文档介绍：第五章
化工过程的能量分析
Applications of thermodynamics to flow processes
5 化工过程的能量分析
本章目的：学习能量分析的原理和方法
本章要求：
1、正确理解并熟练应用流第一定律
热力学第一定律的实质
能量平衡方程
能量平衡方程的应用
能量平衡方程的应用
1）封闭体系：限定质量体系，无质量交换
m1=m2=m δm1=δm2=dm=0
δQ+δWs=mdE
能量平衡方程的应用
无动、位能变化
mdE=mdU
封闭体系 Wf ＝0,不存在流动功
则δW＝δWs
故 mdU=δQ+δW
对单位质量的流体 U＝Q+W
能量平衡方程的应用
2）稳定流动体系
特点：体系内无质量和能量积累
a．进出系统的物质质量流量相等。
b．体系内任一点的热力学状态不随时间变化
能量平衡方程的应用
2）稳定流动体系
即 d（mE）体系 =0
δm1=δm2=δm
则：
能量平衡方程的应用
稳定流动体系的能量衡算式（积分式）
能量平衡方程的应用
应用此式时要注意以下几点：
⑴单位要一致，且用国际单位制，若用工程单位制，所得公式与此式不同；
⑵式中Q和WS为代数值，即：Q以体系吸热为正，WS以体系得功(环境对体系做功）为正；
⑶应用条件是稳定流动体系，不受过程是否可逆或流体性质的影响。
能量平衡方程的应用
能量平衡方程的应用与简化
⑴对化工机器：如膨胀机、压缩机等
能量平衡方程的应用
⑵对化工设备：如反应器、热交换器、
传质设备、阀门、管道等
能量平衡方程的应用
这个式子的物理意义表现在：
体系状态变化，如发生化学反应、相变化、温度变化时与环境交换的热量（反应热、相变热、显热）等于体系的焓差。
这里Q是过程函数，不是状态函数，与过程的途径有关，不易计算，当Ws = 0时， Q=ΔH ，将热量的计算与体系的状态函数相关联，就可以解决热量计算的问题了。
能量平衡方程的应用
⑶对化工机器的绝热过程
此式说明在绝热情况下，当动能和位能的变化很小时，体系对环境所做的功等于体系焓的减少，功和热都是过程的函数，但焓是状态函数，在特定条件下就可以利用流体经过运转设备进出口的焓差计算功，不论是什么工质，也不论过程是否可逆，这个式子总是成立的。
能量平衡方程的应用
（4）绝热稳定流动方程式——（节流过程、绝热反应、绝热混合）
定义：流体通过某装置，从某一恒定的高压变化到恒定的低压的过程称为节流过程
由于管子水平放置，
所以 ΔH=0
此为等焓过程。根据此式可方便地求得绝热过程中体系的温度变化。
能量平衡方程的应用
（5）机械能平衡方程式
dH+ gdZ+udu=δQ+δWS
对可逆过程 dH=TdS+Vdp
δQ=TdS
所以原式变为 δWS= VdP+ gdZ+udu
能量平衡方程的应用
如果考虑流体流动过程中的阻力，则还需要在式右边加上阻力项
对不可压缩流体，流体与环境无轴功交换，则
VdP+ gdZ+udu＝0
所以
5 化工过程的能量分析
---热力学第一定律
—热功转化与熵函数
热力学第二定律—热功转化与熵函数
由物化知道，热力学第一定律主要解决自然界能量守恒问题，而热力学第二定律主要解决方向和限度问题。
对孤立体系
Δ St ≥ 0 >时，不可逆
＝时，可逆
热力学第二定律—热功转化与熵函数
1）基本概念
2）热功转换与热量传递的方向和限度
3）熵函数与熵增原理
4）熵变的计算
热力学第二定律—热功转化与熵函数
1）基本概念
可逆过程：没有摩擦，推动力无限小，因此过程进行无限慢，体系内部均匀一致，处于热力学平衡；对产功的可逆过程，产功最大；对耗功的可逆过程，耗功最小；逆向进行时，体系恢复始态，环境不留下任何痕迹，也就是没有功热得失及状态变化。
热力学第二定律—热功转化与熵函数
1）基本概念
不可逆过程：有摩擦，过程进行有一定速度，体系内部不均匀（有扰动、涡流等现象），逆向进行时体系恢复始态，环境留下痕迹，如果与相同始、终态的可逆过程相比较，产功小于可逆过程，耗功大于可逆过程。
热力学第二定律—热功转化与熵函数
1）基本概念
2）热功转换与