化工过程的能量分析 (2).ppt

文档介绍：二 化工过程的能量分析
1
化工过程需要消耗大量能量，提高能量利用率、合理地使用能量已成为人们共同关心的问题。从最原始的意义上来说，热力学是研究能量的科学，用热力学的观点、方法来指导能量的合理使用已成为现代热力学一大任务。
进行化工过程能量分析的理论基础是
热力学第一定律
热力学第二定律。
2
主要内容
1能量平衡方程---热力学第一定律
2热力学第二定律及应用
3理想功、损失功和热力学效率
4有效能
5化工过程能力分析及合理用能
6能量集成与管理
3
1能量平衡方程---热力学第一定律

用数学式来表示就是
Δ（体系的能量）+Δ（环境的能量）=0或
Δ（体系的能量）=-Δ（环境的能量）
有关体系的概念
1 封闭体系（限定质量体系） 与环境仅有能量交换，而无质量交换，体系内部是固定的
2 敞开体系（限定容积体系） 与环境既有能量交换也有质量交换。
3 化工生产中大都为稳定流动体系 稳流过程 均流过程
4
能量平衡方程
1 封闭体系的能量平衡方程，形式为

式中W为体积膨胀功W
2 容量性质的数量衡算
进入体系的量-离开体系的量=体系积累的量
5
可得到体系的物料平衡和能量平衡方程式
物料平衡方程
能量平衡方程
进入体系的能量= + +
离开体系的能量= + +
体系积累的能量=
6
热力学第一定律的表达式
开系稳流系统能量平衡式：
ΔH+mgΔz+1\2mΔu2=Q+W
Δh+gΔz+1\2Δu2=q+ws

2热力学第二定律—热功转化与熵函数
1）基本概念
自发过程是不消耗功即可进行的过程；
非自发过程需要消耗功才可进行。
热量传递的方向与限度
7
热量传递的方向性是指高温物体可自发向低温物体传热，而低温物体向高温物体传热则必须消耗功。热量传递的限度是温度达到一致，不存在温差。
2）熵函数与熵增原理
熵是与系统内部分子运动混乱程度相联系的热力学性质。
通过研究热机的效率推导出熵函数的定义式
只有体系的某状态函数，当经历一个循环后，其函数的净增量才等于零。
熵定义，由卡诺效率推导出
8
热力学第二定律的数学表达式
因为
可逆过程：
不可逆过程：
这两个式子说明，可逆过程的熵变等于其热温商，不可逆过程的熵变则大于其热温熵。
9
熵增原理
自然界一切能够进行的过程都是向着熵增大的方向进行的。
通过以上讨论，我们可以得到以下结论：
⑴自然界一切自发进行的过程都是熵增大的过程；
⑵自发过程向着熵增大的方向进行；
⑶自发进行的限度；
10