文档介绍：第六章
化工过程的能量分析
本章内容
§ 热力学基本概念复习
§ 热力学第一定律与能量平衡方程
§ 热功转换
§ 熵
§ 理想功和损失功
§ 火用及其计算
§ 热力学基本概念复衡状态到另一平衡状态的转换.
对某一过程的描写:初态+终态+路径.
不可逆过程:一个单向过程发生之后一定留下一些痕迹,无论用何种方法也不能将此痕迹完全消除,在热力学上称为不可逆过程.
凡是不需要外加功而自然发生的过程皆是不可逆过程(自发过程)。
如:爆炸、节流、气体向真空自由膨胀等
§ 热力学基本概念复习
P,V,T
——无限小的沙子。
带活塞的气缸
拿走一粒无限小的沙子,dP减少无限小,推动力无限小,可以忽略不计。
可逆过程:当体系完成某一过程后,如果令过程逆行而能使过程中所涉及的一切(体系及环境)都回复到原始状态而不留下任何变化,则此过程称为可逆过程.
注意:
1)可逆过程一旦发生,不仅体系能恢复到原来状态,而且而环境也能恢复到原来状态而不留下任何痕迹。(循环过程是否是可逆过程?)
2)若是可逆过程,位的梯度即推动力需为无限小;若存在推动力则是实际过程,而非可逆过程。
3)可逆过程是实际过程中只能趋近而永远不能实现的理想过程,其本质是状态变化的推动力与阻力无限接近,体系始终无限接近平衡状态。
4)但它是热力学中极为重要的概念,是作为实际过程中能量转换效果比较的标准。
若说某体系效率为80%,是指与可逆过程比。
5)可逆过程是效率最高的过程。
体系对外做最大功。
体系对外吸收最小功。
6)很多热力学关系式是在可逆过程的前提下推导出来的。如:
§ 热力学基本概念复习
2、热和功
1)热和功不是状态函数,与途径有关。
2)热和功只是能量的传递形式,而不是贮存形式。当能量以热和功的形式传入体系后,增加的是内能。
ΔU=Q+W 热力学第一定律
3) 按照国际规定:
Q:体系吸热为正,Q>0,体系放热为负,Q<0 ;
W:环境对体系作功,W>0 ,体系对环境作功,W<0
§ 热力学基本概念复习
特别提醒:
过去的教材中习惯用U = Q - W表示,两种表达式完全等效,只是W的取号不同。用该式表示的W的取号为:环境对体系作功, W<0 ;体系对环境作功, W>0 。
本新版教材用的是ΔU=Q+W,敬请注意!
4)热的推动力是温差。
功的推动力是除温差以外的位的梯度。
5)热量的传递是无序的,热量是规格低的能量。
功的传递是有序的, 功是规格高的能量。
降低资源消耗减少环境破坏
在化工产品成本中,能源所占的比重很大,一般产品约占20-30%,能耗高的产品可达70-80%。因此,化工节能有特殊重要的意义。
我国化工系统的能源消费量约占全国总量的10%。我高得多,主要原因在于分离过程的能耗大大高于发达国家。
化工分离过程的能耗是世界总能耗的8%。
我国比国外同类产品能耗高20-30%,有的高出一倍。
日本的能量利用效率达57%,在世界各国中居首位。
化工过程能量分析实例
乙苯脱氢制苯乙烯
化工过程能量分析实例
水蒸气
加热炉
A
B
混合器
第一段脱氢
反应器
第二段脱氢
反应器
中间
加热器
乙苯+水蒸气
反应产物去急
冷后处理系统
换热器
图1 乙苯脱氢反应模拟流程