化工热力学5Chapter5化工过程的能量分析new教材课程.ppt

* 1 Chapter 5化工过程的能量分析 本章目的：主要解决热效率和热力学效率T的计算 §5.1能量平衡方程 一、能量守恒与转化——热力学第一定律 (一) 热力学第一定律的来历 人类共同智慧的结晶,主要贡献者: Carnot,Mayer,Joule等 (二) 热力学第一定律的内容 自然界所有物质都具有能量,能量有各种不同的形式,它既不能被创造,也不能被消灭,只能从一种形式转换成另一种形式,在转化过程中数量保持不变。 (三) 热力学第一定律的表达式 Esys+Esur=0 （1） * 2 §5.1能量平衡方程 二、能量平衡方程 (一) 敞开非稳流体系的能量平衡 1. 质量守恒: 进入体系的质量=出体系的质量+体系内积累的质量 2. 能量守恒 体系状态变化前后能量的变化(Esys)=出体系的能量+体系积累的能量－入体系的能量 dEsys = dE积累 + dE2 - dE1 = d(me)积累+ d(me)2 - d(me)1 式中：e=U+gZ+0.5u2+pv=h+gZ+0.5u2 dEsys =d(me)积累+ d[m(h+gZ+0.5u2)]2 - d[m(h+gZ+0.5u2)]1 dEsur = － (q+ws) d(me)积累+d[m(h+gZ+0.5u2)]2 -d[m(h+gZ+0.5u2)]1=q+ws (5-9) * 3 §5.1能量平衡方程 二、能量平衡方程 (一) 敞开非稳流体系的能量平衡 1. 质量守恒 进入体系的质量=出体系的质量+体系内积累的质量 2. 能量守恒 体系状态变化前后能量的变化(Esys)=出体系的能量+体系积累的能量－入体系的能量 式中：e=U+gZ+0.5u2+pv=h+gZ+0.5u2 Esur=－(Q+Ws) (3) 将式(2),(3)代入(1)式得: * 4 §5.1能量平衡方程 二、能量平衡方程 (二) 封闭体系能量平衡 ∵mi=0、mj=0、W=Ws ∴U=Q+W，对于微元过程dU=Q+W (5-12) (三) 稳流体系 1. 稳流体系概念 体系中任一点的热力学性质都不随时间而变,体系的各种流率都为常数,体系中没有任何物质和能量的积累。 d(Esys)积=0、mi、mj、ui、uj等均为常数 * 5 §5.1能量平衡方程 二、能量平衡方程 (三) 稳流体系 2. 稳流体系热力学第一定律的表达式 H+Ep+Ek=Q+Ws （5-14） 对于微元过程： dH+udu+gdZ=Q+W （5-15） 3. 计算举例(补充——流体输送、例5-2) 今有95℃的热水连续地从一贮槽以3.5kg/s的流量泵送,泵的功率为2kW,热水在途中经一换热器,放出698kJ/s的热量,并输送到比第一贮槽高25m的第二贮槽中,试求第二贮槽中水的温度。已知水的平均恒压热容为4.187 kJ/(kgK)。 * 8 换热器: 共有13个参数,分别是热流体流量mh,恒压热容cph,进出口温度T1,T2,压力p1,p2;冷流体流量mc,恒压热容cpc,进出口温度T3,T4,压力p3,p4,以及换热器的热损失Q损。 1.体系类型: (1)热流体: H热=Q传出 (2)冷流体: H冷=Q吸收 (3)整个换热器: H热+H冷=Q损或H热+H冷=0 * 9 §5.1能量平衡方程 三、稳流体系能量平衡方程的具体应用 典型设备——换热器 1.体系类型:(1)热流体,(2)冷流体,(3)整个换热器 2.求解类型: (1)求流量 (2)求温度,若已知cp=f(T)形式,则需试差 (3)效率 3.流体类型 (1)纯真实气体（或真实气体混合物）; (2)水、水蒸汽（水变为水蒸汽、水蒸汽冷凝为水、过热蒸汽降温等） (3)工艺液体 (4)理想气体、理想气体混合物 * 10 计算举例:一换热器,热流体为p=1.0MPa的饱和水蒸汽,换热后冷凝为对应饱和水。被加热介质为常压air,进出口温度分别为100℃,160℃,流量为2400Nm3/h,换热器效率为95%。试求(1)水蒸汽流量?(2)此换热器的热损失?已知空气的恒压热容为: c*p=27.893+4.781103T1.330104T 2kJ/(kmolK) 解:体系为整个换热器,基准为1小时。 由稳流系热力学第一定律得:H蒸汽+Hair=0 =1.9117105kJ/h H蒸汽=m(hl－hg) 由水蒸汽表查得1.0MPa时饱和水蒸汽、饱和水的焓值分别为： hg=2