文档介绍：化工过程的能量分析
Hefei University
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摘要: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。
关键词:化工过程;能力分析:按质用能;降耗
正文:
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。
一、热力学第一定律
热力学第一定律就是不同形式的能量在传递与转换过程中守恒的定律,表达式为Q=△U+W。表述形式:热量可以从一个物体传递到另一个物体,也可以与机械能或其他能量互相转换,但是在转换过程中,能量的总值保持不变。该定律经过迈耳 、。热力学第一定律就是涉及热现象领域内的能量守恒和转化定律。十
九世纪中期,在长期生产实践和大量科学实验的基础上,它才以科学定律的形式被确立起来。
(一) 热力学第一定律的实质
自然界的物质是千变万化的,但就其数量来说是不变的,能量也是守恒的,热力学第一定律明确表明了自然界中能量的多种形式之间是可以相互转换的,但只能是等量相互转换,这就说明能量既不能被消灭,也不能凭空产生,必须遵循守恒规律。
(二) 体系
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。
(三) 能量平衡方程的应用
1. 化工机器:如膨胀机、压缩机等
12u?0 g?Z?02?H?Q?Ws
2. 对化工设备:如反应器、热交换器、传质设备、阀门、管道等。
1 Ws?0u2?0 g?Z?02?H?Q
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。
二、热力学第二定律
热力学第二定律,其表述为:不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响,或不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响,或不可逆热力过程中熵的微增量总是大于零。又称“熵增定律”,表明了在自然过程中,一个孤立系统的总混乱度(即“熵”)不会减小。
(一) 热功转换与热量传递的方向和限度
1. 热量传递的方向与限度
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. 热功转换的方向
功可以完全转化为热,而热只能部分转化为功。之所以有此结果,是由于热是无序能量,而功是有序能量,自然界都遵循这样一个规律:有序运动可以自发转变为无序运动,而无序运动不能自发转变为有序运动。
3. 热功转换的限度——卡诺循环
卡诺循环是热力学的基本循环,它由四个可逆过程完成一个工作循环,卡诺循环是将工质从高温热源吸收的热量转换为功的最大限度。
(二) 熵函数
熵状态函数。只要初,终态相同。
?S可逆??S不可逆
对于不可逆过程应设计一个可逆过程,利用可逆过程的热温熵积分进行熵变计算。
对于孤