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1、1,化工节能原理与技术,北京化工大学 2012.2（春季学期）,2,第 1 章 总 论,1.1 能源与能源的分类（1）我国国民经济持续高速增长面临资源和环境的双重制约。石油作为重要的不可再生资源，其加工过程和产品质量对它的利用效率和生态环境都具有重大影响。（2）分子水平炼油、原子经济化工 新催化材料、新反应工程和新反应途径,3,第 1 章 总 论,1.1 能源与能源的分类1.1.1 能源能源定义：为人类生产和生活提供能量和动力的物质能源类型：固体燃料、液体燃料、气体燃料、水力、电能等。能源与能量的区别作业：列举几例新型能源及制备技术（从文献摘要中总结1-2句）。,4,第 1 章 总 论,1.1
2、.2 能源的分类1.1.2.1 按来源分类来自地球以外天体的能量（太阳辐射能）太阳能总能量可达174000 TW/a地球本身蕴藏的能量（地热能和原子核能）地球和其他天体相互作用而产生的能量（潮汐能）,5,第 1 章 总 论,1.1.2 能源的分类1.1.2.2 按能源的转换和利用层次分类（1）一次能源（煤、石油、天然气、水能、风能、太阳能）可再生能源非可再生能源（2）二次能源（电、蒸汽、煤气、石油制品）（3）终端能源天然气：甲烷(82-98%)和少量的乙烷、丙烷、丁烷等。类似的有煤层气。95%以上甲烷水煤气（半水煤气）：主要成分：H2,CO,少量CO2,N2,CH4等,6,第 1 章 总 论,
3、1.1.2 能源的分类1.1.2.3 按能源的使用状况分类（1）常规能源（2）新能源生物质能：秸杆气化，生物制氢。生物柴油：各种不同油料和醇类在酸或碱催化下进行酯交换反 应1.1.2.4 按对环境的污染程度分类（1）清洁能源（2）非清洁能源,7,第 1 章 总 论,1.1.2 能源的分类,化学法：液碱催化酯交换，反应速度慢，工艺流程复杂，不 是绿色加工工艺生物法：采用生物酶作催化剂，距离大规模工业化较远高温高压（超临界反应）法：用超临界萃取（或液固萃取）后的液体原料；反应速度快，无催化剂；绿色加工工艺,8,第 1 章 总 论,1.1.2 能源的分类,关键技术后处理分离过程的分子热力学基础，用于
4、建立过程数学模型特殊蒸馏分离醇水稀溶液（分离剂的筛选）,9,第 1 章 总 论,1.2 化学工业节能的潜力与意义1.2.1 我国化学工业的特点（1）煤、石油、天然气既是能源，又是原料（2）能源消费以煤为主（3）大宗化学品生产规模太小1.2.2 节能潜力节能总潜力和可实现的节能潜力,10,第 1 章 总 论,1.2 化学工业节能的潜力与意义1.2.3 节能的意义1.3 节能的途径1.3.1 结构节能1.3.2 管理节能1.3.3 技术节能1.3.3.1 工艺节能催化剂和化学反应工程 催化技术是现代炼油和石油化工工业重要的科学技术基础，在炼油和化学工业中60%以上的新产品和90%以上新工艺的开发基
5、于催化作用。分离工程改进工艺方法和设备,11,第 1 章 总 论,1.3 节能的途径1.3.3.2 化工单元操作设备节能流体输送机械、换热设备、蒸发设备、塔设备、干燥设备。1.3.3.3 化工过程系统节能把整个系统集成起来作为一个有机的整体对待，所进行的节能工作。1.3.3.4 控制节能,12,第 1 章 总 论,教材：冯宵.化工节能原理与技术.北京：化学工业出版社，2005参考书：1.陈安民.石油化工过程节能方法和技术.北京：中国石化出版社，19952.黄素逸.能源科学导论.北京：中国电力出版社，19983.刘家祺.分离过程.北京：化学工业出版社，2005,13,第 1 章 总 论,考核方式
6、：五分制成绩评定：课程总成绩的评定权重为：作业占10%，课程测验占60%（采取开卷方式），课程报告占30%。课程报告：一种新型的节能技术，如催化（反应精馏）技术，反应-反应耦合，结构化催化剂，新型热泵，新型精馏技术（热偶精馏、特殊精馏）等。大约5000-10000字左右。,14,第 2 章 节能的热力学,能量：内能是物质内部一切微观粒子所具有的能量的总和。（状态参数）热力学定律：热力学第一定律：能量转换与守恒定律热力学第二定律：克劳修斯说法：不可能把热从低温物体传至高温物体而不引起其他变化，揭示能量“质”的属性热力学第三定律：0K时纯物质完美晶体的熵等于零 节能的实质：防止和减少能量贬值现象的
7、发生,15,第 2 章 节能的热力学,2.1 基本概念2.1.1 热力系统（系统）热力系统（系统）：相互作用的物体中取出的研究对象。系统的边界：系统与外界的分界面固定的、移动的、真实的、假想的能量交换：热和功物质交换：物质的流进和流出，伴随着能量的交换开口系统（流动系统）：有物质交换和能量交换闭口系统：无物质交换孤立系统：无物质交换和能量交换绝热系统：无热量交换,16,第 2 章 节能的热力学,2.1 基本概念2.1.2 平衡状态热力状态（状态）：某一瞬间的宏观物理状况。平衡状态：在不受外界影响的条件下，系统宏观性质不随时间改变的状态如温度、压力、组成等满足力平衡、热平衡和化学平衡的状态（不存
8、在不平衡势）2.1.3 状态参数和状态方程式状态参数：描述系统宏观状态的物理量，是状态的单值函数,17,第 2 章 节能的热力学,2.1 基本概念2.1.3 状态参数和状态方程式状态参数：描述系统宏观状态的物理量，是状态的单值函数强度量（强度性质）：压力P、温度T、组成 x 等；不可加量广延量（容量性质）：容积V、内能 U、焓 H、熵 S 等；可加量广延量/质量 转变为强度量2.1.3.1 温度温标：衡量温度的标尺t（摄氏温度）=T（热力学温度，开尔文温度，或称绝对温度）273.15,18,第 2 章 节能的热力学,2.1 基本概念2.1.3 状态参数和状态方程式2.1.3.2 比容和密度比容
9、：单位质量物质所占有的容积 m3/kg密度：比容的倒数 kg/m3,19,第 2 章 节能的热力学,2.1 基本概念2.1.3.3 压力单位：工程大气压（at）1at=1kgf/cm2 标准大气压(atm）1atm=760 mmHg测量仪器：差压计（压力表或真空表）表压(Pg)=绝对压力(P)-大气压(P0)真空度(Pv)=大气压(P0)-绝对压力(P)真空度(Pv)=-表压(Pg),20,第 2 章 节能的热力学,2.1 基本概念2.1.3.3 状态公理和状态方程式状态公理：对于组成一定的物质系统若存在 n 种可逆功（系统进行可逆过程时 和外界所交换的功量）的作用，则决定该系统平衡态的独立状
10、态参 数有 n+1 个。简单可压缩系统：与外界交换功量的模式中只有容积功的系统。物质的状态方程式：F(p,v,T)=0,21,第 2 章 节能的热力学,2.1 基本概念2.1.4 功和热量功（W)：系统对外界的单一效果归结为提升一个重物，则说系统作了功。系统对外做功为正，得到功为负。热量(Q)：由于温差引起的，系统与外界之间发生的能量转移。系统吸热为正，放热为负。,22,第 2 章 节能的热力学,2.1 基本概念2.1.5 可逆过程耗散效应：使功变为热的效应。非平衡损失：有限温差下的传热过程有限压差混合过程（化学势差）可逆过程是理想化的极限过程，可以作出最大的功或消耗最少的功，为评价 实际能量
11、转换过程提供了理想的标准。,23,第 2 章 节能的热力学,2.2 能量与热力学第一定律输入系统的能量-输出系统的能量=系统储存能量的变化宏观动能：mc2/2宏观位能：mgz系统内部的微观能量（内能）：U2.2.1 闭口系统能量恒算式Q=U+W对单位质量q=u+w对微元过程q=du+w,24,第 2 章 节能的热力学,2.2 能量与热力学第一定律2.2.2 稳定流动开口系统能量衡算物质流转移到系统的能量为：,m1,m2,Q,W,m(u+pv+c2/2+gz)=m(h+c2/2+gz),h=u+pv,H=U+pV,25,第 2 章 节能的热力学,2.2 能量与热力学第一定律2.2.2 稳定流动开
12、口系统能量衡算开口系统的能量衡算式为：,m1,m2,Q,W,dU=Q W+m1(h1+c12/2+gz1)m2(h2+c22/2+gz2),Q=m2(h2+c22/2+gz2)m1(h1+c12/2+gz1)+W+dU,26,第 2 章 节能的热力学,2.2 能量与热力学第一定律2.2.2 稳定流动开口系统能量衡算稳定流动：空间各点参数不随时间变化的流动过程（1）.热和功的交换不随时间而变；（2）.物质交换不随时间而变；（3）.进、出口截面参数不随时间而变,dU=Q W+m1(h1+c12/2+gz1)m2(h2+c22/2+gz2),dU=0，m1=m2,Q=H+m c2/2+mg z+W,
13、Q=out mi(h+c2/2+gz)i in mi(h+c2/2+gz)i+W,（对多股流体）,27,第 2 章 节能的热力学,2.2 能量与热力学第一定律2.2.2 稳定流动开口系统能量衡算例2-1：某化肥厂生产的半水煤气，其组成如下：CO2 9%，CO 33%,H2 36%,N2 21.5%,CH4 0.5%。进变换炉时水蒸气与一氧化碳的体积比为6，温度为 653.15 K。设变换率为85%，试计算出变换炉的气体温度。,变换气,半水煤气,水蒸气,100 kmol,n kmol(nH2O:nCO=6),T=380,28,第 2 章 节能的热力学,2.2 能量与热力学第一定律2.2.2 稳定
14、流动开口系统能量衡算进入炉中的湿气体各组分的物质的量（kmol)：CO2 9;CO 33;H2 36;N2 21.5;CH4 0.5;H2O 198出变换炉时湿气体各组分的物质的量（kmol)：CO2 37.5;CO 4.95;H2 64.05;N2 21.5;CH4 0.5;H2O 169.95绝热过程：H=0；U=,29,第 2 章 节能的热力学,2.2 能量与热力学第一定律2.2.2 稳定流动开口系统能量衡算焓是状态参数，过程焓变等于终态的焓减去初态的焓；既有物理变化又有化学反应的物系，计算焓变需考虑反应热。,30,第 2 章 节能的热力学,2.2 能量与热力学第一定律2.2.2 稳定流
15、动开口系统能量衡算（1）.状态参数法,H=H1+Hr+H2=0,H1=-3.56 106(kJ),Hr=28.05(-41198)=-1.156 106(kJ),H2=10396 T-3099527(kJ),作业：1。计算653.15 K时转化 28.05 kmol 的恒温恒压反应热。,31,第 2 章 节能的热力学,2.2 能量与热力学第一定律2.2.2 稳定流动开口系统能量衡算（1）.统一基准焓法规定 0 K 时稳定单质的理想气体的焓为零；规定 298.15 K 时稳定单质的理想气体的焓为零；基准态下化合物的焓等于标准生成焓无论物理变化，还是化学变化，元素守恒无论物理变化，还是化学变化，过
16、程焓变：,H=H终态 H初态,653.15 K时，H初态=-49.17 106(kJ),753.15 K时，H终态=-49.98 106(kJ),H=H终态 H初态=0,32,第 2 章 节能的热力学,2.3 火用与热力学第二定律热力学第一定律指出了能量的同一性，“量”的属性；不能解释“质”的属性如：功和热，高温热与低温热；热力学第二定律指出了能量的“质”的属性，说明过程进行的方向、条件及 限制。,开尔文说法：不可能从单一热源吸收热量使之完全变成有用功而不产生其他影响。,普朗克说法：不可能制造一个机器，使之在循环动作中把一重物升高，而同时使一热源冷却。,33,第 2 章 节能的热力学,2.3
17、火用与热力学第二定律,T,S,1,2,卡诺定理：在两个不同温度的恒温热源间工作的所有热机，不可能有任何热机的效率比可逆热机的效率更高。,热效率：c=1-T2/T1,34,第 2 章 节能的热力学,2.3 火用与热力学第二定律,结论：提高热效应的根本途径：提高热源温度、降低冷源温度以及尽可能减少不可逆因素。2.3.2 熵的概念和孤立系统熵增原理 熵是状态函数，定义（对可逆过程）,热效率：c=1-T2/T1,最大有用功（以环境温度为限）：W=Q(1-T0/T1),35,第 2 章 节能的热力学,2.3 火用与热力学第二定律,2.3.2 熵的概念和孤立系统熵增原理 熵流：由于热流引起的熵的变化 熵产
18、：由于系统内部和外部的不可逆性引起系统熵的变化 孤立系统或绝热系统的熵可以增大，或保持不变，但不可能减少（热 力学第二定律的另一种表述）不可逆性引起的做功能力损失为：,36,第 2 章 节能的热力学,2.3 火用与热力学第二定律,2.3.3 热力学第二定律的熵衡算方程式 适用于任何系统的熵衡算方程式：进入系统的熵+不可逆性引起的熵产量=离开系统的熵+系统熵的变化 进、出系统的熵包括：进、出系统的物质流所携带的熵，以及因可逆传 热所引起的熵变 对闭口系统,37,第 2 章 节能的热力学,2.3 火用与热力学第二定律,2.3.3 热力学第二定律的熵衡算方程式 对开口系统（既有能量交换又有物质交换）
19、对稳定流动系统（系统参数不随时间而变）对单股稳流系统（min=mout=m）（对绝热过程，？）,38,第 2 章 节能的热力学,2.3 火用与热力学第二定律,2.3.3 热力学第二定律的熵衡算方程式 T-S 图（可逆过程热量）,T,S,1,2,39,第 2 章 节能的热力学,2.3 火用与热力学第二定律,2.3.4 能量和火用 能量的转换过程具有方向性或不可逆性 能量的转换能力（能量转换为功的能力或做功能力）能量的可利用性分为三类：(a).具有完全转换能力的能量，如机械能、电能等；(b).具有部分转换能力的能量，如热能、内能或焓等；(c).完全不具有转换能力的能量，如处于环境温度下的热能等,卡
20、诺热机的热效率：c=1-T0/T1,40,第 2 章 节能的热力学,2.3 火用与热力学第二定律,2.3.4 能量和火用 能量的火用（有效能）：转换为有用功的那部分能量；能量的火无（无效能）：不能转换为有用功的那部分能量 任何一种形式的能量可表示成 能量=火用+火无 分析第一类能量，第二类能量和第二类能量的 火用 和 火无。,41,第 2 章 节能的热力学,2.4 能量的 火用 计算,2.4.1 环境与物系的基准状态 自然环境是 火用 的自然零点 自然环境是一种概念性的环境 定环境模型：环境是确定不变的。斯蔡古特的环境模型：(1).环境温度 T0=298.15 K，环境压力 P0=1atm(2
21、).环境由若干基准物构成。每一种元素都有其对应的基准物和基准反应。(3).基准物的自由焓较小龟山-吉田模型：(1).气态基准物的组成(2).其他元素以在 T0,P0 下纯态最稳定的物质作为基准物,42,第 2 章 节能的热力学,2.4 能量的 火用 计算,2.4.1 环境与物系的基准状态 系统与环境处于热力学平衡状态时，火用 值为零；完全的热力学平衡：热平衡、力平衡和化学平衡 不完全的热力学平衡：热平衡、力平衡 物理 火用：取不完全平衡环境状态作为基准态，一个系统的能量具有的火用 物理 火用+化学火用：取完全平衡环境状态作为基准态 化学 火用：取完全平衡环境状态作为基准态，因化学不平衡所具有的
22、火用,43,第 2 章 节能的热力学,2.4 能量的 火用 计算,2.4.2 机械形式能量的火用 动能 火用：c2/2 位能 火用：g z 封闭系统从状态1变化到状态2所做功 W12 的 火用 为：Ew=W12 p0(V2 V1)封闭系统所做功的 火无 为：Aw=p0(V2 V1),V1,V2,T0,p0,44,第 2 章 节能的热力学,2.4 能量的 火用 计算,2.4.3 热量 火用 热量 火用：系统所传递的热量用可逆方式所能作出的最大有用功,能量衡算式：Q=-Q 0+WA,熵平衡方程式：Q/T+dS产=-Q0/T,45,第 2 章 节能的热力学,2.4 能量的 火用 计算,2.4.3 热
23、量 火用 热量 火用：系统所传递的热量用可逆方式所能作出的最大有用功,能量衡算式：Q=-Q 0+WA,熵平衡方程式：Q/T+dS产=-Q0/T,可逆过程：dS产=0,热量 火用,热量 火无,46,第 2 章 节能的热力学,2.4 能量的 火用 计算,2.4.3 热量 火用 热量 火用：系统所传递的热量用可逆方式所能作出的最大有用功,热量 火用,S,热量 火无,S1,S2,1,2,4,3,T,T0,EQ,AQ,47,第 2 章 节能的热力学,2.4 能量的 火用 计算,2.4.3 热量 火用 温度恒定热源 变温热源,热量 火用,热量 火无,热量 火无？,热力学平均温度,48,第 2 章 节能的热
24、力学,2.4 能量的 火用 计算,2.4.3 热量 火用 例2-2 把100 kPa、127 的1kg 空气可逆定压加热到427，试求所 加热量 中的火用 和 火无。空气的平均定压比热容 cp=1.004 kJ/(kg K)。设环境大气温度为 27。,49,第 2 章 节能的热力学,2.4 能量的 火用 计算,2.4.3 热量 火用 T T0 相同热量的情况下，热量的温度越高，热量中的 火用 值越大；T T0 EQ 与 Q 的方向相反。说明：系统得到热量时，系统的 火用 减少；放 出热量时，系统的 火用 增加。单位热量的 火用：=EQ/Q,S,S1,S2,T,T0,4,3,1,2,EQ,Q,5
25、0,第 2 章 节能的热力学,2.4 能量的 火用 计算,2.4.3 热量 火用 T T0 热量 火用 总是小于热量；T T0 冷量 火用 可以大于热量；,T/K,300,T0,1,0.5,1.5,0,51,第 2 章 节能的热力学,2.4 能量的 火用 计算,2.4.3 热量 火用 在温差相同、传热量相同的条件下，低温时的 火用 损失比高温时大得多；例2-3 在某一低温装置中将空气自600kPa 和27 定压预冷至-100，试 求1 kg空气所获冷量的 火用 和火无。空气的平均定压比热容为 1.0 kJ/(kg K)。设环境大气的温度为 27。,52,第 2 章 节能的热力学,2.4 能量的
26、 火用 计算,2.4.4 封闭系统的 火用 封闭系统的 火用：封闭系统从给定状态以可逆方式转变到环境状态，并只与 环境交换热量时所能作出的最大有用功。,P,T,u,S,P0,T0,u0,S0,q,wA,max,53,第 2 章 节能的热力学,2.4 能量的 火用 计算,2.4.4 封闭系统的 火用 封闭系统的 火用：封闭系统从给定状态以可逆方式转变到环境状态，并只与 环境交换热量时所能作出的最大有用功。,封闭系统的能量方程,可逆过程,封闭系统的 火用,封闭系统的 火无,54,第 2 章 节能的热力学,2.4 能量的 火用 计算,2.4.4 封闭系统的 火用 封闭系统的 火用：封闭系统从给定状态
27、以可逆方式转变到环境状态，并只与 环境交换热量时所能作出的最大有用功。,封闭系统的 火用,从状态1可逆变化到状态2时所作的最大有用功：,55,第 2 章 节能的热力学,2.4 能量的 火用 计算,2.4.5 稳定流动系统的 火用 稳定流动系统的 火用：稳定物流经可逆方式与环境交换热量时所能作出的最 大有用功。,稳流能量方程,熵方程,进入系统的熵+不可逆性引起的熵产量=离开系统的熵+系统熵的变化,56,第 2 章 节能的热力学,2.4 能量的 火用 计算,2.4.5 稳定流动系统的 火用 稳定流动系统的 火用：稳定物流经可逆方式与环境交换热量时所能作出的最 大有用功。,稳流能量方程,熵方程,可逆
28、条件,稳定流动系统的 火用,57,第 2 章 节能的热力学,2.4 能量的 火用 计算,2.4.5 稳定流动系统的 火用 稳定流动系统的 火用：稳定物流经可逆方式与环境交换热量时所能作出的最 大有用功。,稳定流动系统的 火用,稳定流动系统的 火无,不考虑宏观动能和位能（焓 火用）,从状态1可逆变化到状态2时所作的最大有用功：,58,第 2 章 节能的热力学,2.4 能量的 火用 计算,2.4.5 稳定流动系统的 火用 稳定流动系统的 火用：稳定物流经可逆方式与环境交换热量时所能作出的最 大有用功。作业1：从稳定流动系统的火用 推导稳定流动系统的 火无；2：从稳定流动系统的火用 推导“从状态1可
29、逆变化到状态2时所作的最大 有用功”,稳定流动系统的 火无,不考虑宏观动能和位能（焓 火用）,从状态1可逆变化到状态2时所作的最大有用功：,59,第 2 章 节能的热力学,2.4 能量的 火用 计算,2.4.5 稳定流动系统的 火用 例2-4 设有一空气绝热透平，空气的进口状态为 600 kPa、200，宏观速 度为 160 m/s，出口状态为 100 kPa、40 和 80 m/s。试求（1）空气 在进、出口状态下的焓 火用；（2）透平的实际输出功；（3）透平能够作 出的最大有用功。空气的定压比热容为1.01 kJ/(kg K)，环境大气状态为 100 kPa、17。,60,第 2 章 节能
30、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,Q:化学反应系统与外界的热量交换（反应热）,H=H2 H1 化学反应系统焓的变化（反应焓）,定温条件下，化学反应系统熵的变化,可逆条件,61,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,62,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,653.15 K,298.15 K,H1,恒压降温,Hr,恒温恒压化学反应
31、,298.15 K,T K,恒压升温,H2,H=0,恒压绝热反应,T1,P1,T2,P2,298.15 K,1 atm,298.15 K,1 atm,63,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,标准态下化学反应的最大有用功,标准态下化学反应的焓变,标准态下化学反应的熵变,（标准态生成自由焓）,64,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 例 2-5 在298.15 K 和 1 atm 下，CO 和 O2 进行燃烧反应生成 CO2。反 应前反应物 CO 和 O2 不进行混合，试求此化学反应的最大反应
32、有用功。,65,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 例 2-6 在例2-5的反应中加入惰性气体 N2,该气体不参加反应，其反应式为 CO+O2/2+1.88 N2=CO2+1.88 N2 反应前后反应物和生成物都进行混合，反应前后物系总压仍为 1 atm，温度 仍为 298.15 K。试求此反应过程的最大反应有用功。,66,第 2 章 节能的热力学,2.4 能量的 火用 计算,2.4.7 气体的扩散 火用 在 P0、T0 下的气体可逆定温地转变到其在环境空气中的分压力 Pi0 时所能 作出的最大有用功。,气体的扩散 火用,单位质量气体的扩散
33、火用,对真实溶液？,67,第 2 章 节能的热力学,2.4 能量的 火用 计算,2.4.8 元素和化合物的化学 火用 标准化学 火用：用环境模型计算的物质化学 火用。基准物和基准反应 基准反应：一种非基准物质（包括元素、单质和化合物）与一种或几种基准 物在 P0、T0 下发生化学反应，而反应物和生成物均为P0、T0 下的纯物质。,68,第 2 章 节能的热力学,2.4 能量的 火用 计算,2.4.8 元素和化合物的化学 火用 标准化学 火用：用环境模型计算的物质化学 火用。环境模型中的基准物化学 火用 为零 元素的化学 火用：元素与环境物质进行化学反应变成基准物所提供的最大化 学反应有用功。元
34、素的标准化学 火用：化学反应在规定的环境模型中 空气中所含组分的标准化学 火用：扩散 火用 纯态化合物的标准摩尔化学 火用：,69,第 2 章 节能的热力学,2.4 能量的 火用 计算,2.4.8 元素和化合物的化学 火用 例 2-7 试用龟山-吉添田环境模型求碳（石墨）的标准化学 火用 例 2-8 试用龟山-吉添田环境模型求甲烷 CH4 气体的标准化学 火用 附录1 和 附录 2（无机与有机化合物的标准摩尔化学 火用）,70,第 2 章 节能的热力学,2.4 能量的 火用 计算,2.4.9 燃料的化学 火用 燃料的化学 火用（燃料 火用）：P0、T0 下的燃料与氧气一起稳定流经化学 反应系统
35、时，以可逆方式转变到完全平衡的环境状态所能作出的最大有用功。,EF,EO2,71,第 2 章 节能的热力学,2.4 能量的 火用 计算,2.4.9 燃料的化学 火用 燃料的化学 火用（燃料 火用）（简化的近似计算公式。）,气体燃料,液体燃料,固体燃料,一般液体燃料和固体燃料,72,第 2 章 节能的热力学,2.4 能量的 火用 计算,2.4.9 燃料的化学 火用 例2-9 计算 C2 H4 燃料的标准化学 火用（燃料 火用）作业：用反应过程焓变计算燃料的标准化学 火用。,73,第 2 章 节能的热力学,2.5 火用 损失和 火用 衡算方程式,2.5.1 火用损失和 火用的衡算方程 火用 损失：
36、不可逆过程中 火用 的减少量 火用 衡算方程：输入系统的 火用=输出系统的 火用+火用 损失+系统 火用 的变化,74,第 2 章 节能的热力学,2.5 火用 损失和 火用 衡算方程式,2.5.2 封闭系统的 火用 衡算方程式,75,第 2 章 节能的热力学,2.5 火用 损失和 火用 衡算方程式,2.5.2 封闭系统的 火用 衡算方程式,76,第 2 章 节能的热力学,2.5 火用 损失和 火用 衡算方程式,2.5.2 封闭系统的 火用 衡算方程式,环境、热源和系统的熵增量之和,77,第 2 章 节能的热力学,2.5 火用 损失和 火用 衡算方程式,2.5.3 稳定流动系统的 火用 衡算方程
37、式,78,第 2 章 节能的热力学,2.5 火用 损失和 火用 衡算方程式,2.5.3 稳定流动系统的 火用 衡算方程式,（对多股稳定物流、多个热源）,79,第 2 章 节能的热力学,2.5 火用 损失和 火用 衡算方程式,（1）有限温差传热过程,80,第 2 章 节能的热力学,2.5 火用 损失和 火用 衡算方程式,（2）绝热节流过程,81,第 2 章 节能的热力学,2.5 火用 损失和 火用 衡算方程式,（3）不可逆绝热压缩过程,82,第 2 章 节能的热力学,2.5 火用 损失和 火用 衡算方程式,例2-10 初态为400 kPa、37的氮气绝热流经一阀门，节流到110 kPa。设环境大气的温度为17，试求:(1）节流过程引起的 火用 损失；（2）氮气在初终态之间能够作出的最大有用功；（3）当在初终态间进行一可逆定温过程时作出的有用功。,83,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 损失大，说明过程的不可逆性大，用来衡量过程的热力学完善程度。,火用 损失,
