化工過程能量分析(已改無(wú)錯(cuò)字)
2023-01-18 18:08:35 本頁(yè)面
【正文】 系與環(huán)境完全處于平衡時(shí)的狀態(tài) 。 常用Ｔ 0、 Ｐ 0、 Ｈ 0、 Ｓ 0等表示 。 ? 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 。 ? ⑵ 化學(xué)有效能：物系在環(huán)境的Ｔ 0、 Ｐ 0下 ， 由于組成與環(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＝ T0(S0Si)(H0Hi) （ 547） ? ? 理想功： Wid=ΔH T0ΔS=(H2H1)T0(S2S1) ? 有效能： EX=T0(S0S)(H0H) (1)有效能與理想功的 區(qū)別 : ? ⑴ 終態(tài)不一定相同 Wid:終態(tài)不定 EX:終態(tài)一定 （ 基態(tài)即環(huán)境狀態(tài) ） ? ⑵ 研究對(duì)象不同 ? Wid： 對(duì)兩個(gè)狀態(tài)而言 ， 與環(huán)境無(wú)關(guān) ， 可正可負(fù) 。 ? EX： 對(duì)某一狀態(tài)而言，與環(huán)境有關(guān)，只為正值。 (2)聯(lián)系 ? (B1)EX1＝ T0(S0S1)(H0H1) ? (B2)EX2＝ T0(S0S2)(H0H2) ? 有效能變化 ? ΔEX＝ EX2EX2=ΔHT0ΔS=Wid （ 553） 若 ΔEX0， Wid0 物系對(duì)外做功， EX=Wid ΔEX0， Wid0 物系接受功， EX=Wid 、電能和機(jī)械能的有效能 ? EX=W （ 548） EXQ ∵ 卡諾循環(huán)熱效率 00 1XQTTE Q Q Q??? ? ? ??????? 1QWcC? TTTTQ 012121 11 ?????⑴ 定義：傳遞的熱量，在給定的環(huán)境條件下，以可逆 方式所能做出的最大有用功。 ⑵計(jì)算式 ①恒溫?zé)嵩礋崃康挠行? （ 5－ 49） 無(wú)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)為自然界中一切過程都是具有方向性和不可逆性的 。 ? ΔS t（ ΔS 產(chǎn)生 ） ≥ 0 不可逆過程 =可逆過程 ? 有效能的方向和不可逆性 表現(xiàn)在： ① 當(dāng)過程是 可逆時(shí) ， 有效能 不會(huì)向 無(wú)效能轉(zhuǎn)化 ， 有效能的總量保持不變 。 ② 當(dāng)過程是 不可逆時(shí) ， 有效能 向 無(wú)效能轉(zhuǎn)變 ， 使有效能的總量減少 。 (E1) ? (E1) ? ⑴ 定義：不可逆過程中有效能的減少量 。 ? ⑵ 計(jì)算式： E1＝理想功－實(shí)際功 ? 對(duì)于穩(wěn)流體系：若忽略動(dòng)能 、 勢(shì)能的影響 實(shí)際功 Ws=QΔH 理想功 Wid＝ T0ΔSΔH ? ∴E 1＝ T0ΔSΔHQ+ΔH＝ T0ΔSQ ∴ El=T0ΔSsys+T0ΔSsur=T0ΔSt 或 El=T0ΔS產(chǎn)生 （ 554） 又 ∵ ΔSsur=Q/T0 Q=T0ΔSsur ⑶典型過程有效能損失 ? ① 傳熱過程 ? 高溫物系放出的熱量的有效能為： EXQ,H＝ Q（ 1－ T0/TH） ? 低溫物系吸收的熱量的有效能為： EXQ,L＝ Q（ 1T0/TL） 有效能損失 El=EXQ,HEXQ,L= )()1TT1( 000H0HLL TTTTQTTQ ?????LHLH0 TTTQT?結(jié)論 ： ⅰ) 傳熱過程有效能損失是存在的； ⅱ) THTL差值增大， El增大。 (558) ∴ Ｔ dSt=VdP dSt=(V/T)dP 由前知 El=ToΔS t ∴ dEl=T0dSt= T0 (V/T) dp （ 557） 結(jié)論： ｉ ) El∝ ΔP 壓力降； ⅱ) 穩(wěn)流過程的有效能損失是由于阻力引起的。 ②穩(wěn)流體系 對(duì)穩(wěn)流體系，若忽略掉動(dòng)能和勢(shì)能 ΔH ＝ Q+Ws 對(duì)管道流動(dòng)，一般情況下， Q＝ 0（ 無(wú)熱交換） Ws＝ 0（ 無(wú)軸功） dH=0 ∴ ΔH ＝ 0 ∵ dH=TdS+VdP iNidnnsd ]TT[)( ii1 ???? ??????iNidnnsd ]T[)( ii1?? ?? ???? ??③傳質(zhì)過程 若 Tα =Tβ =T 式中： μ iα μ iβ —— 組分ｉ在 α 、 β 相中的化學(xué)位 把兩相看作一個(gè)孤立體系，則 d(ns)孤 =d(ns)t ∴ 有效能損失： El=T0d(ns)t=T0 iNidn]T[ ii1?? ?? ???（ 560） ④注意點(diǎn)： ? 有效能損失在任何不可逆過程都是存在的； ? 有效能損失的大小與過程的推動(dòng)力有關(guān)， El∝ 推動(dòng)力。即推動(dòng)力大， El大。 ? ［ P123— 124 例 5— 10～ 5— 11］例 5— 10自看 有效能衡算及有效能效率 ? 有效能的守恒與否應(yīng)與過程的可逆性有關(guān)，過程是可逆的，沒有有效能的損失，有效能是守恒的。不可逆過程總是使有效能減少而無(wú)效能增加，在建立有效能衡算式時(shí)，應(yīng)附加一項(xiàng)有
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