化工热力学-第6章化工过程能量分析.pptVIP

**第6章化工过程能量分析化工过程需要消耗大量能量，提高能量利用率、合理地使用能量已成为人们共同关心的问题。从最原始的意义上来说，热力学是研究能量的科学，用热力学的观点、方法来指导能量的合理使用已成为现代热力学一大任务。由于真实过程的不可逆性，造成了能量在再分配的过程中不可避免的品位降低，有部分的能量损耗。通过热力学的能量分析，可以确定具体过程中能量损失的具体部位和损耗原因，帮助优化能源的利用，提高效率。本章重点阐述过程能量分析评价的理论和方法，旨在从热力学的角度探讨化工过程的能量分析和合理利用。化工过程能量分析的理论基础是：本章内容(1)热力学第一定律——能量转化与守恒方程；(2)热力学第二定律；(3)理想功、损失功与热力学效率；(4)有效能的定义及计算本章目的热力学第一定律和热力学第二定律。6.1热力学第一定律——能量转化与守恒方程能量按其存在形式可分：1）体系蓄积的能量，Ek，Ep，U---特点：状态函数。随物质的存在而存在，物质以某种状态存在,同时具有上述能量。2）在过程中通过体系边界传递的能量，Q、W—过程函数。这两种形式的能量是不能储存的。能量是以Ek，Ep，和U形式储存的，这些形式的能量随同物体而存在，能量从一种形式转变为另一种形式和从一个地方转移到另一个地方，常常要通过热和功的形式来实现。6.1.2热力学第一定律------能量守恒的基本式孤立系统中各种能量的形式可以相互转化，但能量不会凭空产生，也不会自行消灭，能量在各种形式之间进行转化时，总的能量数值保持不变。即：6.1.3封闭系统的热力学第一定律6.1.4稳流系统的热力学第一定律及其应用稳流：在考察时间内沿流体流动的途径所有点的质量流量都相同，且不随时间变化；能量流率也不随时间而改变，没有质量和能量的积累稳流？两个特点：(1)设备内各点的状态不随时间变化(2)垂直于流向的各个截面处的质量流率相等内能的变化：动能的变化为:重力势能的变化为：环境与单位质量的研究体系之间交换的热量为Q而交换的功W除了轴功Ws之外，还有另外一种功—流动功Wf即：流动功：指流体在连续流动过程中流体内部相互推动而交换的功。轴功：开系与外界通过机械轴所交换的功即流体在经过产功或耗功设备的流动过程中,由于压力的变化导致流体发生膨胀或压缩,由该设备的机械轴传出或输入的功。在截面1处的流动功W1f为：截面2处的流动功W2f为：在截面1至2之间的任何一点处的流体，既受到它上游流体的推动，也同时推动下游流体，做功数值一致，但是方向相反，因此相互抵消，流动净功为零。稳流系统的热力学第一定律的表达式可逆轴功的计算：1、忽略动能和位能的变化：方程简化为：表明：体系与环境交换能量的结果，表现为出入体系物流焓的变化流体经管路、阀门、换热设备及（无搅拌）反应釜时，无动力设备，WS=0热量衡算式4、绝热又无轴功交换3、体系与环境之间没有轴功交换2、绝热过程：当气体通过透平机、节流阀等,工质流经这类热力设备的时间很短，可看作进行绝热膨胀，或流体通过泵、压缩机等进行绝热压缩时，Q=01）机械能平衡式—与外界绝热、无轴功交换的不可逆压缩流体的稳流能量衡式：流体在管路中的理想流动过程000柏努力方程——机械能平衡式2）节流装置（阀）——等焓过程3）喷管和扩压管6.2热力学第二定律第一定律不足：第一定律只指出了能量在数量上的关系（守恒关系），但没有指出能量在质上的差别。热力学第二定律是公理,它指出了能量在质间转化的规律----能量由高品质向低品质转化是不可逆的。第二定律的表述：虽然表述方式很多，但是各种表述方式所阐述的是同一客观规律，--既有关热现象的各种实际宏观过程都是不可逆的。因此它们都是等效的。常用的表述有如下三种：1）1850年克劳修斯的说法：热不可能自动的从低温物体传给高温物体。---它指出了热传导的不可逆性。2）1851年开尔文的说法：不可能从单一热源吸热使之完全变成有用功，而不引起其它变化。---它指出了功转化为热这一过程的不可逆性。3)有关熵的表述：能量自发转化过程为不可逆过程，且熵是增加的。孤立体系的熵只能增加，或者达到极限时保持恒定。其数学表达式为ΔSt≥0为孤立体系热力学第二定律的数学表达式熵增原理指出，自发的不可逆过程，只能向总熵增加的方向进行，它提供了判断过程方向的准则。6.2.1热力学第二定律的熵平衡式热功转换的限度——卡诺循环卡诺循环是热力学的基本循环，解决了工质