Chap.3能量衡算.ppt

1. 问题的由来： 在化工生产中,能量的消耗是一项重要的技术经济指标,它是衡量工艺过程、设备设计是否先进、合理的主要指标之一。 能量衡算的基础是物料衡算，只有在进行了完备的物料衡算之后，才能作能量衡算。 2. 理论依据： 能量守恒定律，即能量不可消失，也不可创生，只能按一定的关系进行形式间的转化。 3. 应用： （1）操作型：对使用中的装置或设备实际测定一些能量，通过衡算计算出另外一些难以直接测定的能量，由此作出能量方面的评价；如能量效率=输出/输入； （2）设计型：设计新装置或设备时，据已知或设定的物料量求得未知的物料量或温度及需要加入或移出的热量。 一、状态参数及特征 1 状态参数： 描述系统内部宏观物理量的参数。 2 状态参数的特征： （1）与热力状态相对应； （2）与过程无关，其差值只与初终状态有关。 3 常用状态参数： p(绝对压力)、V(比容)、T(绝对温度)、U(内能、比内能)、h(焓) （1）动能 物料以一定的速度作相对于环境的运动所具有的能量： （3）内能 物质内部微观粒子运动及相互作用而具有的能量，它是p、T 、比容和组成的函数。对于理想气体有：U=f(T )，是温度的单值函数。研究其变化值，绝对值无法测。 （4） 流动功——即压力能，是连续流动过程中，由于流体内部相互推动所交换的功； W=（p·A) ·(mV/A)=mpV 式中：V为比容，m3/kg。 三、与能量衡算有关的重要物理量： 1 焓H （1）定义式 H=U +pV 流动系统中，为内能与流动功之和；其中U、p、V均为状态参数，故焓具有状态参数的特征。 另外，ΔH只与初、终态有关，与过程无关，因而应用广泛。两状态间的焓差可用一个已知路径的过程计算。 （2）物理意义： 工质流动时与外界传递的与其热力状态有关的总能量。 2 比热容（比热、热容） (1) 定义 单位量物质(mol、kg、m3) ，在不发生相变及化学反应的前提下，每升高或降低一度所吸收或放出的热量。 有摩尔热容(J/mol.K) 、体积热容(J/m3.K) 、质量热容(J/ kg.K) 。 (2) 比热容的真实值 由于热量是过程参量，故热容也为过程参量，一般与压力、温度有关。在常压下，热容cp是温度的函数，常写成三次四项式， 即 cp=a+bT+cT2+dT3 4 潜热——相变热 （1） 定义 在恒温、恒压下，物质由一相转变为另一相时，所放出或吸收的热量。 (2) 正常沸（熔）点 指物质在1atm下的沸（熔）点。 (3) 标准潜热 单位质量的纯物质，在正常沸（熔）点下的相变热。 5 混合热：或混合焓变 在恒温、恒压下的两种及其以上的物质混合时所产生的热效应。 溶解热——气体、液体及可溶性固体溶于溶剂中产生的热效应，如NaOH——H2O. 引言 以一定时间(h、min、s)或单位物料量作基准： 输入系统的能量-输出系统的能量=积累的能量 ΔE=（U1+Ek1+Ep1+P1V1）- （U2+Ek2+Ep2+P2V2）+Q-（+W） 说明：具体计算要根据不同情况对此式做简化。 一、总能量衡算： 1. 稳态流动系统： ΔE= 0，因为能量的积累=0 分析： 对于流动系统，有：H=U+pV ΔH= Δ U+ Δ（pV） 且ΔEk、 ΔEp相对于热能小得多，所以将二者忽略，总式可写为： ΔH=Q-W 结论：1. ΔH是稳定流动系统物料除了宏观Ek、Ep之外，本身具有的能量总和。 2. 上式表明：系统的ΔH等于系统与环境交换的能量。 2. 间歇过程（非流动系统）的总能量衡算： ΔU+ Δ（pV）+ ΔEk+ ΔEp=Q-W 0 0 0 ∴ ΔU=Q-W (1) 等容系统（系统体积不变）： 非流动系统功以体积功形式出现， ΔV=0 则 W=pdV=0 ∴ ΔU=QV (2) 等压过程： ΔU=Qp – pΔV 当p不变时， ΔU+ Δ（pV）=Qp ∴ ΔH=Qp 即：交换的热量 注意：其中Δ（pV）为体积功，属于交换的能量，不是系统本身具有的能量，所以不能反映系统本身总