第7章_ 热力学第二定律及其工程应用 华东理工大学 热力学 课件 .ppt

第7章 热力学第二定律及其工程应用 表7.1 龟山-吉田提出的大气环境模型 0.0091 0.0003 0.0000052 0.000018 0.0312 0.2034 0.7560 摩尔分数 成 分 表7.2 某些元素的基准物、基准反应与基准物浓度 1 Al 1 Ti 1 Si 1 Fe 1 H 0.0003 C 基准物浓度(摩尔分数) 基准物 基准反应 元 素 1)元素标准化学有效能的计算 用环境模型计算的物质化学有效能称为标准化学有效能 由于环境模型中的基准物化学有效能为零，因此元素与环境物质进行化学反应变成基准物所提供的理想功即为元素的化学有效能。若化学反应在规定的环境模型中进行，则提供的理想功即为元索的标准化学有效能。 空气中所包含的气体组分在298.15K下达到饱和湿空气中相应的分压 时的化学有效能为零。因此这些气体组分的标准化学有效能就等于由0.101325MPa于298.15K下等温膨胀到时的理想功，即： 2)化合物的标准化学有效能计算 对于化学反应式 为化学反应的计量系数。 在298.15K、0.101325MPa下，单质生成化合物时所提供的理想功即为该物系标准生成自由焓的变化的负值，即： 化合物的标准摩尔化学有效能应等于组成化合物的单质标准摩尔化学有效能之和减去生成反应过程的理想功，即 单质j的标准摩尔化学有效能 化合物i的标准摩尔化学有效能 化合物i的标准生成自由焓 3)混合物的标准化学有效能的计算 理想气体混合物的标准摩尔化学有效能可用各纯组分的标推摩尔化学有效能及混合物的组成来计算，即： 纯组分i的标准摩尔化学有效能 混合物的标准摩尔化学有效能 对于液体混合物，假定其为理想溶液，则上式仍然适用。若为非理想溶液，则其标准摩尔化学有效能为： 7.6.4 无效能（Anery） 概念： 给定环境下能量中不能转变为有用功的部分 对恒温热量Q 无效能部分 环境温度下 某状态焓H，可以根据稳定流动过程的物系有效能计算式求取 无效能部分 系统总能量等于有效能加无效能 节能的正确意义在于节约有效能 7.7 有效能平衡方程与有效能损失 7.7.1有效能平衡方程 对于稳定流动可逆过程， ，有效能是守恒的 对于稳定流动不可逆过程 系统有效能减少无效能增加 定义有效能效率 理想功 有效能 7.7.2 有效能损失 有效能为非守恒量，系统有效能损失包含两部分 ①内部损失：即由系统内部各种不可逆因素造成的有效能损失 ②外部损失：即通过各种途径散失和排放到环境介质中去的有效能损失。 有效能损失不等于能量损失 能量是守恒的，通常能量损失仅指过程中某一系统的有效能和无效能总量损失 注意： 实际工作经常将能量概念和有效能概念等同叙述，要区别对待。 7.8 化工过程能量分析及合理用能 化工过程能量分析的任务 ① 确定过程中能量损失或有效能损失的大小、原因及其分布 ②确定过程的效率 化工过程能量分析方法 能量平衡分析法 熵平衡分析法 有效能平衡分析法 层次要求越来越高 7.8.1 能量平衡分析法 能量平衡分析法 根据能量平衡方程确定过程的能量损失和能量的利用率 步骤 ① 确定出入系统的各种物流量和状态参数、热流量和功流量 ② 确定过程的能量损失和热力学第一定律效率 ③ 确定循环过程的热力学效率 形式 以进入系统的全部能量为基础的能量平衡 以供给系统的能量为基础的能量平衡 (1)以进入系统全部能量为基础的能量平衡 进入系统的能量： 一次能源和二次能源的供给能 原料等带入系统的输入能 系统输出的能量： 产品带出系统的输出能 离开系统的排出能 回收能 系统的能量平衡方程 (2)以供始系统的能源能量为基础的能量平衡 目的在于考察能源供给系统的能量利用情况 解： 以每吨氨为计算基准，忽略装置的热损失和驱动水泵所需的轴功(即认为， ， ) 4.0MPa、温度为703K的过热蒸汽。蒸汽通过透平作功，离开透平的乏汽压力为 ， 为323K时进入废热锅炉。试用能量平衡法计算此余热利用装置的热效率 。已知转化气的平均恒压摩尔热容为 。 例7.7 设有合成氨厂二段炉出口高温转化气余热利用装置，如图7-9。转化气进入及离开废热锅炉的温度分别为1273K和653K，转化气流量为5160 产生压力为 乏汽进入冷凝器，用303K的冷却水冷凝，冷凝水在温度 ， 查水蒸气表可得各状态点参数值为 表7.4 各状态点水热力学性质表 H/ S/ 0.4365 125.7 303 0.10133 0 0.7035 212.6 323 0.0123 4 7.9694 2557 323 0.012