化工过程能量分析.pptVIP

3.功、电能和机械能的有效能 EX=W （5-48） 第六十二页，共89页 4.热量的有效能EXQ ∵　卡诺循环热效率 ⑴定义：传递的热量，在给定的环境条件下，以可逆 方式所能做出的最大有用功。 ⑵计算式 ①恒温热源热量的有效能 （5－49） 无效能 ∴　EXQ=WC 第六十三页，共89页 ２.热力学第二定律的数学表达式 对不可逆过程： 对可逆过程： 热力学第二定律的数学表达式： 不可逆 =可逆 第三十页，共89页 注意： 熵状态函数。只要初、终态相同， 对于不可逆过程应设计一个可逆过程，利用可逆过程的热温熵积分进行熵变计算． 第三十一页，共89页 ３. 熵增原理 对于孤立体系（或绝热体系） 这个式子说明了 由　　 　 熵增原理表达式。 0 不可能进行的过程 　0　　 不可逆过程 =0 可逆过程 第三十二页，共89页 结论： 自然界的一切自发进行的过程都是熵增大的过程； 同时满足热一律，热二律的过程，实际当中才能实现，违背其中任一定律，其过程就不可能实现。 总熵变为 自发进行的限度 自发进行的方向 第三十三页，共89页 4　熵变的计算 1)可逆过程的热温熵计算 据热一律 可逆过程 同除 T 得： 又 ∵ 对理想气体: dH　=nCpdT ∴ 第三十四页，共89页 ２)相变化熵变 ∴相变化的熵变 相变化皆属于可逆过程， 并且相变化的热量，据能量平衡方程知： ３)环境熵变 热力学环境：一般指周围大自然（可视为恒温热源） 第三十五页，共89页 ４ 应用举例 [P111－P112 (例5－3，5－4)] 自看 第三十六页，共89页 5.3.2 熵平衡和熵产生 １　敞开体系熵平衡方程 将容量性质衡算通式用于熵，得: = - + 第三十七页，共89页 T — 限制表面上热流通过处的温度, T’ 代表始态温度, T’’ 代表终态温度 物料 热量 S — 单位质量物料的熵； 熵携带者 功与熵变化无关，功不携带熵。 物料携带的熵 = mS 热流携带的熵 = 式中: m — 物料的质量； 第三十八页，共89页 是代数值， 以体系收入者为正，体系支出者为负 于是: 熵平衡方程为: 将此整理,得: (5-33) 熵平衡方程 注意： 物料熵 热熵流 第三十九页，共89页 2.熵产生 (5-33)中： — 体系的总熵变； — 因物流流进，流出限定容积而引起的熵变化； — 因热流流进,流出限定容积而引起的熵变化； — 因体系的内在原因引起的熵变化，与环境无关，属于内因熵变。 引起熵产生的内在原因实际上是由于体系内部不可逆性而引起的熵变化。这可以用孤立体系的熵平衡方程来证实。 第四十页，共89页 对孤立体系：因与环境没有质量交换，也没有能量交换 代入熵平衡方程中 = = 由热二律知: 可逆过程 不可逆过程 第四十一页，共89页 结论： 熵产生可以用作判断过程方向的准则 0 时，体系内部的过程不自发。 0 时，体系内部的过程不可逆或自发； =0 时，体系内部的过程可逆或平衡； 第四十二页，共89页 3. 熵平衡方程的特殊形式 绝热过程 可逆过程 = + 稳流过程 =0 + + 封闭体系 = + 第四十三页，共89页 4. 应用举例 (例 5-5)自看 解题要点： 符合质量守恒定律 能量守恒定律（热一律） 熵增原理（热二律） 第四十四页，共89页 5.4 理想功、损失功及热力学效率 损失功法： 以热力学第一定律为基础，与理想功进行比较，用热效率评价。 有效能分析法： 将热力学第一定律，热力学第二定律结合起来，对化工过程每一股物料进行分析，用有效能效率评价。 化工过程热力学分析的方法： 第四十五页，共89页 一.?? 理想功 1. 定义：体系以可逆方式完成一定的状态变化，理论上可对外做的最大功(对产功过程)，或者理论上必须获得外部的最小功(消耗过程)，称为理想功。 Wmax (Wmin) 状态1 状态2 完全可逆 要注意: 完全可逆 状态变化可逆； 传热可逆(物系与环境) 第四十六页，共89页 ２.理想功的计算式 （１）非流动体系 若过程可逆 由热一律：ΔU=Q+W W=ΔU-Q (5-38) 过逆功 第四十七页，共89页 非流动过程理想功 结论： 理想功决定于体系的始、终态和环境状态，与过程无关； 体系发生状态变化的每一个实际过