第六章化工过程的能量分析1
【课件】第6章第1讲能量平衡方程PPT
三、能量平衡方程
能量守恒与转换 一切物质都具有能量，能量是物质固有的特性。 能量可分为两大类，一类是系统蓄积的能量，如
动能、势能和热力学能，它们都是系统状态的函 数。另一类是过程中系统和环境传递的能量，常 见有功和热量，它们不是状态函数，而与过程有 关。 热量是因为温度差别引起的能量传递，做功是由 势差引起的能量传递。因此，热和功是两种本质 不同且与过程传递方式有关的能量形式。
二、热力学第一定律
孤立系统热力学第一定律 孤立系统无论经历何种变化，其能量守恒。孤立系
统中各种能量的形式可以相互转化，但能量不会凭 空产生，也不会自行消灭，能量在各种形式之间进 行转化时，总的能量数值保持不变。
二、热力学第一定律
封闭系统的热力学第一定律
封闭系统是指那些与环境之间只有能量交换而无物质 交换的系统。没有物质交换表示与物质交换相关的动 能和势能的变化项为零，于是封闭系统的热力学第一 定律可表示为
四、稳流系统的热力学第一定律及其应用
在截面1 至2 之间的任何一点处的流体，既受到它上游 流体的推动，也同时推动下游流体，做功数值一致，但 是方向相反，因此相互抵消，流动净功为零。
H =U +pV
∴
四、稳流系统的热力学第一定律及其应用
讨论： (1) 流体流经换热器、反应器等传质设备
单位质量的流体带入、带出能量的形式为动能 (u2/2)，势能(gZ)和热力学能(U)。
E1
U1
1 2
u12
gz1
E2
U2
1 2
u22
gz2
6.1.2 能量平衡方程
系统与环境交换功W，实际上由两部分组成。一
化工过程的能量分析
热交换网络的提出 一个化工生产过程的流程中，经常需要加热或冷却许多流股，用热水、蒸汽加热或用冷却水、冷冻液冷却。这种设计虽简单，设备投资费较少，但热力学效率常常是很低，能耗较 大，显然是不经济。 在流程内部用需要被冷却的较高温的流股来加热需要热量的低温的流股，可以实现能量的有效利用，从而节约了能量源，降低成本。
二、基本概念及热交换系统表示方法
换热网络的名词 热流：热交换网络内，那些需要由起始温度冷却到目标温度的流股。 冷流：热交换网络内，那些需要由起始温度被加热到目 标温度的流股。
在流程内建立热交换网络的根本目的：
减少流程对外界热源和冷源的需求，尽量使用流程内部的冷热流股互相搭配，以达到节约能源的目的。
热容流率的可行性原则
窄点处传热的温差最小为 △Tm,离开窄点处的传热温差应大于等于△Tm，即△T>△Tmin 因此，每个窄点匹配的流股热容流率应满足 窄点以上 CP热 < CP冷 窄点以下 CP热 > CP冷 同样上两式，可以合并成为一式，即窄点同一侧应满足 CP出 > CP入
3理想功、损失功和热力学效率
理想功是指系统在一定的环境下，沿着完全可逆的途径从一个状态变到另一个状态所能产生的最大有用功或必须消耗的最小有用功。 开系稳流过程的理想功计算式： Wid = ΔH - T0ΔS 损失功是由于过程的不可逆是系统产生熵而引起的作功能力的损失，不可逆过程的损失功计算式： WL = T0 ( ΔSsys + ΔSsur ) = T0ΔSt = T0ΔSg 损失功WL反映了实际过程的不可逆程度。
总流股数可行性原则 窄点以上流股数应满足 N热 < N 冷 窄点以上流股数应满足 N热 > N 冷 式中 N热 ------- 热流股数 N冷 ------- 冷流股数 根据前面的热交换网络的表示法，对于窄点来说，窄点以上热流股是流入的，冷流股是流出的。同样，窄点以下热流股是流出的，冷流股是流入的。所以上式可以合并用一个式子来表示，即在窄点的同一侧流股数必须满足： N流出 > N流入
化工热力学第六章
在实际的能量传递和转换过程中，能量可以转化 为功的程度，除了与能量的质量、体系所处的 状态密切相关外，还与过程的性质有关。若过 程接近于可逆过程，其转化为功的程度就大， 否则就小。为了衡量能量的可利用程度或比较 体系在不同状态下可用于做功的能量大小， 1932年Keenen提出了㶲的概念。
2.㶲(Exergy, Ex) 定义：任何体系在一定状态下的㶲Ex是该体系由 所处的状态(p, T)以完全可逆的方式变化到与环 境处于平衡的状态(p0, T0)时所作出的最大有用 功（即理想功）。 3.火无(Ax) 不能转变为有用功的那部分能量。
Note： Wid与Ex的区别及联系 Wid=∆H -T0∆S =(H2-H1)-T0(S2-S1) Ex=T0∆S-∆H=T0(S0-S)-(H0-H) (6-47)
式(6-47)表明体系㶲的大小取决于系统状态和环境 状态的差异，这种差异可能是物理参数(T, p)不 同引起的，也可能是组成不同引起的。
在飞轮上做的可利用的功 Wid 体系对抗大气压所做的膨胀功-p0∆V，无法加以利用，但 又无法避免；相反，在压缩过程中，接受大气所给的功 是很自然，不需付出代价，在计算理想功时应将其扣除。 故非流动过程的Wid为： Wid= WR + p0∆V =(U2-U1)- T0(S2-S1) + p0∆V 结论： ① Wid决定于体系的始末态和环境状态(T0, p0)，与过程无 关； ②体系发生状态变化的每一个实际过程都有其对应的理想 功。
（4）不可逆过程 I.有摩擦，过程进行有一定速度； II. 体系内部不均匀（有扰动、涡流等现象）； III. 逆向进行时，体系恢复始态，环境留下痕迹； IV.若相同始末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。
第六、七章化工过程能量分析习题
第六、七章化⼯过程能量分析习题第六章化⼯过程能量分析1.⽓体经过稳流绝热过程，对外作功，如忽略动能和位能变化，⽆摩擦损失，则此过程⽓体焓值 ( ).A. 增加 B ．减少 C ．不变 D. 不能确定 2. 要加热50℃的⽔，从热⼒学⾓度，⽤以下哪⼀种热源，损失功最⼩（）A.60℃的热⽔B.80℃的热⽔C.100℃的饱和蒸汽，D. 120℃的过热蒸汽 3.不可逆过程中孤⽴体系的（）A.总熵总是增加的，有效能也是增加的。
B.总熵总是减少的，有效能也是减少的。
C.总熵是减少的，但有效能是增加的。
D. 总熵是增加的，但有效能是减少的。
4.⼀封闭体系经过⼀变化，体系从25℃恒温⽔浴吸收热量8000kJ ，体系熵增25kJ/K ，则此过程是( )。
A. 可逆的B.不可逆的C. 不可能的 5. 在431.15K 与286.15K 之间⼯作的热机的最⼤效率是（）A. 91.77%B.50.70%C. 33.63%D.39.67%6.体系从同⼀初态到同⼀终态，经历⼆个不同过程，⼀为可逆过程，⼀为不可逆过程，此⼆过程环境熵变存在（）。
A ．（ΔS 环）可逆< （ΔS 环）不可逆 B. （ΔS 环）可逆 >（ΔS 环）不可逆C ．（ΔS 环）可逆 = （ΔS 环）不可逆D ．（ΔS 环）可逆= 0 7. 按第⼆定律，⽆论什么过程体系的熵变。
A.≤0B.≥0C.=0D.不确定8. 在孤⽴体系中，因不可逆性导致作功能⼒损失。
公式孤⽴S T W L ??=0（式中0T 为环境温度）是从传热过程推出的。
A ．仅适⽤传热过程 B. 也适⽤传质过程 C ．也适⽤流动过程 D. 任何过程都⾏ 9. 体系经不可逆循环⼜回到初态，则热温商的循环积分__________ A <0 Ｂ =０ C >010. 关于做功和加热本领的描述，不正确的是（）A 压⼒相同，过热蒸汽的做功本领⽐饱和蒸汽⼤。
B 温度相同，⾼压蒸汽的作功本领⽐低压蒸汽强。
化工热力学第6章 流动系统的热力学原理及应用
例题6-3
用1.50MPa,773K的过热蒸汽来推动透
平机,并在0.07MPa下排出.此透平机既不
是可逆的，也不是绝热的，实际输出的
轴功相当于可逆绝热功的85%。另有少
量的热散入293K的环境，损失热为
79.4kJ/kg，求此过程的损失功。
解：查附录C-2过热水蒸气表可知，初始状态1.50MPa,773K时 的蒸气焓、熵值为：
将氮气当做理想气体
2 5 2 8 3 1 C ig p 30 .81 1.255 10 T 2.575 10 T 1.133 10 T ( J mol K )
V S C p d ln T dp T1 p1 T p
H1 3473 .1kJ kg1
S1 7.5698 kJ kg1 K 1
若蒸汽按绝热可逆膨胀，则是等熵过程，当膨胀至0.07MPa时， 熵仍为S2=7.5698kJkg-1K-1。查过热水蒸汽表可知，此时状态 近似为0.07 MPa，373K的过热水蒸汽，其焓值H2=2680 kJkg1。因可逆绝热过程， Q=0，则
S g mS j Si
i i
对可逆绝热的稳流过程 △Sf=0, △Sg=0
m S m
i j
j
Sj
若为单股物料，有 Si = Sj, 为常见的等熵过程 。
6.4 有效能与过程的热力学分析
1、理想功 2、损失功 3、有效能
4、有效能效率和有效能分析
1、理想功：
完全可逆，指的是不仅系统内的所有变化是 完全可逆的，而且系统和环境之间的能量交 换,例如传热过程也是可逆的。
P160 三（2）某厂有一输送90℃热水的管道，由于保温不良，到使用单 位时，水温已降至70℃。试求水温降低过程的热损失与损失功。设环境 温度为25 ℃。
第6章-化工过程能量分析
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、熵平衡方程及应用(1) 能量平衡方程及其应用根据热力学第一定律：体系总能量的变化率＝能量进入体系的速率-能量离开体系的速率可得普遍化的能量平衡方程：t V p W Q gZ u H m gZ u U m t kk k k d d 22d d s 12sy st 2-++⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++∑= 式中左边项代表体系能量的变化，右边项第一项表示质量流带入、带出的能量，后三项表示体系与环境热和功的交换量。
注意：式中H 为单位质量的焓，u 2/2为单位质量的动能，gZ 为单位质量的位能，内能、动能和位能(g =9.81m/s 2)之和为单位质量流体的总能量E ：gZ u U E E U E p k ++=++=221 符号规定：进入体系的质量流率m k 为正，体系吸热Q 为正，环境对体系做功W 为正(体系得功为正)。
上式适用于任何过程，不受过程是否可逆或流体性质的影响。
要对一个过程进行能量分析或能量衡算，应该根据过程的特点，正确分析能量平衡方程式中的各个项，化简能平式，关键是要会分析题意特点，能平式中各项的含义要明白。
① 对封闭体系：忽略动、位能的变化，则能平式变为W Q U δδd +=积分，可得 W Q U +=Δ此即为封闭体系热力学第一定律的数学表达式。
② 稳态流动体系(简称稳流体系)稳态流动过程是指物料连续地通过设备，进入和流出的质量流率在任何时刻都完全相等，体系中任一点的热力学性质都不随时间变化，体系没有物质和能量的积累。
因此，稳流体系的特点：体系中任一点的热力学性质都不随时间而变；体系没有物质及能量的积累。
对一个敞开体系，以过程的设备为体系，即为稳流体系。
其能平式可化为 02s 12=++⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++∑=W Q gZ u H m k kk k 把上式中第一项进、出分开，即得：022s out2in 2=++⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++W Q m gZ u H m gZ u H 单位质量的稳流体系的能量方程式：022s out2in 2=++⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++W Q gZ u H gZ u H s 2ΔΔ21ΔW Q Z g u H +=++ 式中∆H 。
化工计算能量衡算
化工计算能量衡算引言化工过程中，能量的衡算是一个重要的步骤。
能量衡算可以帮助工程师了解化工过程中的能量转化和能量损失情况，从而优化工艺和提高能源利用效率。
本文将介绍化工计算能量衡算的基本原理和方法，并以实际案例进行说明。
一、能量的基本概念在进行能量的衡算之前，我们需要先了解能量的基本概念和单位。
能量是物体或系统所具有的做功能力，它是物质存在的一种属性。
能量的单位通常用焦耳（J）表示。
以下是一些常见的能量单位：•千焦（kJ）= 10^3 J•兆焦（MJ）= 10^6 J•吉焦（GJ）= 10^9 J此外，化学工程中经常使用的能量单位还有千卡（kcal）和英尺磅（ft-lbf）等。
二、能量转化和传递能量在化工过程中会发生转化和传递。
常见的能量转化包括热能转化为机械能、化学能转化为热能等。
能量传递则是指能量从一个物体传递到另一个物体。
能量转化和传递的过程可以通过能量平衡方程表示。
能量平衡方程的一般形式为：$$E_{in} - E_{out} = \\Delta E_{sys}$$其中，E in表示系统收入的能量，E out表示系统输出的能量，$\\Delta E_{sys}$表示系统内能的变化。
能量平衡方程是能量衡算的基础，通过对各个能量项进行计算和衡量，可以得到系统能量的全面情况。
三、能量衡算的方法能量衡算的方法包括物料平衡法、焓平衡法和热力学计算法等。
下面分别介绍这些方法的主要原理和应用。
3.1 物料平衡法物料平衡法是一种根据物料的进出量来计算能量收支的方法。
它基于质量守恒定律，假设在化工过程中物料是不可压缩和不可消失的。
使用物料平衡法进行能量衡算的一般步骤如下：1.确定系统边界，包括进出口和反应器等；2.收集进出口的物料信息，包括物料的质量、温度、压力等；3.列出物料平衡方程，根据质量守恒定律得到进出口物质量的关系；4.根据进出口物料的属性，计算出相应的能量。
物料平衡法可以应用于各种化工过程，包括反应器、蒸馏塔、萃取塔等。
合工大-化工热力学-第六章_ 蒸汽动力循环与制冷循环
6.1.1
(a)
6
Rankine循环中各个过程经理想化（即忽略工 质的流动阻力与散热、动、位能变化）应用稳定流 动过程的能量平衡方程分析如下。
1~2过程：汽轮机中工质作等熵膨胀（即可逆绝
热膨胀），对外作功量
WS H H2 H1kJ / kg （工质）
（6-1）
图6-1
6.1.1
7
2~3过程：湿蒸汽在冷凝器中等压等温冷凝，
p1'
p1
至x’2) x’2< x2，这
不利汽轮机的操作。
x2 '
x2
6.1.1
19
然而，提高汽轮机的进汽温度可降低汽轮机 出口蒸汽湿度。所以，为了提高循环的热效率， 汽轮机的进汽温度和进汽压力一般是同时提高 的，现代蒸汽动力装置采用的进汽温度，压力 在往高参数方向发展。
H2O 的 pc 22.05MPa
降低了出口蒸汽的湿 度（干度提高）x2<x’2。 改进了汽轮机的操作条 件
第18 次课结束2010
T1
x2 x2 '
图6-2
6.1.1
18
假定汽轮机出口蒸汽压力及进汽温度不变，将进汽 压力由p1提高到p’1， 也能提高循环的平均吸热温度，有利于提高循环热
效率，
单一提高进汽压 力，汽轮机出口蒸 汽的湿度也随之增 加(见图6-3中由x2
（6-5b）
6.1.1
11
汽耗率是蒸汽动力装置中，输出1kW·h的净功所
消耗的蒸汽量。用SSC（Specific steam s kg consumption）表示
3600 SSC kg /(kW h) WS
h kJ
kg / kw h
化工过程的能量分析PPT培训课件
化工过程能量分析的基本原则
系统性原则
将化工过程作为一个整 体系统来考虑，全面分 析各环节的能量流动和
转换。
效率优先原则
以提高能源利用效率为 目标，关注节能降耗的
潜力。
定量分析原则
通过数据和计算，客观 评估能量利用情况和损
失程度。
持续改进原则
不断优化和改进工艺流 程，实现能源利用的最
优化。
02
化工过程的能量平衡分析
02
它通过识别和计算化工过程中的 各种能量消耗和损失，为优化工 艺流程、提高能源利用效率和降 低能耗提供科学依据。
化工过程能量分析的目的和意义
目的
通过对化工过程的能量分析，发 现能量损失和浪费的原因，提出 改进措施，实现能源的高效利用 和减少环境污染。
意义
有利于提高化工企业的经济效益 ，促进可持续发展，同时也有助 于推动化工行业的科技进步。
能量评价的标准和指标
总结词
掌握能量评价的标准和指标，以及如何应用 这些标准和指标进行化工过程的能量评价。
详细描述
能量评价是评估化工过程能源利用效率和经 济效益的重要手段。评价的标准和指标包括 能量平衡、能效比、能源成本等。通过这些 标准和指标的应用，可以全面了解化工过程 的能源利用状况，发现存在的问题和改进空
• 智能化和信息化技术的发展，将为化工过程能量分析提供更多的数据支持和计 算手段。例如，利用大数据、人工智能等技术对化工过程进行实时监测和智能 优化，可以实现更精准的能耗管理和节能降耗。
THANKS
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节能技术的实例和分析
实例二
能量系统优化在化工过程中的应用
分析
能量系统优化是一种综合节能技术，通过对整个生产过程的能量进行系统优化，实现能 源利用效率的最大化。在化工过程中，能量系统优化可以通过对工艺流程进行改进、对 设备进行集成等方式实现。优化后的能量系统可以提高生产效率、降低能源消耗和生产
C6化工过程的能量分析之有效能分析
化工热力学 第六章 化工过程热力学分析 第五节 6、化学 的计算：
E X C H H 0 T 0 S S 0
一般规定环境温度T0、环境压力P0以及基准物的种类、状态和组成。
（A）波兰学者斯蔡古特模型：
化工热力学 第六章 化工过程热力学分析 第五节 （B） 日本学者龟山—吉田模型:
其他元素以T0、P0下最稳定的化合物作为该元素的基准物，液 体、固体的基准物浓度（摩尔分数）规定为1。
化工热力学 第六章 化工过程热力学分析 第五节
解 E x ： T （ 0S 0 S ） （ H 0 H ）
P,
T,K
MPa
水
饱和蒸 汽
过热蒸 汽
饱和蒸 汽
饱和蒸 汽
0.101 3
1.013
1.013
6.868
8.611
298 453 573 557.2 573
S (KJ/Kg.K )
0.3674 6.582 7.13 5.826 5.787
6.5865 -819.9 819.9
S0=0.36740化工热力学来自第六章 化工过程热力学分析 第五节
5 热量 的计算：
定义：热量相对于平衡环境态所具有的最大作功能力。EXQ
由卡诺热机效率
k
WS QH
Ex,Q QH
THT0 TH
热物体P，T
恒温 变温
EXQ
Q1
T0 TH
EXQ QH1TTm0
E xT （ 0S 0S ） （ H 0H ）
P,MPa
T,0C H(KJ/Kg )
蒸汽7.00 285 2772.1 蒸汽1.0 179.9 2778.1 0.1013MPa 25(水) H0=104.89
化工过程能量分析
化工过程能量分析引言化工过程能量分析是一种重要的工程分析方法，用于评估化工过程中能量的转化和利用情况。
能量是化工过程中最基础的要素之一，对于化工产品的生产、能源消耗和环境影响起着至关重要的作用。
通过对化工过程的能量分析，可以优化能源利用，减少能源消耗，提高化工工艺的可持续性和经济性。
能量分析的基本原理能量分析基于能量守恒定律，认为能量是不可创造也不可消灭的，只能从一种形式转化为另一种形式。
在化工过程中，能量可以以多种形式存在，如热能、电能、机械能等。
能量分析的基本原理是追踪能量在化工过程中的流动和转化，以确定能量的输入、输出和损失。
能量分析的步骤1.确定能量流的路径：首先需要识别化工过程中能量流的路径，包括原料输入、能量转化和产物输出过程。
通过图表或流程图的形式清晰地表示能量流动的路径。
2.测量和计算能量输入和输出：对于能量流经过的每个环节，需要进行能量输入和输出的测量和计算。
常用的测量工具包括温度计、流量计、压力计等。
通过对能量输入和输出的测量和计算，可以得到能量平衡。
3.确定能量损失和效率：计算能量损失和能量转化的效率是能量分析的重要步骤。
能量损失的原因可以包括传热过程中的热损失、能量转化过程中的不完全转化等。
通过计算能量损失和效率，可以评估化工过程的能量利用情况。
4.优化能量利用：根据能量分析的结果，可以制定相应的措施来优化能量利用。
例如，通过改进设备设计、调整操作条件或采用新的能量转化技术来提高能量利用效率。
实例分析：乙烯生产过程的能量分析以乙烯生产过程为例，对其能量分析进行具体实例分析。
1.能量流路径：乙烯生产过程包括原料输入、反应转化和产物输出三个主要环节。
原料输入包括乙烷和空气，反应转化包括乙烷裂解生成乙烯，产物输出为乙烯。
2.能量输入和输出的测量和计算：通过测量乙烯生产过程中原料和产物的温度、流量和压力等参数，可以计算能量输入和输出。
如乙烷的燃烧产生的热量为能量输入，乙烯产物的冷却散热为能量输出。
化工热力学教案-陈新志-第六章流动系统的热力学原理及应用教案
本章重点介绍稳定流动过程及其热力学原理 1 理论基础
热力学第一定律和热力学第二定律 2 任务
对化工过程进行热力学分析，包括对化工过程的能量转化、传递、使用和损失 情况进行分析，揭示能量消耗的大小、原因和部位，为改进工艺过程，提高能量利用率 指出方向和方法。 3 能量的级别 1）低级能量 理论上不能完全转化为功的能量，如热能、热力学内能、焓等 2）高级能量
∆H − Q
WL =−T0∆S + ∆H − ∆H + Q =−T0∆S + Q 或 − WL = T0∆S − Q
损失功由两部分构成：
1）由过程不可逆性引起的熵增造成
2）由过程的热损失造成
−WL = T0∆S − Q = T0∆S + T0∆S0 = T0∆St = T0∆Sg
表明损失功与总熵变及环境温度的关系
熵平衡方程
δQ d=S T + d Sg
2δQ
∫ 积分式为 = ∆S 1 T + ∆Sg
dSg—熵产生。不可逆过程中， 有序能量耗散为无序热能，并被系统吸收而导致 系统熵的增加。
不是系统的性质，与系统的不可逆过程有关。可逆过程无熵产生 4 稳定流动系统的熵平衡
ΔSf
∑物流(m流i S入i )→
ΔSg
η=W Q1
2）可逆热机效率
η= W = Q1 − Q2 = T1 − T2 = 1 − T2
Q1
Q1
T1
T1
3）熵的定义
3.1）可逆热温商
dS = δ Qrev T
积分得熵变
∆S = S2 − S1 =
∫ 2 δ Qrev
1T
化工热力学第六章化工过程能量分析
Sg 0 Sg 0 Sg 0
不可逆过程 可逆过程 不可能过程
6.2.2 熵平衡方程式
熵平衡的一般关系式:
熵入 熵出 熵产生 熵积累
熵流 S f (Q T )
物流流入
mi si
i
in
物流流出
Sg
m js j
j
out
mi si
in
j
mjsj
out
敞开系统放热为负（ QK ）0，吸热 Q为K 正值。
TK 是与敞开系统换热热源的绝对温度。
（6-16）
（1）敞开系统稳定流动过程:
对于稳流过程： dSopsys 0 dt
0
dSopsys dt
S f
Sg
i
misi
in j
mjsj
out
式（6-16）变为
亚音速
超音速
（2）扩压管: 在流动方向上流速降低、压力增大的 装置称为扩压管。
根据此式（6-8）、（6-9）可计算流体终温、质量流速、 出口截面积等, 因此它是喷管和扩压管的设计依据。 由热力学基本关系式可知
dH TdS Vdp Q Vdp 过程的 Q ，0 但T≠0，所以 dS 0
热力学第一定律及其应用
14、市场营销观念：目标市场，顾客需求，协调市场营销，通过满足消费者需求来创造利润。2024年9月15日星期日下午8时36分12秒20:36:1224.9.15
15、我就像一个厨师，喜欢品尝食物。如果不好吃，我就不要它。2024年9月下午8时36分24.9.1520:36September 15, 2024
Z
Vj
uj
化工热力学_Chapter6-7_习题与解答_III_201406
化工热力学chapter67习题与解答iii201406热力学第一定律习题化工热力学习题工程热力学习题化工热力学习题精解基础会计习题与解答数值分析习题解答固体物理学习题解答合同法习题集及解答和声学教程习题解答
化工热力学习题课-III （第六章、第七章） June 13, 2014
第六章 化工过程的能量分析 作业题(1,2)_(May 16 & 23, 2014)
取整个装置为体系，忽略各设备散热损失，且冷凝器出口的冷却水所 携带的㶲通常难以利用，可忽略，则总㶲损：
DK总 Ex5 -Ex6 Ws 4.438 106 0.9731106 1.2152 106 2.250 106 kJ
对废热锅炉作㶲衡算，忽略热损失，又无功交换，Ws=0，其㶲损：
热力化学第六章 化工过程热力学分析
Wid 耗功：a WS
T0 T0 Q低 Q 1 1 T L T I a T0 Q高 1 T H
T0 1 T L T0 1 T H
100%转化为理想功。 100%转化为理想功。
E XP
E XPh 部分转化为理想功。 E XC 部分转化为理想功。
稳流过程，流体具有的总有效能为：
EX EXK EXP EXPh EXC
6.3 过程热力学分析法
1）动能 和位能 100%转化为理想功。
E XK
2） 物理
6.2 化工单元过程的热力学分析
1. 流体流动过程的热力学分析 问题的提出： 由于流体流动有摩擦，包括流体的内摩擦及 流体与管道、设备的摩擦，使流体的一部分机械 能耗散为热能，导致功损耗，并有熵产生。 流体流动的推动力是压力差，为不可逆过程， 也有熵产生。 讨论流体流动过程的功损耗应首先找出熵产生 与压力降之间的关系：Δ Sg Δ p
6.2 化工单元过程的热力学分析
(4)换热过程的热力学效率： 例题6-9
H L Wid WL Wid a H H Wid Wid 无温差的传热过程，若无散热损失： a 1，但实际 生产中均为不可逆的有温差传热：
H L Wid Wid
a 1
思考： (1)热量全部回收，仍有功耗，为什么？
T Q ) Q(1 0 ) T T
|QH|=|QL|=Q
T0 ) TH T L Wid Q (1 0 ) TL
H Wid Q (1
损耗功： WL W
H id
T0 (TH TL )Q W TH TL
L id
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2020/1➢0/2常9 用的状态函数有P，V，T，U，H，S，A，G
§6.0 热力学基本概念复习
“状态一定值一定，殊途同归值变等，周而 复始变化零。”
循环过程： 状态1 状态2 状态3
△H=0,△U=0,△V=0,△S体系=0（当然 △S总≠0)
如：
2020/10/29
dS Q
T
§6.0 热力学基本概念复习
▪ 4、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
带活塞的气缸
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。
2020/10（/29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
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§6.0 热力学基本概念复习
3、过程
➢指体系自一平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）。
➢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。
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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%。 我国的单位产值能源消耗量比世界先进水平高得多， 主要原因在于分离过程的能耗大大高于发达国家。
CH3 + CH4
+ C2H4
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8C + C2H4
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化工过程能量分析实例
中间 加热器
水蒸气
A
B
加热炉
第一段脱氢 反应器
第二段脱氢 反应器
乙苯+水蒸气
混合器
图1 乙苯脱氢反应模拟流程
反应产物去急 冷后处理系统
换热器
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▪ 1、体系与环境
环境
体系
▪ 2、状态和状态函数 ▪ 3、过程 ▪ 4、热和功
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1、体系与环境
体系（System） 在科学研究时必须先确定
研究对象，把一部分物质与其 余分开，这种分离可以是实际 的，也可以是想象的。这种被 划定的研究对象称为体系，亦 称为物系或系统。 环境（surroundings）
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§6.0 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。
又称为隔离体系。有时把封闭体系和体系影响所及的环 境一起作为孤立体系来考虑。
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2、状态§6和.0状态热函力数学基本概念复习
▪ 状态：某一瞬间体系呈现的宏观状况。 ▪ 平衡状态：在没有外界影响的条件下，如果
体系的宏观状态不随时间而改变，则称体系 处于热力学平衡状态。
➢ 热平衡，力平衡，相平衡，化学平衡，即温度差， 压力差，化学位差均为零。
第六章 化工过程的能量分析
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2020/10/29
本章内容
§6.0 热力学基本概念复习 §6.1 热力学第一定律与能量平衡方程 §6.2 热功转换 §6.3 熵 §6.4 理想功和损失功 §6.5 火用及其计算
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2020/10/29
§6.0 热力学基本概念复习
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：爆炸、节流、气体向真空自由膨胀等
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§6.0 热力学基本概念复习
▪ 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．
——无限小的沙子。
P,V,T
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。
化工过程能量分析实例
• 反应器：烧重油加热反应物至560~620oC，产生高温烟 道气
• 第三过热器：利用高温烟道气加热高温反应物 • 第二过热器：利用高温产物加热中温反应物 • 蒸发器：利用中温烟道气加热低温反应物 • 废热锅炉：利用中温产物产生水蒸汽 • 我的印象：一个反应需要一个车间来完成（三层楼） • 我的体会：目的是能源的最大化利用（不是仅总能量的
与体系密切相关、有相互 作用或影响所能及的部分称为 环境。
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体系分类
根据体系与环境之间的关系，把体系分为三类：
（1）敞开体系 体 系与环境之间既有物质 交换，又有能量交换。
（2）封闭体系 体系与环境之间无物பைடு நூலகம்
质交换，但有能量交换。
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体系分类
（3）孤立体系（isolated system） 体系与环境之间既无物质交换，又无能量交换，故
• 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。
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化工过程能量分析实例
• 南京塑料厂乙苯脱氢制苯乙烯
C2H3 苯乙烯 + H2
C2H5 560~620oC 乙苯