c6化工過程的能量分析(已修改)
2025-01-06 12:06 本頁面
【正文】 第第 六六 章章 化工過程的能量分析化工過程的能量分析 能量恒算方程 理想功、損失功和熱力學效率 有效能 和 無效能 有效能 恒算和有效能分析 本章 運用運用 熱力學的第一與第二定律，應用理想功、 損失功、有效能 和無效能 等概念對化工過程中能量的轉(zhuǎn)換、傳遞與使用進行熱力學分析， 評價評價 過程或裝置能量利用的有效程度，確定其能量利用的總效率， 揭示揭示 出能量損失的薄弱環(huán)節(jié)與原因，為分析、改進工藝與設備，提高能量利用率指明方向。 能量平衡方程能量平衡方程 能量守恒與轉(zhuǎn)化能量守恒與轉(zhuǎn)化 能量守恒與轉(zhuǎn)化定律是自然界的客觀規(guī)律。 自然界的一切物質(zhì)都具有能量，能量有各種不同的形式，可以從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，但總能量是守恒的。 （能量數(shù)量守恒）Helmholtz(1821 1894) 1847年， 德國物理學家和生物學家 Helmholtz 發(fā)表了 “ 論力的守衡 ” 一文，全面論證了能量守衡和轉(zhuǎn)化定律。 在各種熱力學過程中，體系和環(huán)境之間往往發(fā)生能量的傳遞。能量傳遞的形式有兩種，即熱和功。 通過體系的邊界，體系與體系（或體系與環(huán)境）之間由于溫差而傳遞的能量叫做 熱熱 。 由于存在溫差以外的其它勢差而引起體系與環(huán)境之間傳遞的能量叫做 功功 。 需要指出：需要指出：v 熱和功不是狀態(tài)函數(shù) ，熱和功是能量的傳遞形式。它們的值與過程進行的途徑和方式有關。不同的途徑傳遞的熱和功是不同的。v 熱和功只有當體系由于過程的進行而發(fā)生變化時才出現(xiàn)。它們只有在過程發(fā)生時才有意義，也只有聯(lián)系某一具體的變化過程時，才能夠計算出熱和功來。v 熱和功都是被傳遞的能量 ，當能量以熱的形式傳入體系后，不是以熱的形式儲存，而是增加了該體系的內(nèi)能?；み^程涉及到的能量：物質(zhì)的能量和能量的傳遞。252。 物質(zhì)的能量（以 1kg為基準）1. 熱力學能： U 分子尺度層面上的物質(zhì)內(nèi)部 的能量2. 動能： EK=1/2u23. 勢能（位能）： Ep=gZ252。 能量的傳遞：1. 熱 :Q2. 功 :W 從能量守恒可導出普遍條件下適用的能量平衡方程。 能量平衡方程能量平衡方程 Z1p1,T1,V1,U1,u1,H1p2,T2,V2,U2,u2,H2Z2δm1δm2dE/dt, dm/dt,δWs, δQ單位質(zhì)量的總能量表達： 能量平衡方程的應用能量平衡方程的應用 對一個過程進行能量恒算或能量分析時，應該根據(jù)過程的特征，正確而靈活地將能量平衡方程式應用于不同的具體過程。 （ 1） 封閉體系封閉體系 封閉體系是指體系與環(huán)境之間的界面不允許傳遞物質(zhì)，而只有能量交換，即 δm1=δm2=0， 于是能量方程式（ 69）變成（ 610） 封閉系統(tǒng)封閉系統(tǒng) 進行的過程通常都不能引起外部的勢能或動能變化，而只能引起內(nèi)能變化，即又因封閉體系流動功為零，由式（ 65）得 δW =δWS 于是有 對單位質(zhì)量的體系 （ 612）又 m為常數(shù)，式（ 610）中 d(mE)體系 ＝ mdE=mdU，所以 （ 611）（ 2） 穩(wěn)態(tài)穩(wěn)態(tài) 流流 動動 體系體系 216。敞開體系：體系和環(huán)境有物質(zhì)和能量的交換216。流動過程有如下特點（ 1）設備內(nèi)各點的狀態(tài)不隨時間變化（ 2）垂直于流向的各個截面處的質(zhì)量流率相等 。p1,T1,V1,U1， H1p2,T2,V2,U2， H2QWSZ1Z2u2u1單位： J/kg一些常見的屬于穩(wěn)流體系的裝置噴嘴擴壓管節(jié)流閥透平機壓縮機混合裝置換熱裝置 化工生產(chǎn)中，絕大多數(shù)過程都屬于穩(wěn)流過程，在應用能量方程式時尚可根據(jù)具體情況作進一步的 簡簡化化 ?，F(xiàn)討論幾種常見情況。 ① 流體流經(jīng) 壓縮機、膨脹機 ，進、出口之間的動能變化、位能變化與焓變相比較，其值很小，可忽略不計。（動能為 1 kJ/kg時，
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