化工设计过程中的有效能论述
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[摘 要]本文主要是对化工设计过程中的有效能进行分析研究，进而提出了相关的几点意见。
[关键词]化工设计 有效能效 分析研究
中图分类号：TN724 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）19-0327-01
引言
目前我国经济发展的同时也带动了化工行业的不断进步，对于化工生产能耗来说，其主要是一个重要的技术经济指标，同时也是行业工艺的流程、设计以及操作系统是否合理的一个依据所在。目前世界上的能源开发和合理利用已经是受到了广泛的关注，然而作为必要项目，化工设计已经是越来越受到广泛的关注，现在倡导的循环经济的核心是节约和循环利用，能耗是不能被回收再利用的，能量不仅有数量还有质量（品位）作为一个标准依据判断能量等级，可以有效的分析在刹一会可持续发展和循环经济定量分析与研究中，进而具有着十分重要的意义，同时也很好的发展了技术和经济。
1.热力学定律与卡诺循环
对于热力学来说，其主要是化学工程的一个重要组成部门，同时化学工程热力学也是化学工程进行开发以及设计过程中的一个重要依据，同时其理论也主要是根据热力学的第一定律来进行出发的，研究化学过程的能量转换和有效使用，平衡理论的变化过程限制、条件或状态，其主要是在一九三零年由福勒提出的热力学第零定律指出，对于由大量分子、原子组成的物体或物体系，如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡（温度相同）状态，进而被他们打破了封闭的体系，然而对于热力学的第一定律和第二定律来说，其能量的转化以及守恒在一切切涉及热现象的宏观过程中普遍适用。
2.有效能概念分析
为了能够更好的对不同的能量品味进行区分，进而便产生了有效能的概念，便为一定形式的能量，可逆变化到给定环境状态，达到平衡时，在理论方面能够做出最大的有用工，然而对于稳流来说，系统主要是能够在一定的状态下的有效能W，就是系统从该状态（P、T）变化到环境的状态（P0、T0）过程所作的理想功B，即：
W=B=（H-H0）-T0（S-S0）=T0S-H （1）
对于有效能和理想功之间是有着不同的基准的，同时也可以认为是理想功为能量在两个状态之间的差别，由于有效能计算的基准状态为环境状态，因此总是正值这样，通过对有效能的比较，即按能量转化为有用功的多少，可以把能量分为三类：高质能量，即理论上能完全转化为有用功的能量，如电能、机械能（包括水能和风能等）。僵态能量，便唯爱理论上不能够转化功的能力，比如海水以及地壳运动等。然而对于地质的能力来说，其主要是能部分转化为有用功的能量，如热和以热形式传递的能量，化学能等其中在计算化学有效能时，要求对每一元素均确定其环境状态，包括温度、压力、物态和组成化工生产中与热量传递有关的加热、冷却、冷凝过程，以及与压力变化有关的压缩、膨胀等过程，虽然能够能够热力学的第一定律来对其进行衡算，然而依然是具有着效能的损失，即总体上能量品位的下降，功可以百分之百转变为热，热不可能百分之百转变为功，这就要求在化工设计中对不同能量的使用进行合理规划，这样能够更好的降低有效能的损失。
3.化工过程的有效能分析
在实际的能量进行传递以及装潢的过程中，其能力是能够进行转化成为功的程度，不仅仅是和能量的质量、体系所处的状态有密切关系外，还与过程的性质有关根据热力学定律和有效能的定义，针对不同的化工过程，其主要是通过有效能的进行分析可以算出各种物流以及能源的有效，进而对其作出效能的衡算，评价能量利用情况，揭示有效能损失的原因，指明减少损失的途径。
3.1 关于换热的过程
在进行换热的过程中，其主要是能够在化工设计中经常看到的，在两种温度不同的物质进行接触的过程中，其热量将会从高的物体转换到低温的物体，进而进行热交换的两流体.假设没有其它热损失.取一微元进行计算，有高温流体微元所放出热量dQ的有效能力dBQ，H为：
（2）
低温的情况下物体所吸收热量dQ的有效能dBQ，1 为：
（3）
则有效能的损失dW为：
（4）
据此可以看出，首先是传热的过程中将会出现有效能的损失。其次是温度一定的情况下，温差越大，则有效能损失越大。最后是温差在一定的情况下，温度越高有效能损失越少。因此，在实际工业生产中，低温传热要尽量减小温差，高温传热则可适当增大温差，此外，在化工设计中，为合理利用有效能，通常情况下所使用的低温蒸汽为零点五兆帕到一兆帕来进行工艺加热，这样不仅可减少有效能的损失，还可减少因高压产生的设各费用；高压蒸汽的作功本领比低压蒸汽强，因此可以用高压蒸汽来做功，这样便能够更好的活动动力的能源，温度在三百五十摄氏度以上的高温热能，则可以用来产生高压蒸汽，最终更加有效的避免了效能过大的损失。
3.2 关于传质过程
对于传质过程，系统内除了有能量交换，还有质量传递，此时在进行有效能分析时就要注意传质过程带来的能耗和有效能损失，例如，对于精馏过程，回流比越高，就意味着塔釜的供热量和塔顶的制冷量就越大，这将直接导致能耗的增加，如果以较高的温差来降低换热器而积进行换热，虽然总传热量没有改变，但有效能损失将会增大在干燥系统中也存在着类似的结论。
3.3 关于化学反应过程
对于一些具有着化学反应的时候，其有效能通常情况下将会表现在终态时体系的温升和传质对体系和环境造成的影响上，此时体系的不可逆嫡增要考虑到化学位能的变化。
3.4 关于化工的设计
在对化工进行设计的过程中，经常的将会遇到化工过程太重还存在着传质、反应以及变压的一个过程，然而对于传质过程，系统内除了有能量交换，还有质量传递，此时在进行有效能分析时就要注意传质过程带来的能耗和有效能损失例如对于精馏过程，回流比越高，就意味着塔釜的供热量和塔顶的制冷量就越大，这将直接导致能耗的增长，如果以较高的温差来降低换热器而积进行换热，虽然总的传热量并没有出现改变，然而其有效能损失将会出现增大，类似的结论也将会存在着干燥的过程中，其对于有化学反应的过程，有效能损失通常表现在终态时体系的温升和传质对体系和环境造成的影响上，这个时候的体系是无法进行逆增的，因此要考虑到化学位能的变化。
4.有效能的效率及讨论
通常情况下，其能量的平衡主要是反映了系统的利用效率的数量，同时也能够更好的反映出系统平衡能源利用的效益，其质量主要是作为一个主要指数在热力学分析，有效效率可以准确、定量地反映过程的小可逆性，已广泛应用于化学过程的分析能量是守恒的，然而因为其过程主要是不可逆的，并且也存在着有效能量的损失，进而使其是存在于任何可逆过程不可逆转的程度越高，有效的损失越大，此外，由于不同的能源有效和可以品味不同，所以它的力量能力也有差异光能源和生物质能源的主要力向是新能源的发展，并且对于无偏一级管是可以发电的单一环境进而出现了争议。
总结
在经济发展的同时，也使得能源出现了浪费，同时能源也是促进工业生产的重要物质，然而在对其进行使用的过程中，由于其不能循环使用且无法回收致了能源开发和使用工业生产促进了人类社会的进步，同时也导因此在化学工程设计的过程中为核心，通过改善设各能源效率优化不合理的流程以有效能节约减少不可逆损失，实现能源节约，与此同时也能够更好的使我国工业不断的发展。
参考文献
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