第五章化工过程能量分析.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： ;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。 ;??? 3)Ws—单位流体通过机器时所作的轴功 ;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;3.应用举例;5.2 功热间的转化（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; 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。 ;自发、非自发和可逆、非可逆之间的区别？;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： ;5.3 熵函数 ;２.热力学第二定律的数学表达式 ;注意：;３. 熵增原理 ;结论： ;4　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 (例 5-5)自看 ;5.4 理想功、损失功及热力学效率 ;一.?? 理想功;２.理想功的计算式 ;非流动过程理想功;（2）稳态流动过程;注意点： ;二　损失功WL ;结论： ;三 应用举例;同样重量的24K金子和18K金子相比较，哪个更有价值? 同样数量的热和功，哪个利用价值更高一些？ 1000kg的饱和蒸汽和过热蒸汽哪个作功能力更大？ 本节通过引入能级和有效能的概念来回答这个问题。能量不仅在数量上具有守恒性，在质量上还具有品位性，而且在转换与传递工程中具有贬值性。 例如对1kJ的热和1kJ的功，从热力学第一定律看，它们的数量是相等的，但从热力学第二定律考察，它们的质量即作功能力是不相当的，功的质量（品位）高于热。 ;5.5?? 有效能与无效能;2.?有效能与无效能; 注意点;二、有效能的计算 ;1.稳流物系的有效能;2.理想功与有效能的区别与联系;(2)联系;3.功、电能和机械能的有效能;4.热量的有效能EXQ;②变温热源的有效能;5.压力有效能 ;四、过程的不可逆性和有效能损失;2.有效能损失(E1) ;⑶典型过程有效能损失 ;　　∴　ＴdSt=-VdP dSt=(-V/T)dP 由前知　El=ToΔSt ∴ dEl=T0dSt= T0 (-V/T) dp （5-57） 结论：ｉ) El∝ 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;5.6 有效能衡算及有效能效率; 1.??? 有效能衡算式 由热力学第一律,热力学第二律推出;由热力学第二定律： 分两种情况考虑 ;(A)-(B), 得:;(2) 不可逆过程;2 结论：;二.有效能效率 ; 2.目的有效能效率 ;5.7 化工过程与系统的有效能分析;四．应用举例;在有限的时空范围内，任何热力学过程，系统的有效能和无效能的总和守恒。 一切实际的不可逆过程必带来能量品位的贬值，有效能一去不复返地转化为无效能，这就是能量转换与传递中的质的变化规律。 经不可逆过程的有效能的减少是绝对的，是不可逆转化，能量中的无效能无论采用什么巧妙的方式也不能转变为有用功和有效能。因此，有效能转化为无效能的量可以表示能量贬质的程度。;过程能量分析及合理用能;常用的热力学分析法有三种：;能量衡算法;