【正文】 出的最大反應(yīng)有用功等于系統(tǒng)自由焓的減少 。反應(yīng)有用功的獲得主要是由反應(yīng)物在化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中釋放的化學(xué)能轉(zhuǎn)變來(lái)的。? 實(shí)際的化學(xué)反應(yīng)過(guò)程往往是變溫變壓的，即反應(yīng)物的溫度和壓力與生成物的溫度和壓力是不同的。我們可以利用最大反應(yīng)有用功是狀態(tài)參數(shù)的特性，采用三個(gè)假想過(guò)程來(lái)計(jì)算上述化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的最大有用功。首先設(shè)想反應(yīng)物的溫度和壓力變到 、 1atm，即標(biāo)準(zhǔn)態(tài)；其次在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下進(jìn)行定溫定壓的化學(xué)反應(yīng)；最后將生成物的溫度和壓力從標(biāo)準(zhǔn)態(tài)變到反應(yīng)終態(tài)時(shí)的溫度和壓力。第一、三假想過(guò)程無(wú)化學(xué)變化，僅是溫度與壓力的變化。對(duì)于第二假想過(guò)程，在標(biāo)準(zhǔn)態(tài)下進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)的最大反應(yīng)有用功為：燃料的化學(xué)?? 燃料的化學(xué)?： po、 To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稱為燃料的化學(xué)?，簡(jiǎn)稱燃料?，用 Ef表示。 燃料氧化過(guò)程也屬化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，但燃料的化學(xué)?并不是燃料可逆氧化過(guò)程的最大有用功，而為 :? 燃料的組成大多非常復(fù)雜而且不固定。目前只有氣體燃料 ? 可以用理論計(jì)算式，而對(duì)液、固體燃料，要計(jì)算出精確的燃料 ? 是不可能的。? 燃料的化學(xué) ? 在數(shù)值上極其接近于其熱值，這是由于燃燒反應(yīng)的熵變較之反應(yīng)熱往往要小得多，作為工程計(jì)算、可用下列簡(jiǎn)化的近似公式計(jì)算燃料 ? ：（ 1）由兩個(gè)以上碳原子構(gòu)成的 氣體燃料：液體燃料：固體燃料：（ 2）一般液體和固體燃料：式中：Qh為 燃 料的高發(fā)熱值，Q1為燃料的低發(fā)熱值，r為環(huán)境狀態(tài)下水的汽化潛熱，ω 為燃料中水的質(zhì)量分率。?損失和?衡算方程式? 各種形式的能量中?部分可以是不同的。?是能量的一種固有特性。是能量中能夠轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ哪遣糠帜芰?。如果采用可逆的方式?shí)施能量轉(zhuǎn)換，理論上能夠?qū)?以有用功的形式提供給技術(shù)上應(yīng)用。能量中的無(wú)效能部分則是無(wú)論采用什么巧妙的方式也不能轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ哪遣糠帜芰?，隨著能量轉(zhuǎn)換過(guò)程的進(jìn)行，最終將轉(zhuǎn)移給自然環(huán)境。? 在任何可逆過(guò)程中，不發(fā)生?向 的轉(zhuǎn)變，?的總量保持不變；在任何不可逆過(guò)程中，必然發(fā)生?向 的轉(zhuǎn)變，?的總量減少。任何實(shí)際的過(guò)程都是不可逆過(guò)程，根據(jù)熱力學(xué)第二定律?的這種減少是絕對(duì)的，不可能反向進(jìn)行，?是消失。? 將不可逆過(guò)程中?的減少量稱為不可逆過(guò)程引起的?損失，簡(jiǎn)稱 ?損失 。輸入系統(tǒng) ?＝輸出系統(tǒng)?十 ?損失十系統(tǒng)?的變化 ?損失和?衡算方程式封閉系統(tǒng)的?損失和?衡算方程式穩(wěn)流系統(tǒng)的?損失和?衡算方程式? 各種形式的能量中 ? 部分可以是不同的。 ? 是能量的一種固有特性。是能量中能夠轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ哪遣糠帜芰俊Ｈ绻捎每赡娴姆绞綄?shí)施能量轉(zhuǎn)換，理論上能夠?qū)?? 以有用功的形式提供給技術(shù)上應(yīng)用。能量中的無(wú)效能部分則是無(wú)論采用什么巧妙的方式也不能轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ哪遣糠帜芰?，隨著能量轉(zhuǎn)換過(guò)程的進(jìn)行，最終將轉(zhuǎn)移給自然環(huán)境。? 在任何可逆過(guò)程中，不發(fā)生 ? 向 wu的轉(zhuǎn)變， 的總量保持不變；在任何不可逆過(guò)程中，必然發(fā)生 ? 向 wu的轉(zhuǎn)變， ? 的總量減少。任何實(shí)際的過(guò)程都是不可逆過(guò)程，根據(jù)熱力學(xué)第二定律， ? 的這種減少是絕對(duì)的，不可能反向進(jìn)行，是消失。? 將不可逆過(guò)程中 ? 的減少量稱為不可逆過(guò)程引起的 ? 損失，簡(jiǎn)稱 ? 損失。輸入系統(tǒng) ? ＝輸出系統(tǒng) ? 十 ? 損失十系統(tǒng) ? 的變化裝置的?效率和?損失系數(shù)?效率的一般定義?效 率的不同形式?效率的一般定義? 從 ? 的概念出發(fā)，各類生產(chǎn)過(guò)程，不是耗費(fèi)足夠數(shù)量的能量就能實(shí)現(xiàn)，而是能量中有足夠數(shù)量的 ? 才能實(shí)現(xiàn)。? 所謂的能量的合理利用，實(shí)質(zhì)上是指能量中 ? 的合理利用，因此，在實(shí)際的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程中應(yīng)盡量減少其損失。?效率、而不是?損失可用來(lái)衡量設(shè)備、過(guò)程或系統(tǒng)在能量轉(zhuǎn)換方面的完善程度。在系統(tǒng)或設(shè)備進(jìn)行的過(guò)程中，效率定義為收益的與耗費(fèi)的的比值，用 ηe表示：ηe ＝收益? /耗費(fèi)? 由于耗費(fèi)?與收益?之差即為不可逆過(guò)程所引起的 損失，即 :EL=E耗費(fèi) E收益因此： ηe ＝ 收益?／耗費(fèi)? =lEL／ E耗費(fèi) 所以 ： ηe ＝ l ζ令?損系數(shù) ζ： ζ=EL/E耗費(fèi)從熱力學(xué)第一定律得到的熱效率，是從能量的數(shù)量出發(fā)去評(píng)價(jià)過(guò)程的優(yōu)劣，只要沒(méi)有散熱損失或排放物質(zhì)的排熱損失，能量的利用效率就是 l。 例如絕熱節(jié)流過(guò)程，因沒(méi)有能量的散失，其能量利用率為 1，過(guò)程就算是完善的 。從熱力學(xué)第二定律的 ? 分析出發(fā) ,絕熱節(jié)流過(guò)程 是不可逆過(guò)程， ? 效率小于 1，過(guò)程是不完善的。這是從能量的質(zhì)來(lái)評(píng)價(jià)過(guò)程的優(yōu)劣， 用熱力學(xué)上等價(jià)的能量進(jìn)行比鉸．成為評(píng)價(jià)各種實(shí)際過(guò)程熱力學(xué)完善審的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn) 。?效 率的不同形式? 要確定 ηe，就必須確定系統(tǒng)或過(guò)程中的耗費(fèi) ? 和收益 ? 。? 在系統(tǒng)所有的輸入 ? 和輸出 ? 中，不一定輸入 ? 之和就是耗費(fèi) ?， 輸出 ? 之和就是收益 ? ，要視設(shè)備或裝置而定。即使對(duì)于某一具體的設(shè)備，也要視分析的目標(biāo)和工作條件而定。輸入?和輸出?中任一項(xiàng)只能在耗費(fèi)或收益?中出現(xiàn)一次。通常按照建立系統(tǒng)?衡算方程式的一般方法列出所研究系統(tǒng)的?衡算方程式．再結(jié)合所研究系統(tǒng)的具體功能分析出輸入?和輸出?部分。設(shè)想一個(gè)任意的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程，系統(tǒng)與外界之間有能量與物質(zhì)的交換，相應(yīng)地也有 ? 的交換。系統(tǒng)可以從外界輸入 ? ，也可以向外界輸出 ? 。按 ? 的作用，一般可以將外界分為三種；向系統(tǒng)提供 ? 的 ? 源 A， ? 的主要收益戶 B，和 E的輔助收益戶 C。式中任意一項(xiàng)輸入 ? 和 輸出 ? 都可以包括穩(wěn)定物 流 ? 、熱量 ? 和功 ? 。 其中， EA+,EB不得為 0。可以有三種：對(duì)換熱器：式中 E E2為熱流體進(jìn)入和離開換熱器時(shí)的 ? ； E139。、 E239。為冷流體進(jìn)入和離開換熱器時(shí)的 ? ,ηeⅠ 為輸出 ? 與輸入 ? 之比 。ηeⅡ 為冷流體獲得的 ?與熱流體給出的 ? 之比。對(duì)間壁式換熱器，常用 ηeⅡ ，而對(duì)混合式換熱器，常用 ηeⅠ 。對(duì) 透平 ：式中 Ws為透平輸出的軸功。對(duì)于背壓透平，常用 ηeⅠ ，而對(duì)于凝汽式透平，常用 ηeⅡ 。壓縮機(jī)或泵：ηe=(E2E1)/WP式中， Wp為壓縮機(jī)或泵輸入的功鍋爐或加熱爐：ηe=(E2E1)/EF式中， EF為鍋爐輸入的燃料 E節(jié)流閥：ηe=e2/e1 ? 分析實(shí)例合理利用能量的原則可避免?損失與不可避免?損失其它節(jié)能理論進(jìn)展可避免?損失與不可避免?損失?分析法是以無(wú)驅(qū)動(dòng)力的理想過(guò)程為基準(zhǔn)來(lái)分析實(shí)際過(guò)程的， 因此，?分析法雖指出了過(guò)程特性改進(jìn)的潛力或可能性，但不能指出這些可能的改進(jìn)是否可行。任何實(shí)際過(guò)程都需要一定的 驅(qū)動(dòng)力 來(lái)使過(guò)程進(jìn)行，包括溫差、壓差、化學(xué)勢(shì)差。當(dāng)有驅(qū)動(dòng)力存在時(shí)，就有?損失； 驅(qū)動(dòng)力越大 ，過(guò)程進(jìn)行的速度就越快，? 損失也就越大 。要使過(guò)程進(jìn)行，就不可避免要有一些?損失 ,其大小隨過(guò)程的不同而不同。?損系數(shù)大的過(guò)程也許很難改進(jìn)，因?yàn)槠渲写蟛糠质遣豢杀苊獾?，或是?dāng)前的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)條件限制了一些改進(jìn)的可能性。因此，與理想過(guò)程的差距并不等價(jià)于該實(shí)際過(guò)程的改進(jìn)余地。將 E損失劃分為兩部分：可避免 ? 損失 (AVO)和不可避免 ? 損失 (INE)：其中，不可避免?損失定義為技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上不可避免的最小?損失， 是隨技術(shù)進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)環(huán)境在變化。過(guò)程節(jié)能對(duì)策是：確定不可避免?損失，分析可避免?損失，確切推知那個(gè)節(jié)點(diǎn)可避免?損失較大，可以得到顯著改進(jìn)。據(jù)此，可定義一個(gè)實(shí)用?效率：常規(guī)?效率是將實(shí)際過(guò)程與理想過(guò)程相比較，而這里定義的實(shí)用?效率是 將實(shí)際過(guò)程與技術(shù)經(jīng)濟(jì)上可以達(dá)到的最好的過(guò)程相比較，因而可以指出可行的改進(jìn) 。其它節(jié)能理論進(jìn)展第四章 流體輸送過(guò)程與設(shè)備的節(jié)能流體流動(dòng)? 流體流過(guò)管道和設(shè)備，由于克服沿程阻力和局部阻力，引起?損失。化工廠消耗的動(dòng)力大多直接用于彌補(bǔ)這項(xiàng)損耗，如泵、風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)等。如果流動(dòng)過(guò)程中溫度和密度均無(wú)太大的變化，則由于流體流動(dòng)阻力所引起的?損失為：即 eL與壓力降成正比，與流體的絕對(duì)溫度成反比 對(duì)于同樣的壓差，流體溫度越低，其 eL越大。在高溫輸送物料時(shí) ，要注意保溫；在低溫輸送物料時(shí)，尤其更要注意保冷。要盡可能減少流動(dòng)過(guò)程的壓力降，這就要求盡可能減少管道上的彎頭和縮擴(kuò)變化，減少閥門等管件的數(shù)量，適當(dāng)加大管徑 (即減小流速 )以減少阻力等。? 我們知道，壓力降大體與流速成平方關(guān)系．故 eL亦與流速的平方成正比，降低流速， eL隨之下降。但另一方面，在輸送量一定的條件下，降低流速意味著加大管徑，這將使設(shè)備費(fèi)用增加，面且對(duì)傳熱傳質(zhì)過(guò)程也產(chǎn)生影響。要解決好能耗減少與投資增大的矛盾，必須合理選擇經(jīng)濟(jì)流速，求取最佳管徑。? 另外，近年來(lái)，為了減少流體流動(dòng)過(guò)程的不可逆損耗，采用添加減阻劑的研究和應(yīng)用，也受到人們的重視。? 化工廠中使用著大量的泵、鼓風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)等流體機(jī)械，化學(xué)工業(yè)電能消耗量中的大部分都是用于驅(qū)動(dòng)這些流體機(jī)械。 據(jù)統(tǒng)計(jì)，泵與風(fēng)機(jī)耗電約據(jù)統(tǒng)計(jì)，泵與風(fēng)機(jī)耗電約占全國(guó)總用電量的百分比逐步從原占全國(guó)總用電量的百分比逐步從原 30%向向 40%過(guò)過(guò)渡。渡。流體 輸送 機(jī)械為流體提供機(jī)械能的機(jī)械設(shè)備統(tǒng)稱為流體輸送機(jī)械。 節(jié)能降耗措施節(jié)能降耗措施1．改造或更換低效率設(shè)備，推廣高效風(fēng)機(jī)、水泵．改造或更換低效率設(shè)備，推廣高效風(fēng)機(jī)、水泵2．設(shè)計(jì)時(shí)注意選型和配套．設(shè)計(jì)時(shí)注意選型和配套3．調(diào)速控制流量，減少節(jié)流損失．調(diào)速控制流量，減少節(jié)流損失4．合理設(shè)計(jì)管網(wǎng)，降低管道阻力．合理設(shè)計(jì)管網(wǎng)，降低管道阻力5．． 在管網(wǎng)或葉輪上涂敷復(fù)合材料節(jié)能在管網(wǎng)或葉輪上涂敷復(fù)合材料節(jié)能6．選用節(jié)能計(jì)量?jī)x表．選用節(jié)能計(jì)量?jī)x表7．減少葉輪直徑，調(diào)節(jié)入口導(dǎo)向葉片．減少葉輪直徑，調(diào)節(jié)入口導(dǎo)向葉片? 作為流體機(jī)械節(jié)能的措施，提高流體機(jī)械本身的性能無(wú)疑是必要的。但是，在改善流體機(jī)械的效率、提高其可靠性和擴(kuò)大其高效率穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)范圍等方面已付出了巨大的努力，不能期望今后在性能上有大的突破。? 另一方面，流體機(jī)械的運(yùn)行方面，卻存在較大的節(jié)能潛力。目的的現(xiàn)狀是：流體機(jī)械制造時(shí)按充分滿足額定性能進(jìn)行設(shè)計(jì)，使用者在選用時(shí)考慮管路阻力等又留有余地，結(jié)果采用了大容量設(shè)備，用關(guān)小調(diào)節(jié)閥來(lái)調(diào)節(jié)流量，造成了不必要的損失。? 因此，化工廠可以考慮通過(guò)以下途徑達(dá)到流體機(jī)械的節(jié)能： (1)在選用流體機(jī)械時(shí)，負(fù)荷要和需要相適應(yīng)； (2)流量調(diào)節(jié)不用閥門，而用其他調(diào)節(jié)方法如轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)法。? 采用何種流量調(diào)節(jié)方式，不僅要看調(diào)節(jié)方式的能量特性，還要看其經(jīng)濟(jì)性，還要考慮變頻裝置相對(duì)于閥門調(diào)節(jié)設(shè)備費(fèi)用高得多這一情況，所以要根據(jù)流量變化情況來(lái)確定調(diào)節(jié)方式。? 負(fù)荷變化大且頻繁的場(chǎng)合，適合于采用 變頻裝置 調(diào)節(jié)流量；對(duì)于負(fù)荷變化頻繁但變化不大的場(chǎng)合，適合于采用 閥門 調(diào)節(jié)流量；而對(duì)于負(fù)荷變化大、且是季節(jié)性改變的場(chǎng)合，宜采用 備泵 。 風(fēng)機(jī)與泵的選型原則風(fēng)機(jī)與泵的選型原則 1. 風(fēng)機(jī)與泵選型中存在的問(wèn)題風(fēng)機(jī)與泵選型中存在的問(wèn)題①① 風(fēng)壓與揚(yáng)程選擇過(guò)大與過(guò)小風(fēng)壓與揚(yáng)程選擇過(guò)大與過(guò)?、冖? 風(fēng)機(jī)與泵調(diào)節(jié)裝置不完善風(fēng)機(jī)與泵調(diào)節(jié)裝置不完善③③ 管網(wǎng)系統(tǒng)布局不合理管網(wǎng)系統(tǒng)布局不合理 2. 風(fēng)機(jī)與泵選型的原則風(fēng)機(jī)與泵選型的原則(1)所選用的泵或風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)參數(shù)應(yīng)盡可能地靠近它的正常運(yùn)行工況點(diǎn)，從而使泵或風(fēng)機(jī)能長(zhǎng)期地在高效率區(qū)運(yùn)行，以提高設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。(2)力求選擇結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小，質(zhì)量輕的泵或風(fēng)機(jī)。為此，應(yīng)在可能的情況下，盡量選擇高轉(zhuǎn)速。(3)力求運(yùn)行時(shí)安全可靠，對(duì)水泵來(lái)說(shuō)，首先應(yīng)考慮設(shè)備的抗汽蝕性能。另外盡量選泵或風(fēng)機(jī)的不具有駝峰形狀的性能曲線。即使非選具有駝峰性能時(shí)，則其運(yùn)行