化工熱力學(xué)chap5化工過(guò)程的能量分析(編輯修改稿)
2025-02-15 08:50 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 生S 體系S?可逆過(guò)程 0??產(chǎn)生S )( iism?? 體系S?= + 穩(wěn)流過(guò)程 0??體系S)( iism?? 產(chǎn)生S?=0 + + 封閉體系 0)( ?? ? ii sm 產(chǎn)生S? 體系S?= + ? TQ?44 4. 應(yīng)用舉例 (陳顧版教材 P113例 55)自看 ? 如 : 有一人聲稱(chēng)發(fā)明了一臺(tái)穩(wěn)流裝置，將1Kg溫度為 373K的飽和蒸汽通過(guò)此裝置時(shí)，能向溫度為 450K的高溫?zé)釒?kù)輸送 1860KJ的熱量，同時(shí)自身冷卻為 （ 1atm），273K的冷凝水。用于冷卻蒸汽的天然水的溫度為 273K。 問(wèn)此裝置是否可行 ? 45 高溫?zé)釒?kù) 450K q1=1860kJ 飽和蒸汽 穩(wěn)流裝置 h1=2680kJ/Kg 冷卻水 273K h2=0 水 1Kg 1atm ,273K q0 s2=0 1Kg ， 373k s1=46 0S ????? ??? 產(chǎn)生出入 STQS ?0001121 ??????? 產(chǎn)生STqTqss? ? ? ? 001112 ???????????? TqTqssS產(chǎn)生解：過(guò)程示意如圖 查得各物質(zhì)的焓和熵一并標(biāo)記在圖中。以 1Kg飽和蒸汽為計(jì)算基準(zhǔn)： 能量衡算： h1 = h2 +q1 + q0 q0 =h1 h2 q1 =268001860=820 KJ/Kg飽和蒸汽 熵衡算： 穩(wěn)流過(guò)程 過(guò)程不自發(fā)，亦即不可能 47 理想功和損失功 ? 損失功法： 是以 熱力學(xué)第一定律為基礎(chǔ) ， 實(shí)際功與理想功進(jìn)行比較 ， 用熱效率評(píng)價(jià) 。 ? 有效能分析法： 將 熱力學(xué)第一定律 ， 熱力學(xué)第二定律 結(jié)合起來(lái) ， 對(duì)化工過(guò)程每一股物料進(jìn)行分析 ， 是用有效能效率評(píng)價(jià) 。 目前進(jìn)行化工過(guò)程熱力學(xué)分析的方法大致有 兩種 ： 48 一 . 理想功 1. 定義： 體系以可逆方式完成一定的狀態(tài)變化，理論上可產(chǎn)生的最大功 (對(duì)產(chǎn)功過(guò)程 )，或者理論上必須消耗的最小功 (耗功過(guò)程 )，稱(chēng)為理想功。 Wmax (Wmin) 體系以狀態(tài) 1 狀態(tài) 2 完全可逆 要注意 : 完全可逆 狀態(tài)變化可逆； 傳熱可逆 (物系與環(huán)境 ) 49 ２ 理想功的計(jì)算式 ? （ １ ） 非流動(dòng)體系理想功的計(jì)算式 若過(guò)程可逆 0??????su rsy st SSS su rsys SS ????由熱一律： ΔU=Q+W W=ΔUQ 0TQSsur???? STSTSTQs y ss u r ???????? 000? ? ? ?120220 SSTUUSTUW R ????????Wid= (U2U1) T0(S2S1)P0(V2V1) (539) (538) 50 結(jié)論： ?體系發(fā)生狀態(tài)變化的每一個(gè)實(shí)際過(guò)程都有其對(duì)應(yīng)的理想功。 ?理想功決定于體系的始、終態(tài)和環(huán)境狀態(tài)，與過(guò)程無(wú)關(guān)； 51 （ 2）流動(dòng)過(guò)程理想功的計(jì)算式 對(duì)于穩(wěn)流過(guò)程，熱一律表達(dá)式為： SWQZguH ???????221忽略動(dòng)，勢(shì)能變化 SWQH ???若可逆 STQ ??0STHW id ????? 0 (541) 穩(wěn)流過(guò)程理想功 52 注意點(diǎn)： ?式（ 541）忽略了進(jìn)出口的動(dòng)能，勢(shì)能的變化。完整的表達(dá)式為： ?體系經(jīng)歷一個(gè)穩(wěn)流過(guò)程，狀態(tài)發(fā)生變化，即可計(jì)算其理想功，理想功的值決定于體系的始、終態(tài)與環(huán)境溫度，而與實(shí)際變化途徑無(wú)關(guān)。 ?要區(qū)別可逆軸功與理想功這兩個(gè)概念． 對(duì)絕熱過(guò)程 對(duì)不做軸功的過(guò)程 ZguSTHW id ???????? 20 21cSRid WWW ??0?CW0?SRWSRid WW ?cid WW ?53 二 損失功 WL ? １ 定義：體系完成相同狀態(tài)變化時(shí) ， 實(shí)際功和理想功的差值 ． ? 數(shù)學(xué)式： idacL WWW ??對(duì)穩(wěn)流體系 STHW Oid ????QHWW Sac ????? QSTSTHQHW OOL ?????????? (543) ? surO STQ ????tOs u rOs y sOL STSTSTW ??????(544a) 54 結(jié)論： tS?LWOTLW0?? tS 0?LW0?? tS 0?LWacid WW ?1????idLididacWWWWW?熱力學(xué)效率acid WW ? 1???? LididacidWWWWW?（ 1） （ 2） （ 3）可逆過(guò)程 有關(guān) 與 有關(guān) 與 實(shí)際過(guò)程 對(duì)產(chǎn)功過(guò)程： 對(duì)耗功過(guò)程： 55 三 應(yīng)用舉例 ? （陳顧版教材 P117P118 例 57 ）自看 例 58 , 757K的過(guò)熱水蒸汽推動(dòng)透平機(jī)作功，并在 MPa下排出。此透平機(jī)既不絕熱也不可逆，輸出的軸功相當(dāng)于可逆絕熱膨脹功的 85％。由于隔熱不好，每千克的蒸汽有 293Ｋ的環(huán)境。求此過(guò)程的理想功，損失功及熱力學(xué)效率。 56 分析 求 ： idW LW ?57 解： 1 查過(guò)熱水蒸汽表（ P305), 內(nèi)標(biāo)計(jì)算 H1， S1 M P aP ? ? ?CKT 01 484757?當(dāng) M P aP 139。 ?139。1 TT ? 39。1H 39。1S??? 4 404 84 34 239。1H44 050 0 731?? 440500 39 39 39。1 ?????SKgKJH / 4 3 839。1 ? KKgKJS ./5 2 2 39。1 ?M P aP 39。39。1 ? 139。39。1 TT ? 39。39。1H 39。39。1S當(dāng) 44050044048439。39。1?????H44050025 44048425 39。39。1?????S58 KgKJH / 4 3 239。39。1 ? KKgKJS ./4 6 6 39。39。1 ?? 當(dāng) M P aP 1 ? ? ?CKT 01 484757?39。139。39。139。1????? HHHH39。139。39。139。11????? SSSS故 H1=2 求終態(tài)熱力學(xué)性質(zhì) 可逆絕熱膨脹 aMPP 0 6 7 ?S1=S2’ S1=S2’= KJ/ 59 當(dāng) P2=，對(duì)應(yīng)的飽和蒸汽 Sg為 ?????gS gSS ?39。2?Sg= KJ/ 所以狀態(tài)２為過(guò)熱蒸汽 二者相比較，已逼近飽和蒸汽，查飽和水蒸汽表 26 6026 5339。2?????H H2’= KJ 60 KgKJHHHW SR /7 7 4 3 6 5 8139。2 ????????KgKJWW SRS / ???據(jù)熱力學(xué)第一定律： SWQH ???? KgKJWQHH S / 7 6 6 4 3 712 ???????由 P2, H2 查表內(nèi)標(biāo) 得 S2= KJ/ 3 求 idW LW ?????? STHW id 0= = KJ/Kg ()293() 61 tL STW ?? 0 KT 2 9 30 ?? ?012 TQSSSSSs urs y st ?????????? ? ? ? ? ? ???????? QSSTW L= KJ/Kg % ???????idLidLididacWWWWWWW?62 有效能及其計(jì)算 ? 一 、 有效能的概念 ? 1. 能量的分類(lèi) ? 按能量轉(zhuǎn)化為有用功的多少 ， 可以把能量分為三類(lèi)： ? ⑴ 高質(zhì)能量：理論上能完全轉(zhuǎn)化為有用功的能量 。 如電能 、機(jī)械能 。 ? ⑵ 僵態(tài)能量：理論上不能轉(zhuǎn)化為功的能量 （ 如海水 、 地殼 、環(huán)境狀態(tài)下的能
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