第5章 化工过程的能量分析-河南科技学院.pptx

第五章;5.1 能量平衡方程 ; 在实际生产中大都遇到两种体系，即敞开体系和封闭体系。 1. 封闭体系：（限定质量体系） 与环境仅有能量交换，没有质量交换。体系内部是固定的。封闭体系是以固定的物质为研究对象。 2. 敞开体系：（限定容积体系） 与环境有能量交换，也有质量交换。 ;二.能量平衡方程 ;（1）物料平衡方程：根据上式：得到 ;离开体系的能量: 微元体带出能量E2δm2 流体对环境所作的流动功 p2V2δm2 ;1 ) E－单位质量流体的总能量，它包含有热力学能、动能和位能。 ;2.?? 能量平衡方程一般形式;三.能量平衡方程的应用 ;2.稳定流动体系 ;(1)一般能量平衡方程 ; 3）式（5-13）应用条件是稳流体系，不受过程是否可逆以及流体性质的影响。;（2）能量平衡方程的应用;2）对化工设备类：如反应器，热交换器，传质阀门，管道等 。;3)对化工机器的绝热过程 ;4)对喷嘴，如喷射器是通过改变流体截面以使流体的动能与内能发生变化的一种装置 ;5.2 功热间的转换 （热力学第二定律） ;可逆过程： 没有摩擦，推动力无限小, 过程进行无限慢; 体系内部均匀一致，处于热力学平衡; 相同始终态，对产功的可逆过程，其产功最大，对耗功的可逆过程，其耗功最小; 逆向进行时，体系恢复始态，环境不留下任何痕迹。 （也即没有功热得失及状态变化） 不可逆过程： 有摩擦，过程进行有一定速度; 体系内部不均匀（有扰动，涡流等现象）; 逆向进行时，体系恢复始态，环境留下痕迹; 如果与相同始终态的可逆过程相比较，产功小于可逆过程，耗功大于可逆过程。 ;可逆过程是一个理想过程，实际过程都是不可逆的。 ;二.热功转换与热量传递的方向和限度 ;3.热与功转化的限度——卡诺循环 ;卡诺循环由四个过程组成。 ;工质吸热温度大于工质排热温度，产功过程。 ;∵ ΔH 为状态函数，工质通过一个循环;注意以下几点： ;三．熵函数与熵增原理 ;２.热力学第二定律的数学表达式 ;注意：;３. 熵增原理 ;结论： ;四　熵变的计算 ;２．相变化熵变 ;4.应用举例;5．3 熵平衡和熵产生 ;;是代数值， 以体系收入者为正，体系支出者为负;2.熵产生 ;对孤立体系：因与环境没有质量交换，也没有能量交换 ;结论：;3. 熵平衡方程的特殊形式 ;4. 应用举例;高温热库450K;解：过程示意如图;5.4 理想功和损失功 ;一.?? 理想功;２　理想功的计算式 ;结论：;（2）流动过程理想功的计算式;注意点： ;二　损失功WL ;结论： ;三 应用举例;分析 ;解：1　查过热水蒸汽表, 内标计算H1，S1;当;当　P2=0.0678MPa时，对应的饱和蒸汽Sg为 ;据热力学第一定律：;=80.861 KJ/Kg ; P T; P T;P *100000Pa;P *100000Pa;查附表得：P304过热蒸汽表。;H;P;5.5?? 有效能及其计算;2.?有效能; 注意点;二.有效能的计算 ;3.热量的有效能ＢQ;②变温热源的有效能;4.压力有效能 ;5.稳流物系的有效能;三、理想功与有效能的区别与联系;2.联系;四、不可逆性和有效能损失;2.有效能损失Ｄ(EL) ;⑶典型过程有效能损失 ;　　∴　ＴdSt=-VdP dSt=(-V/T)dP 由前知　Ｄ=ToΔSt ∴ dD=T0dSt= T0 (-V/T) dp 结论：ｉ) D∝ ΔP　压力降 　　　ⅱ) 稳流过程的有效能损失是由于阻力引起的。 ;③传质过程;④注意点：;3.应用举例;T0=293K, 3.444MP,318K下 烃 ΔHv=293kJ/kg ΔSv=0.921kJ/(kg.K) T=392.6K查表 H气=2706kJ/kg, S气=7.133kJ/(kg.K) 饱和水 查表 H水=167.4kJ/kg, S水=0.572kJ/(kg.K) ;解：⑴求消耗1kg水蒸气能蒸发液烃的量m;⑶水蒸气有效能变化;4.6 有效能的衡算及有效能效率 ;由热力学第二定律： 分两种情况考虑 ;由式(A)-式(B), 得:;2 结论： ①??? 能量衡算是以热一律为基础，有效能衡算是以热一、二定律为基础； ②??? 能量守恒，但有效能不一定守恒。可逆过程有效能守恒，不可逆过程有效能总是减少的； ③??? 能量衡算反映了能量的利用情况，而有效能衡算可反映能量的质量、数量的利用情况； ④??? D的计算方法：有两种：;二.有效能效率 ; 2.目的火用效率 ;三．有效能分析法步骤;四．应用举例;;解：（1） 确定研究的物系，如图示；