文档介绍：第6 章化工过程能量分析
重点难点：能量平衡方程、熵平衡方程及应用，理想功和损失功的计算，有效能的概念及计算，典型化工单元过程的有效能损失。
能量平衡方程、熵平衡方程及应用
(1) 能量平衡方程及其应用
根据热力学第一定律：
变dS t和环境熵变dS之和。
syst surr
dS =dS. = （dS + dS ） >0
t iso syst surr
但在许多情况下，由于环境的条件不易获得，使得环境的熵变往往无法计算，影响上式的应用。
对任一敞开体系，熵平衡方程式的微分形式如下：
dS_ y • S Q 疋
dt k k T g
1
式中：左边项表示体系内熵的变化率；右边第一项表示因物料流进、流出体系而引起的熵流
Q
速率。第二项t表示体系与环境由于热量传递而引起的熵流速率，常称之为“熵流”。流入
体系为正；第三项AS即熵产生，是内部生成熵的速率。由于过程不可逆性使体系内部做功 g
能力损失引起熵的产生，属“内因熵变化”。AS20,熵产生永远不会小于零。因此，熵产生
g
可作为判断过程方向的准则。
熵不同于质量和能量，它是非守恒量，在孤立（隔离）体系中，不可逆过程可引起熵值的增加，有熵产生。
竺—工• S —工• S + — + AS dt k k k k T g
in out
体系从状态1变化到状态2的熵变，将上式从［到t2（时间）积分，则得积分形式:
AS — mS +f 聖 + AS
syst k k k k T g
in out
熵衡算式的积分式用的比较多。当熵平衡方程用于具体过程时，可以根据体系的特点进行简化处理。
对绝热过程：8—= 0；对可逆过程：AS =0
g ①对封闭体系：
AS 聖 + AS 或 dS —陛 + SS
syst T g syst T g
如过程绝热可逆，贝临—=0, AS =0，贝y AS =0
g syst
②对稳流体系：AS =0，则有
syst
工m S -工m S +
k k k k T g
in out
如对绝热可逆过程，贝J8—=0， ASg=0，则
mS
kk
工m S -工
kk
in out
若为单股物料，有 Sin= Sout
in out
此即为常见的等熵过程，进出体系物流的熵相等，即绝热可逆过程熵值不变。
2）理想功、损失功和热力学效率
① 理想功：在一定的环境条件下，当体系的状态变化按完全可逆的过程进行时，理论
上可能产生的最大有用功或者必须消耗的最小功，。
id
理想功是一个理论的极限值，是用来作为实际功的比较标准的。所以，计算理想功时所依据的过程，应与实际过程具有相同的始态和终态。
稳流过程的理想功，忽略动能和位能变化，则有
W 二 AH - T AS
id 0
此即为稳流过程理想功的计算式，它是热力学第一、第二定律联合应用的结果。式中AH、 AS分别为物流经过装置的焓变、熵变。
可见，稳流过程的理想功仅与状态变化有关，仅取决于体系的初态与终态以及环境的温度T0,而与状态变化的具体途径无关。
注意：理想功和可逆功并非同一概念。理想功是可逆有用功，但并不等于可逆功的全部，有些情况下可逆功不能利用。
②损失功：体系在给定状态变化过程中