化工设计过程中的有效能分析

2022-09-12

在现今的化工生产中, 需着重考虑的一项指标便是能量耗损。在现今能源紧缺、化工安全极为不稳的状况之下, 在化工设计中对有效能进行科学正确的分析研究, 进一步实行科学能效设计、确保生产安全极为重要。

1 化工行业生产现状

化工行业自其发展以来便具有一个极为突出的特点, 即高危[1]。在化工产品生产中通常带有一定的易燃爆、毒害性, 因此加强化工安全生产也显得尤为重要。现今化工生产发展中, 其相关的设备逐渐趋于自动、大型化, 生产工艺也随之变化, 越发高能量化。在化工生产中, 在其生产效率越发提升的同时, 对于安全性问题的考量也越发重视, 相关安全生产标准也在逐渐提升。现今化工生产安全面临形势依旧较为严峻, 每年发生的安全事故数量较多, 也造成了极多的人员、经济损失。针对此状况, 我国安监总局、石油化工联会等多个组织机构开始将今后工作的重点放置于化工安全生产之上, 并制定执行了一系列的强化管理措施。

2 化工设计中的有效能分析

2.1 化工中的有效能分析

2.1.1 换热活动

在化工设计中, 换热活动较为常见。两种温度完全不同的物质如果相互接触, 那么其热量将会由高热物转为低热物。这种实行换热操作的两物体, 如果在换热活动中不存在热量耗损, 假设用一微元计算,

那么高温物质微元所释放出的热量dQ有效能d BQ, H则为:

而低温物体吸收到的热量dQ有效能d BQ, H则为:

由此得出最终的有效能耗损d W为:

对上述公式分析后可得出这么几点结论, 即:第一, 在传热活动中势必会造成一定程度上的有效能耗损。第二, 如果温度一定, 那么两个物体间的温差越大, 其传热中的有效能耗损也就越多。第三, 如果温度一定, 温度较高, 其有效能耗损则越少。所以, 在进行化工生产设计时, 一些低温传热活动需尽可能的将稳产减小。而如果是高温传热, 则可将温差适当增加。在实际温差设计中, 为了对其有效能进行科学应用, 在进行工艺加热工作时, 可运用低压蒸汽0.5-1.0MPa。如此一来, 便可在尽可能的减少有效能耗损的同时, 将一些不必要的设备费用予以降低。高压蒸汽的作功能力较强, 因此可运用其进行作功活动, 以此帮助获取到更多的动力源。针对一些温度可达350℃的高温热能, 可运用其进行高压蒸汽的生产, 以此实现有效能的最大化利用。

2.1.2 传质活动

在传质活动中, 不仅仅是会发生能量交换活动, 同时还会进行质量的交换。针对此活动中的有效能分析需将能耗、有效能耗损作为关注的重点。如在精馏活动中, 其回流比与供热、制冷量之间成正比例关系, 也就是能耗会有所增加。如果在活动中, 为了有效减少换热器的面积选择一个较高的温差, 那么虽然其整体的传输热量值未发生变化, 但是其中有效能的耗损却会有所增加。

2.1.3 化学反应

如果在化学生产中出现了化学反应, 那么此活动中的有效能耗损则为表现为:终态体系温升、传质给予体系及环境的影响。在此时对于体系进行分析时, 需注意对化学位能所发生的变化进行充分考量。

2.2 有效能的效率

在化工设计中, 无论是在进行何种化工活动时, 总是会出现能量品位降低的状况[2]。而一个效率较高的化工活动代表的是能力品位降低较少。对化工中能量衡算、有效能进行充分分析研究, 能够帮助及时寻找出一些能量品位降低的环节, 以此对后期生产工艺的改进优化进行明确。有效能效率能够充分反映化工生产中衡量有效能的实际利用状况。有效能效率公式为:

有效能属于热力学分析中一项极为重要的指标, 其相关效率的科学准确性, 能够充分反映出热力学活动的不可逆性, 在现今的化工设计分析中也得到了较大的应用。能量是完全守恒的, 但是其过程却又具有极强的不可逆性。有效能非守恒, 因此在任何活动中均会存在着耗损整个化工过程的不可逆性越强, 那么其相关有效能耗损也就越多。