化工過程能量分析-在線瀏覽
2025-01-31 18:08本頁面
【正文】 3 4 QH QH QL Wc Wc QL 工質(zhì)吸熱溫度大于工質(zhì)排熱溫度，產(chǎn)功過程 正卡諾循環(huán)的結(jié)果是熱部分地轉(zhuǎn)化為功，用熱效率來評(píng)價(jià)循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性 熱效率 : CHWQ???? 移 走 凈 功熱 量 輸 入熱效率的物理意義： 工質(zhì)從高溫?zé)嵩次盏臒崃哭D(zhuǎn)化為凈功的比率。 (4) 卡諾循環(huán)， η 可逆 最大，相同 TH ,TL無論經(jīng)過何種過程， η 可逆 是相同的，實(shí)際熱機(jī)只能接近，不能達(dá)到 熵函數(shù) ? 通過研究熱機(jī)效率推導(dǎo)出熵函數(shù)的定義式 對(duì)于可逆熱機(jī)有 HLHHLHC TTTQ ?????HCHLTT ??? 11OTQTQLLHH ?? 0??TQ R?也即 TdS R??熵定義 ?２ .熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式 可逆? 不可逆?不可逆可逆可逆可 )Q()TTT()(HHLH LHHLH Q ??????對(duì)不可逆過程： 對(duì)可逆過程： TQdS 可逆??TQ 不可逆??熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式 ： TQdS ?? 不可逆 =可逆 注意： ? 熵狀態(tài)函數(shù) 。 0 不可能進(jìn)行的過程 0 不可逆過程 0?? tS=0 可逆過程 結(jié)論： ? 自然界的一切自發(fā)進(jìn)行的過程都是熵增大的過程； oSt ?? oS t ? sy s su rStSS? ? ? ? ??同時(shí)滿足熱一律，熱二律的過程，實(shí)際當(dāng)中才能實(shí)現(xiàn)，違背其中任一定律，其過程就不可能實(shí)現(xiàn)。39。TT TQ? S — 單位質(zhì)量物料的熵； 熵?cái)y帶者 功與熵變化無關(guān)，功不攜帶熵 。39。11TT TQ??? 39。39。39。33TT TQ?熵平衡方程為 : ?? 體系S ?? 入（ )ii sm ??39。39。39。TT TQ?產(chǎn)生S?(533) 熵平衡方程 注意： 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)境無關(guān)，屬于內(nèi)因熵變。這可以用孤立體系的熵平衡方程來證實(shí)。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 : 可逆過程 0S ?? 孤S產(chǎn)不可逆過程 0S ?? 孤 0S? 產(chǎn)結(jié)論： ? 熵產(chǎn)生可以用作判斷過程方向的準(zhǔn)則 0 時(shí) ， 體系內(nèi)部的過程不自發(fā) 。 ? 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 ， 對(duì)化工過程每一股物料進(jìn)行分析 ， 用有效能效率評(píng)價(jià) 。 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) 過逆功 非流動(dòng)過程理想功 結(jié)論： ?理想功決定于體系的始、終態(tài)和環(huán)境狀態(tài)，與過程無關(guān)； ?體系發(fā)生狀態(tài)變化的每一個(gè)實(shí)際過程都有其對(duì)應(yīng)的理想功。完整的表達(dá)式為： ?體系經(jīng)歷一個(gè)穩(wěn)流過程，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)際變化途徑無關(guān)。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。 有效能與無效能 ? 一 、 有效能的概念 ? 1. 能量的分類 ? 按能量轉(zhuǎn)化為有用功的多少 ， 可以把能量分為三類： ? ⑴ 高質(zhì)能量：理論上能完全轉(zhuǎn)化為有用功的能量 。 ? 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 ） 。如熱量和以熱量形式傳遞的能量。 ? 無效能：理論上不能轉(zhuǎn)化為有用功的能量 。 ? 無效能 —— “ 火無 ” 、 “ 無用能 ” 。 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 。 ? ⑵ 環(huán)境狀態(tài)：熱力學(xué)物系與環(huán)境完全處于平衡時(shí)的狀態(tài) 。 ? 2. 物系的有效能 ? ⑴ 物理有效能：物系由于Ｔ 、 Ｐ與環(huán)境不同所具有的有效能 。 ? ⑴ 定義： ? 穩(wěn)流物系從狀態(tài) 1變到狀態(tài) 2時(shí)過程的 理想功 ： ? Wid =T0(S1S2)(H1H2)= ΔH T0ΔS （ 541） ? 有效能 :穩(wěn)流物系從任一狀態(tài) （ Ｔ 、 Ｐ 、 Ｈ 、 Ｓ ） 以可逆方式變化到環(huán)境狀態(tài) （ TO、 P0、 H0、 S0） 時(shí) ， 理想功的負(fù)值 。 ? EX： 對(duì)某一狀態(tài)而言，與環(huán)境有關(guān)，只為正值。 ⑵計(jì)算式 ①恒溫?zé)嵩礋崃康挠行? （ 5－ 49） 無效能 ∴ EXQ=WC ②變溫?zé)嵩吹挠行? (1 )oXQ TEQT??平1212TTlnTT?平T或用 H、 S值計(jì)算： EXQ=T0ΔS ΔH 0TpTH C dT?? ?0TT pTCS dT?? ?00 T?T pXQ TCE T dT0TpT C dT?00 TT pTCT dT? ? ??0p dT0TpT C dT??? 00 TT pTCT dT?00(1 )TTpTT C dT?(5— 50) 0 [ ( ) ]TPTpPVH V T dP?? ? ???0 [ ( ) ]TPpPVS dP?? ??? 00 [ ( ) ]T?? ? ???PX P pPVE T dP0 [ ( ) ]TPpPVV T dP????EX=ToΔSΔH （ 547） 由第三章知 0 0[ ( ) ( ) ]TPpPVV T T dP?? ? ??? PR?????????PTV 0 00R T R[ ( ) ] l npp? ? ? ? ??PXP PPE T T dP R TP（ 5— 52） 對(duì)理想氣體 四、過程的不可逆性和有效能損失 ? ? 熱力學(xué)第二定律認(rèn)為自然界中
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