化工過(guò)程能量分析(編輯修改稿)
2025-01-17 18:08 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 產(chǎn)生S?(533) 熵平衡方程 注意： ii sm??39。39。39。TT TQ?物料熵 熱熵流 體系S? )( ii sm????39。39。39。TT TQ?產(chǎn)生S?(533)中： — 體系的總熵變； — 因物流流進(jìn)，流出限定容積而引起的熵變化； — 因熱流流進(jìn) ,流出限定容積而引起的熵變化； — 因體系的內(nèi)在原因引起的熵變化，與環(huán)境無(wú)關(guān)，屬于內(nèi)因熵變。 引起熵產(chǎn)生的內(nèi)在原因?qū)嶋H上是由于體系內(nèi)部不可逆性而引起的熵變化。這可以用孤立體系的熵平衡方程來(lái)證實(shí)。 對(duì)孤立體系：因與環(huán)境沒(méi)有質(zhì)量交換，也沒(méi)有能量交換 0?ii sm? 039。39。39。 ?? ?TT TQ?0S ?? ? 入 0S ?? 出代入熵平衡方程中 產(chǎn)?體系S?孤S?= = 由熱二律知 : 可逆過(guò)程 0S ?? 孤S產(chǎn)不可逆過(guò)程 0S ?? 孤 0S? 產(chǎn)結(jié)論： ? 熵產(chǎn)生可以用作判斷過(guò)程方向的準(zhǔn)則 0 時(shí) ， 體系內(nèi)部的過(guò)程不自發(fā) 。 產(chǎn)生S?0 時(shí)，體系內(nèi)部的過(guò)程不可逆或自發(fā)； =0 時(shí)，體系內(nèi)部的過(guò)程可逆或平衡； 3. 熵平衡方程的特殊形式 絕熱過(guò)程 0?? TQ? ?? ? )(ii sm?? 產(chǎn)生S 體系S?可逆過(guò)程 0?? 產(chǎn)生S )( ii sm??? TQ?體系S?= + 穩(wěn)流過(guò)程 0?? 體系S )( ii sm?? ? TQ?產(chǎn)生S?=0 + + 封閉體系 0)( ?? ii sm?? TQ?產(chǎn)生S? 體系S?= + 4. 應(yīng)用舉例 (例 55)自看 解題要點(diǎn)： ?符合質(zhì)量守恒定律 ?能量守恒定律（熱一律） ?熵增原理（熱二律） 理想功、損失功及熱力學(xué)效率 ? 損失功法： 以 熱力學(xué)第一定律為基礎(chǔ) ，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 ， 用有效能效率評(píng)價(jià) 。 化工過(guò)程熱力學(xué)分析的方法： 一 . 理想功 1. 定義：體系以可逆方式完成一定的狀態(tài)變化，理論上可對(duì)外做的最大功 (對(duì)產(chǎn)功過(guò)程 )，或者理論上必須獲得外部的最小功 (消耗過(guò)程 )，稱(chēng)為理想功。 Wmax (Wmin) 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 ) ２ .理想功的計(jì)算式 ? （ １ ） 非流動(dòng)體系 若過(guò)程可逆 0?????? s u rs yst SSS su rsy s SS ????由熱一律： ΔU=Q+W W=ΔUQ 0TQSsu r????STSTSTQ sy ssu r ???????? 000 ? ? ? ?0 2 1 0 2 1RW U T S U U T S S? ? ? ? ? ? ? ?(538) 過(guò)逆功 非流動(dòng)過(guò)程理想功 結(jié)論： ?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)； ?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。 （ 2）穩(wěn)態(tài)流動(dòng)過(guò)程 熱一律表達(dá)式為： SWQZgH ???????221 ?忽略動(dòng)，勢(shì)能變化 SWQH ???若可逆 STQ ?? 0 STHW id ????? 0(541) 穩(wěn)流過(guò)程理想功 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 ZgSTHW id ???????? 20 21 ?cSRid WWW ??0?CW 0?SR SRid WW ? cid W?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： idacLWWW ??對(duì)穩(wěn)流體系 0idW T S H? ? ? ? ?HQW Sac ?????? 00L H Q H T S T S Q? ? ? ? ? ? ? ? ? ?(543) ? 0 su rQ T S? ? ?? 0 0 0L sy s su r tW T S T S T S? ? ? ? ? ?(544a) 結(jié)論： tS?LW0TL 0?? tSLW 0?tS 0L acid WW ?1??idacWW?acid ?1??acid?（ 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： WL=T0△ St 三 應(yīng)用舉例 ? （ P117P118 例 57 ）自看 同樣重量的 24K金子和 18K金子相比較，哪個(gè)更有價(jià)值 ? 同樣數(shù)量的熱和功，哪個(gè)利用價(jià)值更高一些？ 1000kg的飽和蒸汽和過(guò)熱蒸汽哪個(gè)作功能力更大？ 本節(jié)通過(guò)引入能級(jí)和有效能的概念來(lái)回答這個(gè)問(wèn)題。能量不僅在數(shù)量上具有守恒性，在質(zhì)量上還具有品位性，而且在轉(zhuǎn)換與傳遞工程中具有貶值性。 例如對(duì) 1kJ的熱和 1kJ的功，從熱力學(xué)第一定律看，它們的數(shù)量是相等的，但從熱力學(xué)第二定律考察，它們的質(zhì)量即作功能力是不相當(dāng)?shù)?，功的質(zhì)量（品位）高于熱。 有效能與無(wú)效能 ? 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)下的能量 ） 。 ? ⑶低質(zhì)能量：能部分轉(zhuǎn)化為有用功的能量。如熱量和以熱量形式傳遞的能量。 2. 有效能與無(wú)效能 ? ⑴ ? 有效能：一定形式的能量 ， 可逆變化到給定環(huán)境狀態(tài)相平衡時(shí) ， 理論上所能作出的最大有用功 。 ? 無(wú)效能：理論上不能轉(zhuǎn)化為有用功的能量 。 ? ⑵ 能量的表達(dá)形式 ? 對(duì)高質(zhì)能量 能量＝有效能 ? 對(duì)僵態(tài)能量 僵態(tài)能量＝無(wú)效能 ? 對(duì)低質(zhì)能量 低質(zhì)能量＝有效能＋無(wú)效能 注意點(diǎn) ? ① 有效能 —— “ 火 用 ” 、 “ 可用能 ” 、 “ 有用能 ” 、 “ 資用能 ” 。 ? 無(wú)效能 —— “ 火無(wú) ” 、 “ 無(wú)用能 ” 。 ? ② 功 —— 可看作 100％ 的有效能 。 二、有效能的計(jì)算 ? 1. 環(huán)境和環(huán)境狀態(tài) ? ⑴ 環(huán)境：指恒 T、 P、 x下 ， 龐大靜止體系 。 如大氣 、海洋 、 地殼等 。 ? ⑵ 環(huán)境狀態(tài)：熱力學(xué)物
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