化工热力学第五章 化工过程的能量分析.ppt

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1、第五章化工过程的能量分析2021/7/16本章内容§5.0热力学基本概念复习§5.1热力学第一定律与能量平衡方程§5.2热功转换§5.3熵§5.4理想功和损失功§5.5火用及其计算2021/7/16§5.0热力学基本概念复习1、体系与环境2、状态和状态函数3、过程4、热和功体系环境2021/7/161、体系与环境体系（System）在科学研究时必须先确定研究对象，把一部分物质与其余分开，这种分离可以是实际的，也可以是想象的。这种被划定的研究对象称为体系，亦称为物系或系统。环境（surroundings）与体系密切相关、有相互作用或影响所能及的部分称为环境。2021/7/16体系分类根

2、据体系与环境之间的关系，把体系分为三类：（1）敞开体系体系与环境之间既有物质交换，又有能量交换。（2）封闭体系体系与环境之间无物质交换，但有能量交换。2021/7/16体系分类（3）孤立体系（isolatedsystem）体系与环境之间既无物质交换，又无能量交换，故又称为隔离体系。有时把封闭体系和体系影响所及的环境一起作为孤立体系来考虑。2021/7/16§5.0热力学基本概念复习2、状态和状态函数状态：某一瞬间体系呈现的宏观状况。平衡状态：在没有外界影响的条件下，如果体系的宏观状态不随时间而改变，则称体系处于热力学平衡状态。热平衡，力平衡，相平衡，化学平衡，即温度差，压力差，化学位

3、差均为零。状态函数：由于体系的各种宏观性质，是所处状态的单值函数，所以热力学把各种宏观性质称为状态函数。常用的状态函数有P，V，T，U，H，S，A，G2021/7/16§5.0热力学基本概念复习“状态一定值一定，殊途同归值变等，周而复始变化零。”循环过程：状态1状态2状态3△H=0,△U=0,△V=0,△S体系=0（当然△S总≠0)2021/7/16§5.0热力学基本概念复习3、过程指体系自一平衡状态到另一平衡状态的转换．对某一过程的描写：初态+终态+路径.不可逆过程：一个单向过程发生之后一定留下一些痕迹，无论用何种方法也不能将此痕迹完全消除，在热力学上称为不可逆过程．凡是不需要外加

4、功而自然发生的过程皆是不可逆过程（自发过程）。如：爆炸、节流、气体向真空自由膨胀等2021/7/16§5.0热力学基本概念复习P,V,T——无限小的沙子。带活塞的气缸拿走一粒无限小的沙子，dP减少无限小，推动力无限小，可以忽略不计。可逆过程：当体系完成某一过程后，如果令过程逆行而能使过程中所涉及的一切(体系及环境)都回复到原始状态而不留下任何变化，则此过程称为可逆过程．注意：1）可逆过程一旦发生，不仅体系能恢复到原来状态，而且而环境也能恢复到原来状态而不留下任何痕迹。（循环过程是否是可逆过程？）2021/7/162）若是可逆过程，位的梯度即推动力需为无限小；若存在推动力则是实际过程，

5、而非可逆过程。3）可逆过程是实际过程中只能趋近而永远不能实现的理想过程，其本质是状态变化的推动力与阻力无限接近，体系始终无限接近平衡状态。4）但它是热力学中极为重要的概念，是作为实际过程中能量转换效果比较的标准。若说某体系效率为80%，是指与可逆过程比。5）可逆过程是效率最高的过程。体系对外做最大功。体系对外吸收最小功。6）很多热力学关系式是在可逆过程的前提下推导出来的。如：2021/7/16§5.0热力学基本概念复习4、热和功1）热和功不是状态函数，与途径有关。2）热和功只是能量的传递形式，而不是贮存形式。当能量以热和功的形式传入体系后，增加的是内能。ΔU＝Ｑ+Ｗ热力学第一定律3）

6、按照国际规定:Ｑ:体系吸热为正，Ｑ>0，体系放热为负,Ｑ<0；Ｗ:环境对体系作功,Ｗ>0，体系对环境作功,Ｗ<02021/7/16§5.0热力学基本概念复习特别提醒：过去的教材中习惯用U=Q-W表示，两种表达式完全等效，只是W的取号不同。用该式表示的W的取号为：环境对体系作功，W<0；体系对环境作功，W>0。本新版教材用的是ΔU＝Ｑ+Ｗ，敬请注意！4)热的推动力是温差。功的推动力是除温差以外的位的梯度。5）热量的传递是无序的，热量是规格低的能量。功的传递是有序的，功是规格高的能量。2021/7/16降低资源消耗减少环境破坏在化工产品成本中，能源所占的比重很大，一般产品约占20-30

7、%，能耗高的产品可达70-80%。因此，化工节能有特殊重要的意义。我国化工系统的能源消费量约占全国总量的10%。我国的单位产值能源消耗量比世界先进水平高得多，主要原因在于分离过程的能耗大大高于发达国家。化工分离过程的能耗是世界总能耗的8%。我国比国外同类产品能耗高20-30%，有的高出一倍。日本的能量利用效率达57%,在世界各国中居首位。2021/7/16化工过程能量分析实例南京塑料厂乙苯脱氢制苯乙烯2021/7/16化工过程能量分析实例水蒸气加热炉AB混