化工設(shè)計之有效能分析探討

賀文良 蔣雨明(.山東魯新設(shè)計工程有限公司， 山東 濟南 50000;.濟南石油化工設(shè)計院， 山東 濟南 50000)

當今社會面臨的能源問題日益緊張，人們越來越關(guān)注能源的有效開發(fā)及合理利用，在化工生產(chǎn)中，能量轉(zhuǎn)換和能量損耗是不可避免的環(huán)節(jié)，作為化學生產(chǎn)的一項重要經(jīng)濟技術(shù)指標，能量的有效利用與工藝制作過程、設(shè)計設(shè)備、操作方式是否科學合理密切相關(guān)。因此，化工設(shè)計也越來越受到人們的青睞。

能源的節(jié)約和循環(huán)利用是當前社會循環(huán)經(jīng)濟的主要內(nèi)容，能量作為一種不能重復使用的資源，它的有效利用越來越受到重視，將有效能的理論引入到化工設(shè)計之中，通過加強概念理解，進一步分析和探討有效能的利用情況，對于提高化工設(shè)計人員對有效能的正確理解，樹立科學正確的節(jié)約能源意識具有十分重要的指導意義。

1 熱力學定律與卡諾循環(huán)

熱力學定律在化學工程里面算是一個非常重要的組成部分，能夠完全用到化工生產(chǎn)過程的每一個過程中來，在指導化工生產(chǎn)中具有普遍適用性。通過熱力學定律不僅可以研究各種能量之間的相互轉(zhuǎn)化和有效能的利用情況，還可以研究能量變化達到平衡時的理論極限、條件或者狀態(tài)。通過熱力學定律我們知道，物體是由許許多多的原子和分子構(gòu)成的，如果有兩個不同的熱力學系統(tǒng)，其中每一個系統(tǒng)又都與第三個熱力學系統(tǒng)始終保持著熱平衡狀態(tài)，那么我們可以斷定這個系統(tǒng)也一定是處于熱平衡狀態(tài)。卡諾循環(huán)的相關(guān)研究則是解決了熱機效率中關(guān)于極限值的相關(guān)問題，通過計算可以得出熱流從高溫熱源傳遞給低溫熱源的過程中能量轉(zhuǎn)化為功的最大值。卡諾循環(huán)的效率與能量轉(zhuǎn)換過程的可逆程度及熱源的溫度密切相關(guān)，因此就算是具有相同的熱量，但是如果熱源的溫度不同，其做功的能力也會有所差異。

2 有效能的定義

有效能的定義是針對熱能而言的，它是一定形式的能量，是指可逆變化到一定環(huán)境狀態(tài)并且達到平衡時所能做的最大有用功。通過對各種不同有效能的比較分析，根據(jù)計算出的能量轉(zhuǎn)化為有用功的數(shù)量，我們可以把能量分為不同的類別。在化工設(shè)計中合理規(guī)劃使用不同能量可以有效的降低能量的損失，提高有效能的利用情況。

3 化工設(shè)計之有效能分析

能量傳遞和轉(zhuǎn)換的過程其實就是能量轉(zhuǎn)化為功的過程，它與能量的質(zhì)量、所處體系的狀態(tài)以及能量發(fā)生過程的性質(zhì)密不可分，按照熱力學定律和有效能的概念，通過對化工生產(chǎn)過程中的有效能進行定性分析和衡算，可以看出各種物流和能流的有效能能量的利用情況，從而在源頭上找到有效能損失的根本原因，以便采取相應的改進措施減少有效能的耗損，為節(jié)約能源找到有效的方法和途徑。

(1)換熱過程 物體的溫度按照相應的規(guī)律傳遞，當溫度不相同的兩種物體相互接觸時，熱量就會從高溫物體傳遞到低溫物體，在熱量傳遞的過程中會伴隨著有效能的損失，有效能損失的規(guī)律如下:假如溫差一定，溫度越低，有效能損失越多。因此為了減少有效能的損失，在低溫傳熱過程中要盡量減小溫差，在高溫傳熱過程中可以適當增大溫差，這樣就可以提高有效能能源的利用，減少有效能的耗散。

(2)流體輸送 為了提高有效能的利用率，在化工設(shè)計時可以通過采取多種措施減少能源的損失。通常采用減少彎頭和縮擴，縮短管程等方式降低阻力，增大管徑等方式降低流速，這樣就可以通過減少外界的各種壓力的方式達到減少穩(wěn)定流動過程中有效能的損失的目的，可是降低流速后，生產(chǎn)設(shè)備的費用也會相應增加，因此在實際的生產(chǎn)過程中，要綜合考慮各種因素做到合理高效的利用能量。

(3)其它 有效能可以準確無誤的地表示出能量過程的不可逆性，是熱力學分析的一個重要指標，目前已廣泛應用于各種化工生產(chǎn)分析中，通過對能量的衡算和有效能的分析，可以查找出能量質(zhì)量降低最多的環(huán)節(jié)，從而確定工藝改進和優(yōu)化的方法，提高能源的有效利用率。

4 結(jié)語

隨著化工業(yè)的發(fā)展，人類社會不斷進步，但同時也使得能源問題變得越來越嚴重，能量不能循環(huán)使用，因此在化工生產(chǎn)中，只有減少有效能的耗散才能做到合理利用能源，在化工設(shè)計時就要盡量優(yōu)化不合理的工藝，盡可能地減少各種能量的損失，提高有效能的利用率，只有這樣，才能從根本上做到節(jié)約能源。

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