第三章-热力学第一定律及其应用(2014年)课件.ppt

大连理工大学 化学工程 张乃文 化工上一些常见的属于稳流体系的装置 理想气体的K 可取： 单原子气体：K =1.667 双原子气体：K=1.40 三原子气体：K=1.333 混合气体的绝热指数 可按下式计算： ——混合气体中某组分的绝热指数 ——混合气体中某组分的摩尔数 有公式可知： 气体压缩过程所耗的理论轴功决定于始温下绝热指数K和压缩比。 3、多变过程： 4、真实气体压缩功的计算： ⑴ 当Z变化不大时： 若压缩机进出口Z 变化不大，可取平均值： ，然后将其看成常数。 等温压缩： 绝热压缩： 多变压缩： ⑵ 易液化气体 绝热过程： 多变过程： 对于易液化气体，在压缩过程中压缩因子变化很大，可用热力学图表进行计算。 对于绝热压缩，若已知压缩机进出口的温度和压力，则可用T-S图或P-H图，查得气体进出口的焓值，用下式计算。 对于多变压缩，倘若又能求得压缩机气缸夹套带走的热量，则可按下式直接求出。 计算绝热压缩功，通常只知道进口温度T1、压力p1与出口压力p2，而出口温度T2是未知的，这时就要用试差法。先假定一个终温T2，然后普遍化关联法求出压缩过程的熵变△S。倘若△S＝0，则原先假定的T2即为可逆绝热压缩的终温。然后再根据初、终态的温度和压力用普遍化关联法求出压缩过程的焓变，此焓变的负值即为WS(R) 。倘若假定的终温不满足△S=0，则还要重新试差。 例4. 设空气的初态压力为0.10814MPa，温度为15.6℃，今将1kg空气压缩至 （绝压）。试比较可逆等温、绝热和多变压缩过程（m=1.25）的功耗和终点温度。 解: 空气在压力较低时可视为理想气体。 （a）等温压缩。有 式中 （b）绝热压缩。查得K=1.4，有 （c）多变压缩。有 压缩过程终点的温度为 绝热压缩： 多变压缩： 计算结果列表如下： 换热设备 是否存在轴功? 否 是否和环境交换热量? 有 位能是否变化? 否 动能是否变化? 否 换热设备 整个换热设备与环境交换的热量可以忽略不计，换热设备内部两股物流存在热量交换。换热设备的能量平衡方程与混合设备的能量平衡方程相同，但物流之间不发生混合。 mA和mB分别为流体A和流体B的质量流量 混合设备 混合两种或多种流体是很常见。 混合器 混合设备 是否存在轴功? 否 是否和环境交换热量? 通常可以忽略 位能是否变化? 否 动能是否变化? 否 当不止一个输入物流或（和）输出物流时 Hi为单位质量第i股输出物流的焓值，xi为第i股输出物流占整个输出物流的质量分数。 Hj为单位质量第j股输入物流的焓值，xj为第j股输入物流占整个输入物流的质量分数。 为一股物流的质量流量。 为总质量流量。 (b)无热交换（绝热） 或 倘若过程是绝热的，则式(3-20)还可简化成 (3-22) 此式表明，在绝热情况下，流体与外界交换的轴功，等于流体的焓变。可以利用此式求得绝热压缩或膨胀过程的轴功。 透平机是借助流体的减压和降温过程来产出功 压缩机可以提高流体的压力，但是要消耗功 是否存在轴功? 是! 是否和环境交换热量? 通常可以忽略 位能是否变化? 不变化或者可以忽略 动能是否变化？ 通常可以忽略 管路和流体输送 稳态流动模型通常是一个不错的近似 通过泵得到轴功 位能变化 泵 水 管路和流体输送 是否存在轴功? 有时存在 是否和环境交换热量? 通常是 位能是否变化? 有时变化 动能是否变化? 通常不变化 3.2.5 热量衡算 无轴功交换，只有热交换过程的　能量衡算称为热衡算。稳流过程的热量衡算的基本关系式： J/kg 热量衡算时应将生产过程中各种可能热效应考虑进去。 生产中的四种热效应： ① 显热――物流的温度变化 ② 潜热――物流的相变化 ③ 混合热效应――多股物流混合 ④ 反应热效应――化学反应产生 热量衡算方法：（四个选择 ） 选择控制体 选择物流量 选择基准状态（温度） 选择初始态 确定化工生产过程的工艺条件、设备尺寸、热载体用量、热损失以及热量分布等都需要进行热量衡算。 由于不存在脱离物质的热量，因此热量衡算往往是在物料衡算的基础上进行的，或者两者相互交叉进行。 物料衡算与热量衡算是生产技术管理的基础，为节能提供依据的前提。 工程上常用的计算基准有两种： (a)以单位质量、单位体积或单位摩尔数的产品或原料为计算基准。对于固体或液体常用单位质量(1000kg)；对气体常用单位体积(Nm3标准立方米)或单位摩尔数(lmol或1kmol)。 (b) 以单位时间产品或原料