第六章化工过程热力学分析

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1、第六章化工过程热力学分析能量的级别1.能量的分类按能量转化为有用功的多少，可以把能量分为三类：⑴高质能量：理论上能完全转化为有用功的能量。如电能、机械能。⑵僵态能量：理论上不能转化为功的能量（如海水、地壳、环境状态下的能量）。⑶低质能量：能部分转化为有用功的能量。如热量和以热量形式传递的能量。6.1理论基础目前进行化工过程热力学分析的方法大致有两种：损失功法：是以热力学第一定律为基础，实际功与理想功进行比较，用热效率评价。有效能分析法：将热力学第一定律，热力学第二定律结合起来，对化工过程每一股物料进行分析，是用有效能效率评价。6.1理论基础

2、理想功定义：体系以可逆方式完成一定的状态变化，理论上可产生的最大功(对产功过程)，或者理论上必须消耗的最小功(耗功过程)，称为理想功。Wmax(Wmin)体系以状态1状态2完全可逆状态变化可逆；要注意:完全可逆传热可逆(物系与环境)6.1理论基础非流动体系理想功的计算式由热一律：ΔU=Q+W若过程可逆SSS0tsyssurQTSTSTS0sur0sys0WUTSUUTSSR021021W=(U-U)-T(S-S)-P(V-V)id210210216.1理论基础流动过程理想功的计算式对于稳流过程，热一律表

3、达式为：12HugZQWS2忽略动，势能变化HQWS若可逆QT0SWHTSid06.1理论基础稳定流动化学反应过程理想功的计算式标准状态下，稳定流动化学反应过程理想功的计算WidHTS0HVHVHPfRfPRSVSVSPPRRGHTS0WidGHTS0GVPGfVRGfPR6.1理论基础不可逆过程功损耗不可逆过程损耗功等于，理想功与实际功的差值WWWLidS流动封闭系统WTSHid

4、0syssys热力学第一定律，稳WQHssys流过程能量平衡式QQsysWWTSQSids0syssysTT006.1理论基础WWTSTSidssyssur00说明：不可逆过程都有功的损耗，且随不可逆WTSTSLsyssur00程度的增加，损耗功也SSS随之增加tsyssurWTSTSL00tg若为多股物流进出敞开体系WTSTSL00tg6.1理论基础QKSfKTKdSopsys稳流过程，0dtmjSjoutmiSiinSfSgjiSgmjSjou

5、tmiSiinSfji6.2化工单元过程热力学分析6.2化工单元过程热力6.2.1流体流动过程学分析流体流经管道、设备时，存在流体与管道设备之间流体分子之间的摩擦和扰动，使一部分机械能耗散为热能，导致熵产生与不可逆的功损耗。当流体与外界无功和热交换时（有压力降），存在功损耗。dHTdSVdPVP2VdSdPSdPdHQWTP1TSP2V由于绝热：SSWTSTSTdPgLg000P1T6.2化工单元过程热力学分析若温度和比容T0WVPP()变化不大则：L12T讨论：2WPPu减低流

6、速、增大管径、加减阻剂。L12T升高温度，在深冷时要减小流动阻力引起0WL的功损失。T气体节流比液体的损耗功大，气体通常用膨WVL胀机、液体采用节流阀，以减少功的损耗。6.2化工单元过程热力学分析6.2.2传热过程传热过程的功损耗：来自于传热的温差——造成过程不可逆的直接原因。分析QQQHL传热前，高温流体释放传热后，低温流体得的热量QH的最大作功能T到的热量QL的最大Q(10)T0力为H作功能力为QL(1)TTHL6.2化工单元过程热力学分析传热过程中损耗的功为：TTT0WQ(100)Q(1)WQTT()LHLLHLTTT

7、THLHLTTTT21WQTT0()mLHmLmT2TTlnHmLmT1讨论：减小温差、增大传热面积、设备费用增WTT()LHL加——经济最佳化。WT反比T于()低温下传热，损耗功更大，高温传热可LHL允许的温差大一些。节能方向：温差减小、做到温度匹配、温差分布合理。6.2化工单元过程热力学分析传热过程热力学效率：TQ(1)0LTWLid低WWid高LaaT0WWQ(1)id高id高HTH可逆无温差的传热过程，无散热损失：︱Wid低︱=︱Wid高︱不可逆有温差的传热过程，无散热损失：︱W︱＜︱W︱id低id高6.2化工单

8、元过程热力学分析6.2.3分离过程沉降、过滤、离心不需要理论能耗。精馏、吸收、萃