第六章 化工过程热力学分析..pptVIP

（3）能级：单位能量所含的有效能： 是衡量能量质量的指标，代表了体系能量质量的优劣。 高级能量 僵态能量 低级能量 6.3.1 有效能和无效能 2、有效能的组成——稳流过程物流具有的总有效能（） 流体动能可全部转变成有用的功——动能 流体位能可全部转变成有用的功——位能 物系所处的状态达到与环境成约束性平衡状态所 提供的理想功，即由于T和P与环境不同而具有的 有效能。其计算与理想功相同——物理有效能。 体系由约束性平衡达到非约束性平衡所提供的理想 功，即体系组成由于与环境不同而具有的有效能。 ——化学有效能 6.3.1 有效能和无效能 3、物理有效能的计算 4、热流有效能的计算 热量相对于平衡环境态所具有的最大做功能力 6.3.1 有效能和无效能 5、有效能与理想功的区别和联系 有效能是复合的状态函数，与给定的状态和基准态有 关。此外各种形式的能量的有效能在热力学上是等价的， 因为各种有效能的理论作功能力是相同的。 6.3.1 有效能和无效能 即： 6.3.1 有效能和无效能 计算 概念 有效能的减少等于对外做的理想功 联系 是由于体系所处状态与基态不同所能作的理 想功。 体系经历一个完全可逆的过程时，所作的最大功或消耗的最小功。 区别 有效能 理想功 有效能与理想功的区别与联系 二、无效能AN 1、无效能的概念：在给定状态环境下，能量可转变为有 用功的部分为有效能，不能转变为有用功的部分叫无效能。 恒温热源的有效能： 当 高级能量 僵态能量 6.3.1 有效能和无效能 由能量守恒定律： 由第二定律：不可逆过程功的损耗实质上是有效能的损失 dEX＜0 dAN＞0 dEX=- dAN 损耗功就是不可逆过程中有效能转化为无效能的量。 即有效能守恒，也是热力学第二定律的另一种表达方式。 （1） 一切不可逆过程中，均有有效能转化为无效能。 （2）只有可逆过程有效能才守衡。 （3）由无效能转化为有效能是不可能的。 能量贬质过程是不可逆的，又称为能量降级定律 6.3.1 有效能和无效能 2、能量的降级定律 6.3.2 两种损失和两种效率 一、两种损失 1、能量损失：通过各种途径由体系排到环境中去的未能 利用的能量。 2、有效能损失： 内部损失：由于体系内部存在各种不可逆因素造成有效 能的损失（温度差、压差、浓度差、化学位差）。 外部损失：体系向环境排出的能量中所含有效能的损失。 二、两种效率 6.3.2 两种损失和两种效率 1、第一定律效率 效率： EN：过程所期望的能量 EA：达到期望所消耗的能量 具体形式： 热功转化 传热过程 6.3.2 两种损失和两种效率 性能系数： 制冷系数： 制热系数： 缺点：分子分母是不同能级的能量，只能从数量上反映能 量利用情况，不能反映能量在质量上的利用情况，因此不 能作为衡量过程热力学完善性的指标。 6.3.2 两种损失和两种效率 2、第二定律效率 EXN：过程所期望的有效能。 EXA：达到期望所消耗的有效能。 （1）普遍有效能效率 EX+ ：进入体系的各种有效能流之和。 EX- ：离开体系的各种有效能流之和。 6.3.2 两种损失和两种效率 （2）热力学效率 产功： 耗功： 传热： 或： 优点：分子分母是同级别的能量，反映了能量在质量 上的利用情况，是衡量过程热力学完善性的量度。 6.3.3 热力学分析的基本方法汇总 一、过程热力学分析：用热力学的基本原理来分析和评价过 程基本任务，确定过程中能量或有效能的损失大小、原因及 分布情况，确定过程的效率，为确定节能措施、实现过程最 佳化提供依据。 二、三种过程热力学分析法： 三种过程热力学分析法： 能量衡算法、熵分析法、有效能分析法 1、能量衡算法：通过物料与能量衡算，确定过程的排出 能量与能量利用率，可求出设备的散热损失、理论热负荷、 可回收的余热量，电力损失的发热量等。 6.3.3 热力学分析的基本方法汇总 能量衡算法计算顺序：单体设备?整个系统 例6-16 设有合成氨厂二段炉出口高温转化气余热利用装置，见图， 转化气进入废热锅炉的温度为1000℃，离开时为380℃，其流量为 5160Nm3(tNH3)-1，可以忽略降温过程中压力变化。废热锅炉产生4MPa、 430℃ 的过热蒸汽，蒸汽通过透平作功。离开透平乏汽的压力为 0.01235MPa，其干度为0.9853。转化气在有关温度范围的平均等压 热容为36kJ·kmol·K-1。乏汽进入冷凝器用30℃的冷却水冷凝，冷凝水 用水泵打入锅炉进入锅炉的水温为50℃，试用能量衡算法计算此余 热利用装置的热效率。