化工节能与过程热集成-第二章new.ppt

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * 第二章 节能的热力学 3）T T0 热量 火用 总是小于热量； T T0 冷量 火用 可以大于热量； T /K 300 T0 Ω 1 0.5 1.5 0 4）在温差相同、传热量相同的条件下，低温时的 火用 损失比高温时大得多； 单位热量的 火用 ：Ω = EQ /Q 第二章 节能的热力学 例2-3 在某一低温装置中将空气自600kPa 和27℃ 定压预冷至-100 ℃，试求1 kg空气所获冷量的 火用 和火无 。空气的平均定压比热容为 1.0 kJ /(kg K)。设环境大气的温度为 27 ℃。 第二章 节能的热力学 2. 4. 4 封闭系统的 火用 封闭系统的 火用： 封闭系统从给定状态以可逆方式转变到环境状态，并只与环境交换热量时所能作出的最大有用功。 P, T, u, S P0, T0, u0, S0 δq δwA,max 第二章 节能的热力学 封闭系统的能量方程 可逆过程 封闭系统的 火用 封闭系统的 火无 第二章 节能的热力学 封闭系统的 火用： 从状态1可逆变化到状态2时所作的最大有用功： 对比： 第二章 节能的热力学 稳定流动系统的 火用： 稳定物流经可逆方式与环境交换热量时所能作出的最大有用功。 2. 4. 5 稳定流动系统的 火用 稳流能量方程 熵方程 稳定流动系统的 火用 第二章 节能的热力学 * 从状态1可逆变化到状态2时所作的最大有用功： 稳定流动系统的 火无 作业： 4、从稳定流动系统的火用 推导稳定流动系统的 火无； 5、从稳定流动系统的火用 推导“从状态1可逆变化到状态2时所作的最大有用功” 第二章 节能的热力学 焓 火用：不考虑宏观动能和位能 稳定流动系统的 火用 第二章 节能的热力学 例2-4 设有一空气绝热透平，空气的进口状态为 600 kPa、200 ℃，宏观速度为 160 m/s，出口状态为 100 kPa、40 ℃ 和 80 m/s。试求 （1） 空气在进、出口状态下的焓 火用 ； （2）透平的实际输出功；（3）透平能够作出的最大有用功。空气的定压比热容为1.01 kJ/(kg K)，环境大气状态为100 kPa、17 ℃。 第二章 节能的热力学 2. 4. 6 化学反应的最大有用功 稳定流动系统化学反应 Q: 化学反应系统与外界的热量交换（反应热） ΔH = H2 – H1 化学反应系统焓的变化（反应焓） 定温条件下，化学反应系统熵的变化 稳定流动系统化学反应 第二章 节能的热力学 结论：可逆定温系统作出的最大反应有用功等于系统自由焓的减少。 可逆条件 第二章 节能的热力学 653.15 K 298.15 K ΔH1 ΔHr 恒温恒压化学反应 298.15 K T K ΔH2 T1 , P1 T2 , P2 298.15 K, 1 atm 298.15 K, 1 atm 第二章 节能的热力学 标准态下化学反应的最大有用功 标准态下化学反应的焓变 标准态下化学反应的熵变 （标准态生成自由焓） 第二章 节能的热力学 例 2-5 在298.15 K 和 1 atm 下， CO 和 O2 进行燃烧反应生成 CO2 。反应前反应物 CO 和 O2 不进行混合，试求此化学反应的最大反应有用功。 第二章 节能的热力学 例 2-6 在例2-5的反应中加入惰性气体 N2 ,该气体不参加反应，其反应式为 CO + O2 /2 + 1.88 N2 = CO2 + 1.88 N2 反应前后反应物和生成物都进行混合，反应前后物系总压仍为 1 atm，温度仍为 298.15 K。试求此反应过程的最大反应有用功。 第二章 节能的热力学 2. 4. 7 气体的扩散 火用 在 P0 、T0 下的气体可逆定温地转变到其在环境空气中的分压力 Pi0 时所能 作出的最大有用功。 气体的扩散 火用 单位质量气体的扩散 火用 第二章 节能的热力学 2. 4. 8 元素和化合物的化学 火用 基准物和基准反应 基准反应：一种非基准物质（包括元素、单质和化合物）与一种或几种基准物在 P0、T0 下发生化学反应，而反应物和生成物均为P0、T0 下的纯物质。 第二章 节能的热力学 标准化学 火用：用环境模型计算的物质化学 火用。 环境模型中的基准物化学 火用 为零 元素的化学 火用：元素与环境物质进行化学反应变成基准物所提供的最大化学反应有用功。 元素的标准化学 火用：化学反应在规定的环境模型中