化工分离过程(第20讲)(6.1分离的最小功和热力学效率).ppt

化工分离过程Chemical Separation Processes第六章分离过程的节能2能源是发展工业的必要物质条件,据报导化学工业是耗能较多的一个部门,%,折合标准煤为7848吨。若以每万元产值能耗平均值计,。而在化学工业中分离系统能耗更大,特别是精馏单元操作,且余热量也大。据英、美等国统计,精馏单元操作能耗约占全国能耗量的3%。因此,要发展化学工业,开创化学工业的新局面,节能问题极为重要。确定具体混合物分离的最小能耗,了解影响能耗的因素,寻求接近此极限能耗的实际分离过程是很有意义的。第六章分离过程的节能3? 分离的最小功和热力学效率 等温分离的最小功 非等温分离和有效能 净功消耗和热力学效率? 精馏的节能技术? 分离顺序的选择√√第六章分离过程的节能√ 分离的最小功和热力学效率因此,分离所需的最小功可通过假想的可逆过程计算。最小功的数值决定于要分离的混合物的组成、压力和温度以及分离所得产品的组成、压力和温度。热力学第二定律:完成同一变化的任何可逆过程所需的功相等。物质的混合是不可逆过程,能够自发完成,因此,其逆过程——分离必然要消耗能量才能进行。5分离最小功是分离过程必须消耗能量的下限,只有当分离过程完全可逆时,分离消耗的功才是分离最小功。完全可逆指:①体系内所有的变化过程必须是可逆的。②体系只与温度为T0(绝对温度)的环境进行可逆的热交换。理想功是体系的状态变化以完全的可逆过程实现时,理论上可能产生的最大功或必须消耗的最小功,也就是分离的最小功。 等温分离的最小功?图6-1 连续稳定分离系统进出系统物流变量:n,zi,H,S,Q系统对环境作功:W1,1,,1Hizn?mHmizmn,,,1,1,,1???mHmizmn?2,2,, 等温分离的最小功??16??????WHnQHnkkjj出进??26???????????jjkkSnSnTQ进出?对于等温可逆过程,由热力学第二定律:?热力学第一定律(能量守恒):?将(6-2)代入(6-1)可得稳定流动的分离过程所需最小功的表达式:1,1,,1Hizn?mHmizmn,,,1,1,,1???mHmizmn?2,2,,2HiznWQ??36][min,?????????? 等温分离的最小功?式(6-3)又可以表示为:?自由焓的定义:TSHG??????46min,??????STHWT??56min,????????jjkkTGnGnGW进出?所以,式(6-3)还可以表示为: 等温分离的最小功??66???iizG??混合物的摩尔自由焓:?温度为T时,化学位与组分逸度的关系:?则用逸度表示的最小功为:??????86?ln?ln,,,,min,??????????????jijijkikikTfznfznRTW进出????76?ln?ln00????iiiiffRT?? 等温分离的最小功(1)分离的最小功表示的是分离过程能耗的最低限,在多数情况下,实现分离过程所需的能量是最小功的若干倍;(2)最小分离功的大小标志着分离的难易程度;(3)为了使实际分离过程更加经济,应设法使能耗尽量接近最小功;(4)分离过程的最小功在设计方案的综合评价上很有意义;(5)对于不同的分离问题在不同的条件下的分离功的计算关系式可以简化。?分离的最小功的几点说明