化工设计之有效能分析探讨

贺文良 蒋雨明(.山东鲁新设计工程有限公司， 山东 济南 50000;.济南石油化工设计院， 山东 济南 50000)

当今社会面临的能源问题日益紧张，人们越来越关注能源的有效开发及合理利用，在化工生产中，能量转换和能量损耗是不可避免的环节，作为化学生产的一项重要经济技术指标，能量的有效利用与工艺制作过程、设计设备、操作方式是否科学合理密切相关。因此，化工设计也越来越受到人们的青睐。

能源的节约和循环利用是当前社会循环经济的主要内容，能量作为一种不能重复使用的资源，它的有效利用越来越受到重视，将有效能的理论引入到化工设计之中，通过加强概念理解，进一步分析和探讨有效能的利用情况，对于提高化工设计人员对有效能的正确理解，树立科学正确的节约能源意识具有十分重要的指导意义。

1 热力学定律与卡诺循环

热力学定律在化学工程里面算是一个非常重要的组成部分，能够完全用到化工生产过程的每一个过程中来，在指导化工生产中具有普遍适用性。通过热力学定律不仅可以研究各种能量之间的相互转化和有效能的利用情况，还可以研究能量变化达到平衡时的理论极限、条件或者状态。通过热力学定律我们知道，物体是由许许多多的原子和分子构成的，如果有两个不同的热力学系统，其中每一个系统又都与第三个热力学系统始终保持着热平衡状态，那么我们可以断定这个系统也一定是处于热平衡状态。卡诺循环的相关研究则是解决了热机效率中关于极限值的相关问题，通过计算可以得出热流从高温热源传递给低温热源的过程中能量转化为功的最大值。卡诺循环的效率与能量转换过程的可逆程度及热源的温度密切相关，因此就算是具有相同的热量，但是如果热源的温度不同，其做功的能力也会有所差异。

2 有效能的定义

有效能的定义是针对热能而言的，它是一定形式的能量，是指可逆变化到一定环境状态并且达到平衡时所能做的最大有用功。通过对各种不同有效能的比较分析，根据计算出的能量转化为有用功的数量，我们可以把能量分为不同的类别。在化工设计中合理规划使用不同能量可以有效的降低能量的损失，提高有效能的利用情况。

3 化工设计之有效能分析

能量传递和转换的过程其实就是能量转化为功的过程，它与能量的质量、所处体系的状态以及能量发生过程的性质密不可分，按照热力学定律和有效能的概念，通过对化工生产过程中的有效能进行定性分析和衡算，可以看出各种物流和能流的有效能能量的利用情况，从而在源头上找到有效能损失的根本原因，以便采取相应的改进措施减少有效能的耗损，为节约能源找到有效的方法和途径。

(1)换热过程 物体的温度按照相应的规律传递，当温度不相同的两种物体相互接触时，热量就会从高温物体传递到低温物体，在热量传递的过程中会伴随着有效能的损失，有效能损失的规律如下:假如温差一定，温度越低，有效能损失越多。因此为了减少有效能的损失，在低温传热过程中要尽量减小温差，在高温传热过程中可以适当增大温差，这样就可以提高有效能能源的利用，减少有效能的耗散。

(2)流体输送 为了提高有效能的利用率，在化工设计时可以通过采取多种措施减少能源的损失。通常采用减少弯头和缩扩，缩短管程等方式降低阻力，增大管径等方式降低流速，这样就可以通过减少外界的各种压力的方式达到减少稳定流动过程中有效能的损失的目的，可是降低流速后，生产设备的费用也会相应增加，因此在实际的生产过程中，要综合考虑各种因素做到合理高效的利用能量。

(3)其它 有效能可以准确无误的地表示出能量过程的不可逆性，是热力学分析的一个重要指标，目前已广泛应用于各种化工生产分析中，通过对能量的衡算和有效能的分析，可以查找出能量质量降低最多的环节，从而确定工艺改进和优化的方法，提高能源的有效利用率。

4 结语

随着化工业的发展，人类社会不断进步，但同时也使得能源问题变得越来越严重，能量不能循环使用，因此在化工生产中，只有减少有效能的耗散才能做到合理利用能源，在化工设计时就要尽量优化不合理的工艺，尽可能地减少各种能量的损失，提高有效能的利用率，只有这样，才能从根本上做到节约能源。

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