第二章 过程节能的基本原理.ppt

华南理工大学 2.3 能量与热力学第一定律 2.3 能量与热力学第一定律 2.3.3 稳流系统的能量平衡方程 在稳定流动的条件下， dU系统＝0，δm1＝ δ m2 2.3.4 稳流系统的能量平衡方程的实际应用 2.3.6 轴功及其计算 * 时间： 2014 年9月1日 过程节能技术与装备 第二章 过程节能的基本原理 2.1概论 2.2基本概念 2.3热力学第一定律 2.4热力学第二定律 2.5理想功和损失功 2.6能量的火用分析方法 2.7节能理论的新进展 2.8节能原理的指导意义 2.1 概论 化工过程：通过物理和化学过程把化工原料加工成产品的过程。 这一个过程需要能量的推动； 研究过程中能量的转换、利用、回收，分析化工过程用能特点和规律，提出节能方案措施。 热力学分析方法 能量衡算法 熵分析法 热力学分析方法 能量衡算法 熵分析法 有效能分析方法（火用分析法） 节能的正确涵义就是节约有效能。 2.2 基本概念 2.2.1 能量形式 2.2.2 热力系统 2.2.3 基准状态 2.2.4 平衡状态 2.2.5 可逆过程 2.2.1 能量形式 （1）内能 （2）动能 （3）重力势能 （4）热 （5）功 传递能 储存能 能量是物质固有的特性，在热力学研究中，所涉及的能量有以下5种： 能量按一般的分类方法，可分为6种：机械能（包括动能和势能）、热能、电能、辐射能、化学能、核能。 特别注意的是：绝大多数的一次能源首先经过热的形式被利用，因此技能工作中十分关注热能的转换及利用问题。 2.2.2 热力系统 定义：热力学研究中作为分析对象选取的某特定范围内的物质或空间。 ①、敞开系：系统与外界既有物质交换又有能量交换的热力系统。 ②、封闭系：系统与外界只有能量交换而无物质交换的热力系统。 ③、绝热系：系统与外界无热量交换的热力系统。 ④、孤立系：系统与外界既无能量交换又无物质交换的热力系统。 说明：孤立系一定是绝热系，但绝热系不一定是孤立系 2.2.3 基准状态 物理基准态 基准温度，环境温度，T0＝298.15K（25oC） 基准压力，环境压力，p0＝1atm（101.3kPa） 基准相态，基准压力和温度下，物质所呈现的相态。 化学基准态 化学能量（ ）是由于系统的组成物质及成分与环境不同而引起的。 基准物 基准物是在环境状态下处于平衡的、最稳定的物质。 基准物的特点（1）每种元素都有其相应的基准物； （2）环境（大气、海洋、地表）中能存在的物质； （3）基准物之间不可能发生任何自发的化学变化 ；（4）各种基准物都应是相应元素的最稳定物质，其能量值（ ）为0。 2.2.4 平衡状态 一个系统在不受外界影响的条件下，如果它的宏观性质不再随时间变化，我们就说这个系统处于热力学平衡态。 平衡态是系统宏观状态的一种特殊情况。从微观上看每个分子并未处在平衡状态，仍在无规运动。系统处在平衡态时，其大量分子的微观量及其各种函数的统计平均值则是既稳定又均匀。 孤立系统不一定是平衡状态 满足热力学平三个条件 热平衡 力平衡 化学平衡 2.2.5 可逆过程 定义：可逆过程是指热力学系统在状态变化时经历的一种理想过程。热力学系统由某一状态出发，经过某一过程到达另一状态后，如果存在另一过程，它能使系统和外界完全复原，即使系统回到原来状态，同时又完全消除原来过程对外界所产生的一切影响，则原来的过程称为可逆过程 。 ● 过程无限缓慢，为准静态过程； ● 没有耗散力作功，即没有摩擦发生。 可逆过程的条件 2.3 热力学第一定律 2.3.1 热力学第一定律及表达形式 2.3.2 封闭系统的能量平衡方程 2.3.3 稳流系统的能量平衡方程 2.3.4 稳流系统的能量平衡方程的实际应用 2.3.5 轴功及其计算 2.3.6 热量平衡 输入系统的能量－输出系统的能量 ＝ 系统储存能量的变化 闭口系统能量衡算 ΔU ＝ Q - W du ＝ δq － δ w 微分形式 Δu ＝ q － w 单位质量形式 输入系统的能量－输出系统的能量 ＝ 系统储存能量的变化 δQ δW δm1 δm2 一般开口系统的能量衡算式： 式中 输入系统的能量－输出系统的能量 ＝ 系统储存能量的变化 δQ δW δm1 δm2 一般开口系统的能量衡算式： 能量衡算式为 对于单位质量为 对于多股物质流进出开口体系时 （1）可忽略的动能、势能项的设备（压缩机、透平机、泵等） （2）绝大多数的化工静设备（管道、阀门、换热器等） 或 （3）绝热、无功且可忽略 的静设备 当流体经节流膨胀、绝热混合、绝热反应等过程，与环境无功、无热交换；