化工能量分析教程文件.ppt

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1、化工能量分析进入时，后面流体推动它，所作流动功为A截为截面积，V为比容敞开系统的流动功为稳流过程热力学第一定律，稳流过程总能量衡算式例：有一燃气轮机装置如图2-16所示。空气流量m=10kg/s；在压气机进口处空气的焓h1=290kJ/kg；经过压气机压缩后，空气的焓升为580kJ/kg；在燃烧室中喷油燃烧生成高温燃气，其焓为h3=1250kJ/kg；在燃气轮机中膨胀作功后，焓降低为h4=780kJ/kg；然后排向大气。试求：(1)压气机消耗的功率；(2)燃料消耗量(已知燃料发热量HV=43960kJ/kg)；(

2、3)燃气轮机产出的功率；(4)燃气轮机装置输出的功率。解：稳定流动的能量衡算方程为(1)压气机Q=0；Δc2=0；Δz=0-Ws=Wc=H2-H1=580-290=290kJ/kg消耗的功率为Pc=mWc=10×290=2900kW(2)燃烧室Δc2=0；Δz=0；Ws=0Q=ΔH=H3-H2=1250-580=670kJ/kg燃料消耗量为mF=mQ/HV=10×670/43960=0.1524kg/s(3)燃气轮机Q=0；Δc2=0；Δz=0Ws=-ΔH=H3-H4=1250-780=470kJ/kg燃气轮机发

3、出的功率PT=mWs=10×470=4700kW(4)燃气轮机装置输出的功率P=PT–PC=4700-2900=1800kW10．热力学第一定律的应用(1)无热功交换、不可压缩流体稳流过程液体流动，Q=0，WS=0，ΔU=0密度为ρ得柏努利方程(2)无热功交换、可压缩流体如气体经过管道、喷管、扩压管、节流装置(阀、孔板)Q=0，WS=0，gΔz≈0，则动能增加等于焓值降低绝热稳流方程式，设计喷咀的依据(3)绝热节流气体、液体节流时，若通道截面积不变，P变化较小，ρ变化较小，动能变化较小，为等焓过程H1=H2理想气

4、体T2=T1实际气体(4)有大量热功交换的化工过程传热、化学反应过程、液体混合、气体压缩则对比ΔU=Q–W两个功不一样U静止物系的总能量，H流动物系的总能量(4.1)绝热过程Q=0，ΔH=–WS，如：气体绝热压缩、膨胀环境对系统作功，WS<0，ΔH>0，H↑系统对环境作功，WS>0，ΔH<0，H↓(4.2)无功交换过程WS=0，如：传热、化学反应、精馏、蒸发、结晶、萃取ΔH=Q热衡算基本式，应用广系统吸热，Q>0，ΔH>0，H↑系统放热，Q<0，ΔH<0，H↓没等压限制(静止、封闭系统ΔH=QP条件是等压)(5)

5、充气过程p2≤p0ΔE=m2U2-m1U1W=-minp0v0=-(m2-m1)p0v0绝热时，Q=0，充气前容器真空，p1=0，m1=0，理想气体γ=Cp/Cv，充入容器的气体质量快速充气近似绝热。缓慢充气近似等温T2=T1Q=(m2-m1)CV0(T1-γT0)(6)放气过程p2≥p0ΔE=m2U2-m1U1快速放气近似绝热,Q=0,理想气体容器中剩余的气体质量放出气体的质量缓慢放气近似等温T2=T1Q=(p1-p2)V放出气体的质量例5：某化肥厂生产半水煤气，其组成为：CO2：9%；CO：33%；H2：36

6、%；N2：21.5%；CH4：0.5%；进变换炉时，水蒸汽与一氧化碳的摩尔比为6，温度为653.15K。设CO的反应转化率为85%，试计算出变换炉的气体温度。解：物料衡算进入变换炉各组分组分CO2COH2N2H2OCH4kmol9333621.51980.5按CO变换反应298.15K下，摩尔反应热ΔH=-41198J/mol反应掉的CO量33×0.85=28.05kmol出变换炉组分CO2COH2N2H2OCH4kmol37.054.9564.0521.5169.950.5与外界无热功交换，ΔH=Q-Ws=0炉

7、内近似恒压，设计如下过程可得ΔH=ΔH1+ΔH2+ΔH3=0查气体(298.15K至653.15K)的平均比热，可得组分CO2COH2N2H2OCH4Cp43.529.8129.2229.6435.0445.34ΔH1=(ΣniCpi)ΔTΔH1=(9×43.5+33×29.81+36×29.22+21.5×29.6+198×35.04+0.5×45.34)×(298.15-653.15)=-3.56×106kJΔH2=28.05×(-41198)=-1.156×106kJ出口物的平均比热与T有关，设T=753.

8、15K，查298.15K至753.15K的平均比热组分CO2COH2N2H2OCH4Cp44.7230.1029.2729.8935.5948.19ΔH3=(37.05×44.72+4.95×30.10+64.05×29.27+21.5×29.89+169.95×35.59+0.5×48.19)×(T-298.15)=1.04×104×(T-298.15)ΔH1+ΔH2+