文档介绍：1第五章化工过程的能量分析 2 本章应用热力学的第一定律和第二定律,应用理想功、损失功、火用和火无等概念对化工过程中能量的转换、传递与使用进行热力学分析,评价过程或装置能量利用的有效程度,确定其能量利用的总效率,揭示出能量损失的薄弱环节与原因,为分析、改进工艺与设备, 提高能量利用率指明方向。 3 能量平衡方程?一. 热力学第一定律的实质热力学第一定律的实质就是能量在数量上是守恒的基本形式为: 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) 体系的能量的增加等于环境的能量的减少。 4 在实际生产中大都遇到两种体系,即封闭体系和敞开体系。 1. 封闭体系: (限定质量体系) 与环境仅有能量交换,没有质量交换。体系内部是固定的。封闭体系是以固定的物质为研究对象。 2. 敞开体系: (限定容积体系) 与环境有能量交换,也有质量交换。 5 ? Ws Q δm 2 δm 1P 1 V 1 u 1 U 1P 2 V 2 u 2 U 2 Z 1Z 26 (1)物料平衡方程:根据上式:得到?m 1- ? m 2=dm 体系(2)能量平衡方程进入体系的能量-离开体系的能量=体系积累的能量进入体系的能量:微元体本身具有的能量 E 1δm 1环境传入的热量δQ 体系与环境交换的功δW 7 离开体系的能量:微元体带出能量 E 2δm 2体系积累的能量= 能量恒等式为: (5-3) )( 22 11 mE dmEW QmE????????)( mE d2211)(mEmEW Q mE d????????(5-4) 8 注意: 1) 是体系与环境交换的功,它包括与环境交换的轴功和流动功。流动功是流体进入体系时,环境对流体所作的流动功与流体离开体系时流体对环境所作的流动功之差,即 W? SW? fW? fW?)( 111mVP?)( 222mVP? 222111mVPmVPW W W W Sfs???????????(5-5) 将式(5-5) 代入式( 5-4 ),得 2211222111)( mEmEmVPmVPWQ mE d s????????????(5-6) 9 2 ) E -单位质量流体的总能量,它包含有热力学能、动能和位能。 gZ uUE???2 ( 5-6 )式,整理,得到 H=U+PV gZ uUE???2 2将(5-7) ??? 11 211)2 (m gZ uH? Ws Qm gZ uH??????? 22 222)2 ()( mE d? 10 ?:无质量交换, 限定质量体系δm 1=δm 2 =0 ??δ Q+ δWs = d(mE )封闭体系不存在流动功 0)2 ( 2? ud?? 0? gZ dδ Ws= δW δ Q+ δ Ws= mdU 于是有δ Q+ δW= mdU ,对单位质量的体系有 du =δ Q+ δW积分: Q+W= ΔU (5-11) 又 mdU mdE mE d??)( ??