化学过程能源分析.pptVIP

5 化工过程的能量分析 ;5.1 能量平衡方程; 能量的形式不同，但是可以相互转化或传递，在转化或传递的过程中，能量的数量是守桓的，这就是热力学第一定律，即能量转化和守恒原理。 体系在过程前后的能量变换ΔE应与体系在该过程中传递的热量Q与功W相等。 体系吸热为正值，放热为负值； 体系得功为正值，对环境做功为负值。;5.1.2 封闭体系的能量平衡方程;5.1.3 稳态流动体系的能量平衡方程; 单位质量的流体带入、带出能量的形式为动能(u2/2)，势能(gz)和热力学能(U)。; 系统与环境交换功W，实际上由两部分组成。一部分是通过泵、压缩机等机械设备的转动轴，使系统与环境交换的轴功Ws；另一部分是单位质量物质被推入系统时，接受环境所给与的功，以及离开系统时推动前面物质对环境所作的功。 假设系统入口处截面面积为Al，流体的比容为V1，压力为P1，则推动力为P1A1，使单位质量流体进入系统，需要移动的距离为V1/A1,推动单位质量流体进入系统所需要的功为 ;对于流动过程，系统与环境交换的功是轴功与流动功之和 ; 稳定流动系统的热力学第一定律表达式为：;可逆条件下的轴功;一些常见的属于稳流体系的装置;喷嘴与扩压管;喷嘴与扩压管 ;质量流率;透平机和压缩机;透平机和压缩机 ;节流阀;;混合设备;混合设备;当不止一个输入物流或（和）输出物流时;混合设备;换热设备;管路和流体输送;管路和流体输送;Bernoulli 方程;对于非粘性流体或简化的理想情况，可忽略摩擦损耗，则;例 5-1 1.5MPa的湿蒸汽在量热计中被节流到0.1MPa和403.15K，求湿蒸汽的干度;1.5MPa 饱和液体焓值 Hl=844.9 饱和蒸汽焓值 Hg=2792.2;例 5-2;将空气当作理想气体，并忽略压降时;换热器的动能变化和位能变化可以忽略不计;5.2 热功间的转化;水往低处流;气体由高压向低压膨胀;热由高温物体传向低温物体;我们可以使这些过程按照相反方向进行，但是需要消耗功。 第一定律没有说明过程发生的方向，它告诉我们能量必须守衡。 第二定律告诉我们过程发生的方向。;热机的热效率;选哄吟环桐赢氓坯星仙寥盂验俭平韵茫纶屎俩苗祸驾牺郝再际等窜垣绕耸化学过程能源分析化学过程能源分析;熵增原理; 5.3.2 熵平衡; 稳态流动体系 ; 5.4 理想功、损失功及热力学效率 5.4.1 理想功; 稳定流动系统的热力学第一定律表达式为：; 稳流过程的理想功只与状态变化有关，即与初、终态以及环境温度T0有关，而与变化的途径无关。只要初、终态相同，无论是否可逆过程，其理想功是相同的。理想功与轴功不同在于：理想功是完全可逆过程所作的功，它在与环境换热Q过程中使用卡诺热机作可逆功。 通过比较理想功与实际功，可以评价实际过程的不可逆程度。;例 5-6 计算稳态流动过程N2中从813K、4.052MPa变到373K、 1.013MPa时可做的理想功。N2的等压热容Cp=27.89+4.271× 10-3T kJ/(kmol·K), T0=293K 。; 5.4.2 损失功;Q是系统与温度为T0的环境所交换的热量，ΔS是系统的熵变。由于环境可视为恒温热源，Q相对环境而言，是可逆热量，但是用于环境时为负号，即 - Q＝T0 ΔS0 。;5.4.3 热力学效率;例 5-7 求298K，0.1013MPa的水变成273K，同压力下冰的过程的理想功。设环境温度分别为(1)298K；(2)248K。;若使水变成冰，需用冰机，理论上应消耗的最小功为35.04kJ/kg。;例 5-8 用1.57MPa，484℃的过热蒸汽推动透平机作功，并在0.0687MPa下排出??此透平机既不是可逆的也不是绝热的，实际输出的轴功相当干可逆绝热功的85％。另有少量的热散入293K的环境，损失热为7.12kJ/kg。求此过程的理想功、损失功和热力学效率。; 查过热水表汽表可知，初始状态1.57MPa， 484℃ 时的蒸汽焓、熵值为H1=3437.5kJ/kg, S1=7.5035kJ/(kg·K) (参见例3-12 );H kJ/kg; 依据稳流系统热力学第一定律;H kJ/kg;或; 5.5 有效能  5.5.1 有效能的概念;5.5.2 有效能的计算; (1) 机械能、电能的有效能 机械能和电能全部是有效能，即