 1)/ln()/ln()()()(020200202002max,2（2）透平實(shí)際輸出功為）透平實(shí)際輸出功為)/(2 .1712/10)80160()313473(01. 12/ )()(322222121kgkJcchhw（3）透平能夠做出的最大有用功）透平能夠做出的最大有用功)/(1992/ )(222121maxkgkJcceew第第 2 2 章章 節(jié)能的熱力學(xué)節(jié)能的熱力學(xué)AWHQCVioutiinHdSmsdSmsTQ)()(/產(chǎn)產(chǎn)STQS/0產(chǎn)ds第第

15、 2 2 章章 節(jié)能的熱力學(xué)節(jié)能的熱力學(xué)產(chǎn)STSTHWA)()(maxSTHWA，GGGTSHTSHWA)()()(121122max，第第 2 2 章章 節(jié)能的熱力學(xué)節(jié)能的熱力學(xué)653.15 K298.15 K298.15 KT KT1 , P1T2 , P2298.15 K, 1 atm298.15 K, 1 atm實(shí)際化學(xué)反應(yīng)過程一般是變溫變壓的，即反應(yīng)物的溫度、壓力與生成物的溫度實(shí)際化學(xué)反應(yīng)過程一般是變溫變壓的，即反應(yīng)物的溫度、壓力與生成物的溫度壓力不同。這里，可以利用最大反應(yīng)有用功是狀態(tài)參數(shù)特性，采用壓力不同。這里，可以利用最大反應(yīng)有用功是狀態(tài)參數(shù)特性，采用3個(gè)假想過程個(gè)假想過程來計(jì)

16、算上述化學(xué)反應(yīng)過程的最大有用功。來計(jì)算上述化學(xué)反應(yīng)過程的最大有用功。第第 2 2 章章 節(jié)能的熱力學(xué)節(jié)能的熱力學(xué))(00maxSTHWA，ifRijfpjHnHnH)()(000000iRijpjSnSnSjfPjifRiAGnGnGW)()(000max,第第 2 2 章章 節(jié)能的熱力學(xué)節(jié)能的熱力學(xué)257118kJ/kmol第第 2 2 章章 節(jié)能的熱力學(xué)節(jié)能的熱力學(xué)253564 kJ/kmol第第 2 2 章章 節(jié)能的熱力學(xué)節(jié)能的熱力學(xué) STSTHGWEAD00max)(，氣體的擴(kuò)散 火用 )/ln(00ppmRSi00000ln)/ln(iiDRTppRTe單位質(zhì)量氣體的擴(kuò)散 火用 對(duì)真

17、實(shí)溶液 ？ 對(duì)于分離過程？對(duì)于分離過程？第第 2 2 章章 節(jié)能的熱力學(xué)節(jié)能的熱力學(xué) 火用 ：用環(huán)境模型計(jì)算的物質(zhì)化學(xué) 火用第第 2 2 章章 節(jié)能的熱力學(xué)節(jié)能的熱力學(xué) 火用 ：用環(huán)境模型計(jì)算的物質(zhì)化學(xué) 火用火用 為零火用火用火用： 擴(kuò)散 火用 純態(tài)化合物的標(biāo)準(zhǔn)摩爾火用：?jiǎn)钨|(zhì)標(biāo)準(zhǔn)化學(xué)火用之和加上生成反應(yīng)過程的理想功。000fjjchGEnEG0，過程對(duì)外做功，化合物的標(biāo)準(zhǔn)摩爾化學(xué)火用小于單質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)摩爾化學(xué)火用之和，反之。第第 2 2 章章 節(jié)能的熱力學(xué)節(jié)能的熱力學(xué) 火用 例 2-8 火用 附錄1 和 附錄 2 （無機(jī)與有機(jī)化合物的標(biāo)準(zhǔn)摩爾化學(xué) 火用）)15.298(00TEEchch第第 2

18、2 章章 節(jié)能的熱力學(xué)節(jié)能的熱力學(xué) 火用 （火用）：P0 、T0 下的燃料與氧氣一起穩(wěn)定流經(jīng)化學(xué)反應(yīng)系統(tǒng)時(shí)，以可逆方式轉(zhuǎn)變到完全平衡的環(huán)境狀態(tài)所能作出的最大有用功。EFEO2pjjEnmax,AW2222max,)(OOjpjOOjpjAFEnEnSTHEnEnWE第第 2 2 章章 節(jié)能的熱力學(xué)節(jié)能的熱力學(xué) 火用 （火用）（簡(jiǎn)化的近似計(jì)算公式。）hFQE950. 0hFQE975. 0rQElFhFQE 氣體燃料 液體燃料 固體燃料 一般液體燃料和固體燃料 燃料的化學(xué)火用在數(shù)值上及其接近其熱值，這是由于燃燒反應(yīng)的燃料的化學(xué)火用在數(shù)值上及其接近其熱值，這是由于燃燒反應(yīng)的熵變較之反應(yīng)熱往往小得多。熵變較之反應(yīng)熱往往小得多。第第 2 2 章章 節(jié)能的熱力學(xué)節(jié)能的熱力學(xué) 火用 （火用）解：C2H4的氧化反應(yīng)方程式為O2H2CO3OHC22242molkJEEEGHCEOOHCOF/1360322)(22242第第 2 2 章章 節(jié)能的熱力學(xué)節(jié)能的熱力學(xué) 火用 損失：不可逆過程中 火用 的減少量 火用 衡算方程： 輸入系統(tǒng)的 火用 = 輸出系統(tǒng)的 火用 + 火用 損失 + 系統(tǒng) 火用 的變化 第第 2 2 章章 節(jié)能的熱力學(xué)節(jié)能的熱力學(xué) LU