化工热力学课件之——化工过程能量分析.ppt

* * * * * 封闭体系 * 损失功 损失功：与1）环境温度T0; 2）总熵变有关 过程的不可逆性越大，△S总越大，WL就越大，因此应尽可能降低过程的不可逆性。 热力学效率η 实际过程的能量利用情况可通过热力学效率η加以评定 §5.4 理想功和损失功 例：流动水由900C变为700C，CP=1Cal/g.K，忽略压差，求WL(T0=298K) 。 例： 一台蒸汽透平机，进入的是压力为1570KPa和温度为4840C的过热蒸汽，排出的蒸汽压力为68.7KPa。透平机中过程不是可逆也不是绝热，实际输出的功等于可逆绝热时轴功的85%。由于保温不完善，在环境温度200C时，损失于环境的热量为7.12kJ/kg，试求该过程的理想功、损失功及热力学效率。 解：1）查表得蒸汽初态 H1=3428kJ/kg， S1=7.488kJ/kg.K ∴S2’=7.488kJ/kg.K 2）68.7KPa下H2’=2659kJ/kg 3）可逆绝热功WS WS= △H -Q = H2’ -H1 =-769kJ/kg Wac=85%WS=-653.7kJ/kg T S P1= 1570KPa T1 = 4840C P2=68.7KPa 2 1 2’ 4）稳流体系，忽略动能和位能差 实际过程Wac= △H -Q H2 =H1+ Q+ Wac=3428-7.12-653.7=2767kJ/kg 5） 68.6KPa ，H2下的S2= 7.76kJ/kg.K（过热蒸汽） △S体系=（S2 - S1）=7.76-7.488=0.272kJ/kg.K 6）理想功 Wid= △H -T0 △S体系=（2767-3428）- 293.15*0.272 =-740.7kJ/kg.K 7）损失功WL=T0△S总 △S环境=Q/T0=7.12/293.15=0.02425kJ/kg.K WL=T0△S总=293.15（0.272+0.02425）=86.82kJ/kg 或WL=Wac-Wid=-653.7-（-740.7）=87kJ/kg 8）热力学效率η=Wac/ Wid =1- WL/ Wid =（1-86.82/740.6）*100%=88.28% 基本概念 能量不仅有数量，而且有质量（品位）。 功的品位高于热 。 1度电=1KWhr=3600KJ=860Kcal 但860Kcal热不能变成1度电。 热转变为功的效率为30%。 高压蒸汽的做功能力高于低压蒸汽。 高温热源产生的热的品位比低温热源产生的热的品位高。 大气中的能量全部不能做功。 §5.5.2 的计算 1、稳定流动体系的Ex 注意： （1 ）Ex与理想功的区别：理想功是任意两个状态的变化，而E的末态是体系的基准态(P0，T0)， 该态的Ex为0 （ 2 ）Ex是状态函数 稳定流动体系的ExEx 比较： Ex与理想功的区别 P,MPa T,0C H (KJ/Kg ) S (KJ/Kg.K ) Wid (KJ/Kg) Ex (KJ/Kg) 蒸汽7.00 285 2772.1 5.8133 -1044.3 1044.3 蒸汽1.0 179.9 2778.1 6.5865 -819.9 819.9 0.1013MPa 25(水) H0=104.89 S0=0.3674 0 例：1)有一股压力分别是7.0MPa和1.0MPa蒸汽用于作功，经稳流过程均变成0.1013MPa，250C的水，求Wid和Ex(T0=298K). Ex与理想功的区别 例：2) 7.0MPa蒸汽作功后变成1.0MPa蒸汽,求此过程的Wid和作功前后蒸汽具有的的有效能Ex(T0=298K） P,MPa T,0C H (KJ/Kg ) S (KJ/Kg.K ) Wid (KJ/Kg) Ex (KJ/Kg) 蒸汽7.00 285 H1=2772.1 S1=5.8133 -224.41 1044.3 蒸汽1.0 179.9 H2=2778.1 S2=6.5865 819.9 0.1013MPa 25(水) H0=104.89 S0=0.3674 0 1、物理Ex： 浓度、组成不变，T，P? T0，P0引起的 Ex 变化。 2、化学Ex： T0，P0 ? T0，P0 ，但浓度、组成变化引起的Ex变化。 3、功的Ex即是功 4、动能、位能对Ex的贡献可忽略 扩散：浓度变化 化学反应：组成变化 热的Ex ExQ 压力Ex ExP Ex 2）压力EXP P, MPa T,K S (KJ/Kg.K ) H (KJ/Kg ) H0-H (KJ/Kg ) EX (KJ/Kg) EX /( H-H0) 水 0.1013 298 0.3674 104.89 0 0 饱和蒸汽 1.013 453 6.582 277