《化工热力学》PPT课件

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1、5化工过程的能量分析热力学第一定律、第二定律的应用15化工过程的能量分析本章目的：学习能量分析的原理和方法本章要求：1、正确理解并熟练应用流动过程热力学第一定律;2、正确理解并熟练掌握热力学第二定律，了解热功转换的方向和限度；2本章要求：3、掌握熵变的计算，并运用熵增原理判断实际过程进行的方向和限度；4、正确理解并熟练掌握理想功和损失功的定义及其应用；5、正确理解并熟练应用有效能、有效能的衡算及其应用.5化工过程的能量分析35化工过程的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

2、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。4进行化工过程能量分析的理论基础是热力学第一定律热力学第二定律。在“物化”课程中我们已经学习过热力学两大定律，利用这两大定律可以计算过程的热和功，以及判断过程的方向和限度。5化工过程的能量分析5但“物化”上着重介绍两大定律在封闭系统中的应用，而在实际化工生产中大量遇到的是敞开体系，这类体系中进行的是流动过程，因此在化工热力学课程中进一步讨论两大定律对于流动过程的应用。5化工过程的能量分析65.1能量平衡方程—热力学第一定律5.2热力学第二定律—热功转化与熵函数5.3熵平衡和熵产生5.4

3、理想功和损失功5.5有效能及其计算5.6有效能衡算及有效能效率5.7有效能分析法及其应用5化工过程的能量分析75.1能量平衡方程—热力学第一定律5.2热力学第二定律—热功转化与熵函数5.3熵平衡和熵产生5.4理想功和损失功5.5有效能及其计算5.6有效能衡算及有效能效率5.7有效能分析法及其应用5化工过程的能量分析85.1能量平衡方程—热力学第一定律5.1.1热力学第一定律的实质5.1.2能量平衡方程5.1.3能量平衡方程的应用95.1能量平衡方程—热力学第一定律5.1.1热力学第一定律的实质5.1.2能量平衡方程5.1.3能量平衡方程的应用10自然界的物质是

4、千变万化的，但就其数量来说是不变的。自然界中一切物质都具有能量，能量是物质的固有属性。物质和运动是不可分割的，没有不运动的物质，也没有非物质的运动，在物质的运动和转化过程中，伴随着能量的传递和转化，并且不生不灭，即能量也是守恒的。热力学第一定律明确表明了自然界中能量的多种形式之间是可以相互转换的，但只能是等量相互转换，这就说明能量既不能被消灭，也不能凭空产生，必须遵循守恒规律。5.1能量平衡方程—热力学第一定律5.1.1热力学第一定律的实质11用数学式表示Δ(体系的能量)+Δ(环境的能量)=0或Δ(体系的能量)=-Δ(环境的能量)5.1能量平衡方程—热力学第一

5、定律5.1.1热力学第一定律的实质12为了便于下面能量平衡方程的讨论，我们简单回顾一下有关体系的概念封闭体系（限定质量体系）与环境仅有能量交换，而无质量交换，体系内部是固定的.敞开体系（限定容积体系）与环境既有能量交换也有质量交换。由于敞开体系与环境有物质交换，因此，体系内部的物质是不断更新的，敞开体系实际是以一定空间范围为研究对象的化工生产中大都为稳定流动体系5.1能量平衡方程—热力学第一定律5.1.1热力学第一定律的实质13稳流过程敞开体系中发生的过程为流动过程，如果流动过程进行时，（限定容积）体系内任一点的热力学性质都不随时间而变（但各点状态可以不同）；

6、进出口物料的质量流率都相等，并不随时间而变化。即在体系内没有物料和能量的积累，则此过程称为稳定流动过程，简称稳流过程。因此化学工程中讨论的体系大都为稳定流动体系。5.1能量平衡方程—热力学第一定律5.1.1热力学第一定律的实质145.1能量平衡方程—热力学第一定律5.1.1热力学第一定律的实质1122P1,T1,mP2,T2,m..15均流过程如果在流动过程中的任何时刻，整个限定容积内物质的状态（凝聚状态）是均匀的，限定容积内各点都处于相同的状态（凝聚状态），但整个限定容积内的热力学状态（P、T等）随时间而变，则此过程称为均匀流动过程，简称均流过程如：钢瓶充气

7、或排气的过程5.1能量平衡方程—热力学第一定律5.1.1热力学第一定律的实质165.1能量平衡方程—热力学第一定律5.1.1热力学第一定律的实质5.1.2能量平衡方程5.1.3能量平衡方程的应用17“物化”中我们已经讨论了封闭体系的能量平衡方程，形式为式中W为体积膨胀功5.1能量平衡方程—热力学第一定律5.1.2能量平衡方程18容量性质的数量衡算（任何体系）进入体系的量-离开体系的量=体系积累的量可得到体系的物料平衡和能量平衡方程式5.1能量平衡方程—热力学第一定律5.1.2能量平衡方程物料平衡方程式195.1能量平衡方程—热力学第一定律5.1.2能量平衡方程

8、Z2Z11212QWSP2,T2,V2