第6章化工过程热力学分析.ppt

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1、第6章化工过程热力学分析本章要求正确理解理想功、损耗功、热力学效率与有效能的概念，掌握其计算方法。了解能量衡算法、理想功与损耗功法、有效能衡算法在过程热力学分析中的应用。6.1基础理论6.1.1能量的级别每一种能源的发现、发展和利用，都必将伴随着生产技术的重大改革，引起社会生产的发展，把国民经济在原有的基础上推向更高的发展阶段。第一次：由畜力、自然力和薪柴改为煤，发明了蒸气机，引起产业革命，作为工业化的动力基础；第二次：石油、天然气的发现，发明了内燃机和电，使生产机械化、自动化；第三次：再生能源

2、为基础，如太阳能发电、核裂变增殖反应和核聚变反应堆发电等）。6.1.1能量的级别据分析估算，由于能源不足引起的国民经济损失大约为能源本身价值的20-60倍。发展中国家与当代发达国家的差距，其主要标志之一是能源消费水平的差距。对我国而言，能源短缺是制约经济发展的因素（主要是一次能源的生产和运输十分紧张）；另一制约因素是能源有效利用率低，即能源所具有的能量与有效利用的能量之比值，它是衡量一个国家、一个企业能源利用水平的综合指标，关系到国民经济的发展。能源问题已成为一个世界性的突出问题。6.1.1能量

3、的级别根据世界能源大会节能委员会的意见：节能就是应用技术上可行、经济上合理、环境和社会可以接受的方法来有效地利用能源。节能不应简单地理解为减少能源的消耗量，不能与生产水平和生活水平的提高对立起来。节能的本质：充分有效地发挥能源的作用，使同样数量的能源，可以提供更多的有效能，从而生产出更多、更好的产品，创造出更多的产值和利润。节能目标：能源利用的世界先进水平。6.1.1能量的级别化工过程热力学分析——就是用热力学的方法，对过程中能量转化、传递、使用和损失情况进行分析，揭示能量消耗的大小、原因和部位

4、，为改进过程、提高能量利用率指出方向和方法。具体地说，就是从热力学观点提出一个对实际过程进行估算的方法。即以热力学第一定律和热力学第二定律为基础，通过对实际过程按假想的理想条件来进行一些热力学的计算，最终确定能量利用的总效率以及确定各个过程的能量损失，从而为合理用能和节能确立一些普遍性的原则和方式，以达到节能增产，提高经济效益的目的。6.1.2理想功理想功——系统的状态变化以完全可逆方式完成，理论上可能产生的最大功或者消耗的最小功。完全可逆过程包含：（1）系统内发生的所有变化都必须可逆；（2）系

5、统与环境进行可逆热交换。环境通常是指大气温度T0和压力P0=0.1013MPa的状态。6.1.2.1稳流过程的理想功热力学第一定律表达式：系统与环境之间的可逆传热量（6-3）理想功：若忽略动能和势能变化，则（6-5）6.1.2.1稳流过程的理想功从理想功的公式可以看出：①理想功是针对给定的实际过程所决定的初、终态，按照完全可逆过程来计算的，是评价实际过程能量利用率的标准。②理想功与可逆功是有区别的，理想功是可逆的有用功，而可逆功仅指经历变化时所做的功。③理想功只与环境T0、P0和状态变化有关，只

6、要初、终态和环境条件确定，无论是否可逆过程，其理想功是相同的。6.1.2.1稳流过程的理想功④计算的方法：⑴由相应的热力学图表直接查得H、S等值进行计算。⑵利用状态方程和普遍化法（剩余性质概念）或者由热力学第一定律和热力学第二定律求出。例题1求298K，0.1013MPa的水变成273K，同压力下冰的过程的理想功。设环境温度分别为（1）25℃；（2）－5℃。已知273K冰的熔化焓变为334.7。解：忽略压力对液体的焓和熵的影响，查（参考附录八）水的性质表得到298K时水的有关数据：T1=298K

7、，P1=0.1013MPa水T2=273K，P2=0.1013MPa冰T2=273K，P2=0.1013MPa冰T4=273K，P4=0.1013MPa水查表得由273K冰的熔化焓变，可推算出冰的焓和熵值。①环境温度为298K，高于冰点时：若使水变成冰，需要冰机，理论上应消耗的最小功即35.10②环境温度为268K，低于冰点时：当环境温度低于冰点时，水变成冰，不仅不需要消耗外功，而且理论上可以回收的最大功为12.69。6.1.2.3热力学效率对于确定了初、终态的过程，其理想功与实际过程表现出的功

8、是不一样的，将它们的比值称为热力学效率。做功过程：（6-8）耗功过程：（6-9）由于热力学效率中都是功值的比较，故是高级能量的利用率，代表了以热力学第二定律衡量的效率，显然，其值越接近1越好。讲解例6-5，略。6.1.3不可逆过程的损耗功WL损耗功——系统在相同的状态变化过程中，实际过程所作的功（产生或消耗）与完全可逆过程所作的理想功之差。对稳定流动过程，损失功WL表示为：（6-10）式中：理想功：轴功：损耗功：（6-13a）Q——系统与温度为T0的环境所交换的热量；6.1.3不可逆过程的损耗功