化工熱力學(xué)理論(參考版)
2025-07-01 00:20本頁面
【正文】 鏈節(jié)云彼此接近要引起自由能的變化, 每一個(gè)高分子鏈段云有其排斥體積v，其他的高分子不能進(jìn)入這一體積。 高分子稀溶液中“鏈節(jié)”的分布是不均勻的, 而是以“鏈節(jié)云” 形式分散在溶劑中, 每一鏈節(jié)云可近似成球體；216。 分別表示溶劑和高分子在溶液中的體積分?jǐn)?shù) r 為高分子鏈接數(shù)稱為FloryHuggins相互作用參數(shù), 它反映了高分子與溶劑混合時(shí)相互作用能的變化，是一個(gè)無因次量。 高分子鏈?zhǔn)侨嵝缘?，所有?gòu)象具有相同的能量；252。 溶液中分子的排列像晶體一樣，也是一種晶格的排列，每個(gè)溶劑分子占有一個(gè)格子，每個(gè)高分子占有r個(gè)相連的格子。 (628)式中：為熱泵的供熱量，； 為熱泵所消耗的功量。熱泵是一種比較經(jīng)濟(jì)合理的供熱裝置，工業(yè)熱泵主要用于生產(chǎn)過程的余熱回收，如用于熱泵精餾、熱泵蒸發(fā)等。蒸汽壓縮制冷循環(huán)圖65 單級蒸汽壓縮制冷循環(huán)示意圖 圖66 單級壓縮制冷循環(huán)TS圖蒸汽壓縮制冷循環(huán)是由低壓蒸汽的壓縮、高壓蒸汽的冷卻冷凝、高壓液體的節(jié)流膨脹和濕蒸汽的定壓蒸發(fā)四個(gè)過程組成。圖62中的直線12代表透平機(jī)的等熵膨脹過程，而直線12’代表透平機(jī)的不可逆膨脹過程，即： (612)實(shí)際Rankine循環(huán)的工質(zhì)輸出功量和熱效率分別為： (613) (614)8．2 制冷循環(huán)理想的制冷循環(huán)是逆向Carnot循環(huán)，如圖63所示，圖64為其TS圖。狀態(tài)2與狀態(tài)3：根據(jù)，由飽和水蒸汽表確定兩相共存時(shí)汽相(圖62中標(biāo)示的點(diǎn)5)、液相(圖62中標(biāo)示的點(diǎn)3)飽和熱力學(xué)性質(zhì)，如相平衡溫度，、和。 (68)圖62及式(61)~(67)中各狀態(tài)點(diǎn)的焓值由水蒸汽表通過線性內(nèi)插求取，或由水蒸汽的焓熵圖查得。重點(diǎn)與難點(diǎn) Rankine循環(huán) 圖61 Rankine循環(huán)示意圖 圖62 Rankine循環(huán)的TS圖Rankine循環(huán)中工質(zhì)歷經(jīng)的各個(gè)單元過程是完全理想化的(忽略工質(zhì)的流動(dòng)阻力與溫差傳熱)，以單位質(zhì)量的工質(zhì)為基準(zhǔn)，運(yùn)用穩(wěn)流過程熱力學(xué)第I定律進(jìn)行分析：過程：透平機(jī)中工質(zhì)作可逆絕熱膨脹過程(等熵膨脹)，對外輸出軸功： (61)過程：濕蒸汽在冷凝器中的等壓等溫冷凝過程(相平衡)，工質(zhì)冷凝放熱量： (62)過程：飽和水在水泵中作可逆絕熱壓縮過程(等熵壓縮)，水泵消耗軸功： (63)由于水的不可壓縮性，在壓縮過程中水的體積變化微小，可按下式計(jì)算： (64)過程，實(shí)際上含(給水預(yù)熱)、(等壓等溫汽化或兩相平衡)及(飽和蒸汽過熱)三個(gè)階段，工質(zhì)在鍋爐與過熱器中吸收的熱量： (65)熱效率(即熱機(jī)效率或第I定律效率)和汽耗率是評價(jià)蒸汽動(dòng)力循環(huán)的經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)。在制冷循環(huán)中，要求掌握逆Carnot循環(huán)與蒸汽壓縮制冷循環(huán)的基本組成，制冷系數(shù)和單位工質(zhì)循環(huán)量的計(jì)算；了解熱泵的基本概念和在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。對于穩(wěn)流過程：有效能：無效能：有效能與熱力學(xué)第I定律的關(guān)系：有效能與熱力學(xué)第II定律的關(guān)系：(1) 在一切不可逆過程中，有效能轉(zhuǎn)化為無效能；即：(2) 只有在可逆過程中，有效能才守恒；(3) 由無效能轉(zhuǎn)化為有效能是不可能的。對熱量也要按其能級高低回收使用。推動(dòng)力越大，進(jìn)行的速率也越大，設(shè)備投資費(fèi)用可以減少；但有效能損失增大，費(fèi)用增加。注意以下幾點(diǎn)：(1) 防止能量無償降級用高溫?zé)嵩慈ゼ訜岬蜏匚锪?，或者將高壓蒸氣?jié)流降溫、降壓使用，或者設(shè)備保溫不良造成的熱損失(或冷損失)等情況均屬能量無償降級現(xiàn)象，要盡可能避免。該法相對于熵衡算法而言，只需各進(jìn)出系統(tǒng)的各物流和能流的狀態(tài)即可，無需變化途徑等細(xì)節(jié)，在這點(diǎn)上較熵衡算法要方便一些，但計(jì)算工作量稍大，結(jié)果與熵分析法相同。有效能衡算法是以有效能平衡來確定過程的有效能損失分布和有效能效率。熵衡算法是以熱力學(xué)第I、第II定律為基礎(chǔ)，通過物料衡算和能量衡算，計(jì)算理想功和損失功，計(jì)算過程的熱力學(xué)效率。它是基于熱力學(xué)第I定律普遍適用性，據(jù)此求出如設(shè)備的散熱損失、理論熱負(fù)荷、可回收的余熱量和電力損失的發(fā)熱量等。 過程的熱力學(xué)分析法及比較熱力學(xué)分析法有能量衡算法、熵衡算法和有效能衡算法三種。 (550) (3) 有效能效率 (551)式中：，當(dāng)過程完全可逆時(shí)，；完全不可逆時(shí)。 (4) 有效能損失(D)： 有效能衡算方程 (1) 穩(wěn)流可逆過程，有效能是守恒的。 (544)(3) 化學(xué)有效能()：處于環(huán)境溫度()和壓力()下的系統(tǒng)，由于與環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)交換或化學(xué)反應(yīng)，達(dá)到與環(huán)境平衡，作出的最大功為化學(xué)有效能。 (540)計(jì)算方法：(1) 用狀態(tài)方程或普遍化方法，以及剩余焓、剩余熵等熱力學(xué)圖表計(jì)算；(2) 用TS圖、lnPh圖、hS圖計(jì)算；(3) 用有效能熵圖、有效能焓圖計(jì)算。有效能的組成與計(jì)算考慮無核變、磁、電與表面功的過程，其有效能由下列各部分組成，如圖57所示。在給定的環(huán)境狀態(tài)下，能量可轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ牟糠譃橛行?，其余不能轉(zhuǎn)變?yōu)橛行艿牟糠殖蔀闊o效能。這部分有效能稱為化學(xué)有效能。這部分有效能常稱為物理有效能。有效能：系統(tǒng)由所處的狀態(tài)到達(dá)熱力學(xué)基準(zhǔn)態(tài)時(shí)所能提供的理想功，是用來衡量系統(tǒng)處于某狀態(tài)時(shí)具有的最大作功能力。 有效能(Exergy)與無效能(Anergy)熱力學(xué)基準(zhǔn)態(tài)：周圍環(huán)境處于、以及構(gòu)成物質(zhì)的濃度保持恒定，且與構(gòu)成環(huán)境的物質(zhì)之間不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，彼此間處于熱力學(xué)平衡狀態(tài)。在化工生產(chǎn)中，能量貶質(zhì)的現(xiàn)象是普遍存在的，最常見的傳熱過程是由高溫?zé)豳H質(zhì)為低溫?zé)?；?jié)流過程是將高壓流體變成低壓流體，兩者都有作功能力的損耗。由高質(zhì)量的能量變成低質(zhì)量的能量稱為能量的貶質(zhì)。 傳熱過程 傳質(zhì)過程 分離(或混合)過程 有效能及有效能衡算方程自然界的能量可分為三大類：高級能量、低級能量和僵態(tài)能量。 流體的流動(dòng)過程考慮與外界無熱交換、無功交換，但有壓力降的流動(dòng)過程。損失功()是指理想功與實(shí)際軸功之差，即： (525)損失功僅與過程的不可逆性相聯(lián)系，也可由下式計(jì)算： (526) 穩(wěn)定流動(dòng)過程的理想功計(jì)算： (530) 熱力學(xué)效率通過上述的理想功、實(shí)際過程軸功與損失功的計(jì)算
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