化工設計之有效能分析探討

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

當今社會面臨的能源問題日益緊張，人們越來越關注能源的有效開發及合理利用，在化工生產中，能量轉換和能量損耗是不可避免的環節，作為化學生產的一項重要經濟技術指標，能量的有效利用與工藝制作過程、設計設備、操作方式是否科學合理密切相關。因此，化工設計也越來越受到人們的青睞。

能源的節約和循環利用是當前社會循環經濟的主要內容，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，對于提高化工設計人員對有效能的正確理解，樹立科學正確的節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

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過程的每一個過程中來，在指導化工生產中具有普遍適用性。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。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成的，如果有兩個不同的熱力學系統，其中每一個系統又都與第三個熱力學系統始終保持著熱平衡狀態，那么我們可以斷定這個系統也一定是處于熱平衡狀態。卡諾循環的相關研究則是解決了熱機效率中關于極限值的相關問題，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化為功的最大值。卡諾循環的效率與能量轉換過程的可逆程度及熱源的溫度密切相關，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境狀態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，根據計算出的能量轉化為有用功的數量，我們可以把能量分為不同的類別。在化工設計中合理規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 化工設計之有效能分析

能量傳遞和轉換的過程其實就是能量轉化為功的過程，它與能量的質量、所處體系的狀態以及能量發生過程的性質密不可分，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定流動過程中有效能的損失的目的，可是降低流速后，生產設備的費用也會相應增加，因此在實際的生產過程中，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，可以查找出能量質量降低最多的環節，從而確定工藝改進和優化的方法，提高能源的有效利用率。

4 結語

隨著化工業的發展，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，能量不能循環使用，因此在化工生產中，只有減少有效能的耗散才能做到合理利用能源，在化工設計時就要盡量優化不合理的工藝，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約能源。

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