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文档介绍

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、痼平衡方程及应用,理想功和损失功的计算,有效能的概念如下:
cQC
mkSk+亍+ASg
式中:左边项表示体系内痼的变化率;右边第一项表示因物料流进、流出体系而引起的痼流速率。第二项Q■表示体系与环境由于热量传递而引起的痼流速率,常称之为炳流"。流入T体系为正;第三项ZSg即痼产生,是内部生成痼的速率。由于过程不可逆性使体系内部做功能力损失引起痼的产生,属内因痼变化”。ASg>0,痼产生永远不会小于零。因此,痼产生可作为判断过程方向的准则。
痼不同于质量和能量,它是非守恒量,在孤立(隔离)体系中,不可逆过程可引起嫡[值的增加,有痼产生。
dS—-Q-out
dtin体系从状态1变化到状态2的痼变,
将上式从ti到t2(时间)积分,则得积分形式:
△Ssyst=LmkSk-mkSkinout
痼衡算式的积分式用的比较多。
当痼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:(Q=0;对可逆过程:△SgH。
① 对封闭体系:
监yst=f-TQ+竺或dSyst=籍+还如过程绝热可逆,贝U0=0,ASg=0,则?Ssyst=0
对稳流体系:△Ssyst=0,则有mkSk乙mkSkinout
如对绝热可逆过程,则93=0,ASg=0,则
'、'mkSkTLmkSinout
若为单股物料,有5n=Sout此即为常见的等痼过程,进出体系物流的痼相等,即绝热可逆过程痼值不变。
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,称为理想功Wid。
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Wid=AH-T0AS
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、△S分别为物流经过装置的粉变、痼变。
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T。,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,实际功Wac与所计算的理想功Wid的差值,即为损失功Wl=Wac—Wid
不可逆过程总会引起总痼变的增加,所以损失功与总痼变必有一定的关系。
对稳流体系,可得Wl=T0AS-Q
式中AS为物流经过装置的痼变,Q为在实际不可逆过程中,体系与温度为To的周围自然环境所交换的热。
还可推出Wl=ToASt=ToASg
上式即著名的Guoy-Stodola(高乌-斯托多拉)公式,在化工过程的热力学分析中应用很广,表示了损失功与总痼变的关系。可见,损失功的大小不仅取决于总痼变,而且与环境温度有关,即Wl与ASt成正比,比例系数为T。。
当环境温度一定时,随过程不可逆程度的增大,损耗功也增大,所以ASt反映了过