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。
1）能量平衡方程、炳平衡方程及应用
（1）能量平衡方程及其应用
根据热力学第一定律：
，由于环境矗件不易获得，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：
一 1
dS 5 Q
=乙 m S + — + AS
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
.. A A .
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”。△SgN0，熵产生永远不会小于零。因此，熵产生
可作为判断过程方向的准则。 S
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。
至=£m S -£m S + Q + 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4到t2（时间）积分，则得积分形式:
AS,广&kSk—&kSk+埒 + AS
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：BQ= 0；对可逆过程：ASg=0
对封闭体系： S
AS「j 平 + AS 或 dS t =平 + 8S
如过程绝热可逆，^^Q=0，ASg=0，贝ASsyst=0
对稳流体系：ASsyst=0，则有8 7
E m S -E m S +j 鲤 + AS = 0
k k k k T g
in out
如对绝热可逆过程，则8Q=0， AS =0，则
E mS =2 kk in out
若为单股物料，有 Sin= Sout
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，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
W = NH - 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，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'总会引起总熵变的增加，所以损失功与总熵变必有一定的关系。
对稳流体系，可得
WL= T0AS- Q
式中AS