化工熱力學理論-文庫吧資料
2025-07-04 00:20本頁面
【正文】 ，求出熱力學效率，以衡量實際過程的能量利用情況。所謂的“完全可逆”包含二層意思：其一是指的系統(tǒng)內部發(fā)生的一切變化都是可逆的；其二是指系統(tǒng)和環(huán)境之間的能量交換也是可逆的。 封閉系統(tǒng)的熵衡算方程式(523)也可用于封閉系統(tǒng)，此時，系統(tǒng)因狀態(tài)變化引起的熵變應滿足如下關系： (524)對于孤立系統(tǒng)，熵衡算關系由式(520)表達。且：，不可逆過程；，可逆過程；，不可能過程。(3) 熵產()：系統(tǒng)經歷不可逆過程，就有熵的產生。 敞開系統(tǒng)的熵衡算方程定義的幾個基本概念如下：(1) 系統(tǒng)熵變()：系統(tǒng)由于狀態(tài)間T、P變化引起的熵變，可通過流體的PVT(x)及熱容數據計算得到。由熱力學第I定律，即式(510)知：；而；根據熱力學第II定律，即式(520)知：(因系可逆過程)對于循環(huán)過程：，則：，由于；；，則：或熱機效率()為： (521)式(521)表明：Carnot循環(huán)的熱機效率與循環(huán)工質的種類與性質無關，僅與高溫熱源與低溫熱源的溫度、有關，且實際熱機皆以該可逆熱機的效率為最大。圖54為該循環(huán)的TS圖。滿足數學關系： 或 (520)實際上，上述三種表述方法是等同的。(2) 功轉變?yōu)闊岬牟豢赡嫘浴h(huán)過程Kelvin說法： 不可能從單一熱源吸熱使之完全轉變?yōu)橛杏霉?，而不引起其它變化?(519)式中：；；，表明任何氣體在任何條件下進行等熵膨脹，溫度一定是降低的，總是得到冷效應。流體在膨脹機絕熱膨脹時，對外界作軸功，若過程可逆，則為等熵膨脹。 (518)對于理想氣體，將代入式(518)，即理想氣體節(jié)流后溫度不變。 節(jié)流膨脹與等熵膨脹效應熱力學節(jié)流過程為等焓過程。對于可逆過程，代入熱力學基本方程式(12)中，則有： (511)將式(511)代入(56)得：，若忽略動、位能變化的影響，則： (512)對于產功過程，可逆軸功為最大功；對于耗功過程，可逆軸功為最小功。它們分別是計算絕熱壓縮(或膨脹)過程與熱交換過程的理論基礎。(3) 與環(huán)境間有大量熱、功交換的過程忽略過程中系統(tǒng)的動、位能變化影響，；。(2) 絕熱穩(wěn)定流動過程考慮與環(huán)境間無熱、無軸功交換的可壓縮流體的穩(wěn)定流動過程，忽略的影響，即滿足。 敞開系統(tǒng)的熱力學第I定律 (55)式(55)即為敞開系統(tǒng)的熱力學第I定律表達式，其中：。第7章 熱力學第I、第II定律原理及應用本章學習要求本章要求學生掌握敞開系統(tǒng)的熱力學第I定律(即能量衡算方程)及其工程應用；熱力學第II定律三種定性表述方式和熵衡算方程，弄清一些基本概念，如系統(tǒng)與環(huán)境、環(huán)境狀態(tài)、可逆的熱功轉換裝置(即Carnot循環(huán))、理想功與損失功、有效能與無效能等，學會應用熵衡算方程、理想功與損失功的計算及有效能衡算方法對化工單元過程進行熱力學分析，對能量的使用和消耗進行評價。Herington認為：(更嚴格地)，等壓氣液平衡數據滿足熱力學一致性。在實際計算中，活度系數模型主要采用Wilson模型、NRTL 熱力學一致性校驗氣液平衡數據的熱力學一致性校驗是基于GibbsDuhem方程： (426) 等溫二元氣液平衡數據熱力學一致性校驗積分檢驗法(或面積檢驗法) (429)圖48 氣液平衡數據的面積校驗法滿足關系： (430)即可認為恒溫氣液平衡數據符合熱力學一致性校驗。根據系統(tǒng)壓力的高低，式(410)可進一步簡化成以下形式：(1) 低壓下的近似理想系統(tǒng)(氣相可視為理想氣體、液相可視為理想溶液)， ；(2) 在中等壓力下，Poynting因子，則有 ；(3) 在常、減壓條件下，氣相可視為理想氣體，液相為非理想溶液，則有 。 EOS法計算氣液平衡 EOS+γ法計算混合物的氣液平衡EOS+γ法分別采用兩個模型計算氣相和液相組分的逸度。第V類型是閃蒸計算。從式(46)或(47)還可定義氣液平衡比與相對揮發(fā)度：氣液平衡比： (48)相對揮發(fā)度： (49) 氣液平衡計算類型表42 幾種常見的氣液平衡計算類型計算類型獨立變量待確定的基本從屬變量泡點計算等溫泡點計算I等壓泡點計算II露點計算等溫露點計算III等壓露點計算IV閃蒸計算V第I、II類型是泡點計算，簡記為，其中的氣相組成必須滿足歸一化的要求。 (41)對由N元系、π相組成的系統(tǒng)，平衡的判據為：或 (42) (43)相律：對于多元平衡系統(tǒng)有 二元混合物氣液平衡(VLE)相圖 氣液平衡計算準則與計算方法 氣液平衡計算準則N元系統(tǒng)的氣液平衡的準則可以表示如下： (45)若氣液兩相的組分逸度均采用逸度系數計算，即；，則氣液平衡準則變化為以組分的逸度系數來表達： (46)其中氣、液相的組分逸度系數可用一個同時適用于氣液兩相的狀態(tài)方程及混合規(guī)則來計算，這種方法稱為狀態(tài)方程法或EOS法。重點與難點 平衡的判據與相律平衡的判據的確定以熱力學第II定律為依據。由于體積、焓和熵等都是容量性質，因此氣液混合物之相應值是兩相數值之和： (240) (241) (242)式中：x定義為氣相的重量分率或摩爾分率(通常稱為蒸氣的干度或品質)。其計算方法有：狀態(tài)方程法、對應狀態(tài)原理法、查圖或查表的方法，其中狀態(tài)方程法計算式為： (246) (247)根據式(26)可得出液體逸度的計算式，液體可視為不可壓縮： (251) 純物質的熱力學性質圖表包括：(1) 溫熵圖(稱TS圖)，如圖23所示；(2) 壓焓圖(稱1npH圖)；(3) 焓熵圖(稱Mollier圖)。現已有數據表或圖可供查閱，可參見有關教材的附錄。即： (223)其中就是《物理化學》中理想氣體熱力學性質計算。 剩余性質法(Departure Function )及其應用剩余性質（Residual Property）是指氣體真實狀態(tài)下的熱力學性質M與同一T，P下當氣體處于理想狀態(tài)下熱力學性質M* 之間差額。這些熱力學基本關系式，適用
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