C6化工过程的能量分析.pptx
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
mdU Q Ws (6-11)
又因封闭体系流动功为零,由式(6-5)得 δW =δWS 于是有
mdU Q W
对单位质量的体系
dU Q W
(6-12)
(2)稳态流动体系 ➢ 敞开体系:体系和环境有物质和能量的交换
➢ 流动过程有如下特点
(1)设备内各点的状态不随时间变化 (2)垂直于流向的各个截面处的质量流率相等。
Q
H
1 2
u 2
gZ
Q
Ws
Z1ห้องสมุดไป่ตู้
WS
单位:J/kg
u2 p2,T2,V2,U2,H2 Z2
一些常见的属于稳流体系的装置
混合装置
喷嘴
透平机
扩压管
节流阀
压缩机
换热装置
化工生产中,绝大多数过程都属于稳流过程,在 应用能量方程式时尚可根据具体情况作进一步的简化。 现讨论几种常见情况。
① 流体流经压缩机、膨胀机,进、出口之间的动能变 化、位能变化与焓变相比较,其值很小,可忽略不 计。(动能为1 kJ/kg时,所需速度为45m/s。位能 为1 kJ/kg时,所需高度为102米。在许多工业装置 中,进出口物料一般没有这样大的变化。),则式 (6-13)可简化为
在各种热力学过程中,体系和环境之间往往发生能 量的传递。能量传递的形式有两种,即热和功。
通过体系的边界,体系与体系(或体系与环境) 之间由于温差而传递的能量叫做热。
由于存在温差以外的其它势差而引起体系与环境 之间传递的能量叫做功。
需要指出:
v 热和功不是状态函数,热和功是能量的传递形式。 它们的值与过程进行的途径和方式有关。不同的途 径传递的热和功是不同的。
H
1 u2 2
gZ
1
m1
dt
H
1 u2 2
gZ
2
m2
dt
Q
dt
Ws
dt
d mE
dt
d mE 0, m1 m2 m
H
1 2
u2
gZ
m
1
H
1 2
u2
gZ
m
2
Q
Ws
0
u1
p1,T1,V1,U1,H1
H
1 2
u2
gZ
m 1
H
1 2
u2
gZ
m 2
Q
Ws
0
6.1 能量平衡方程
6.1.1 能量守恒与转化
能量守恒与转化定律是自然界
的客观规律。 自然界的一切物
质都具有能量,能量有各种不
同的形式,可以从一种形式转 化为另一种形式,但总能量是 守恒的。(能量数量守恒)
Helmholtz (1821 - 1894)
1847年, 德国物理学家和生物学家 Helmholtz 发表了 “ 论力的 守衡” 一文,全面论证了能量守衡和转化定律。
(1) 封闭体系
封闭体系是指体系与环境之间的界面不允许传递物 质,而只有能量交换,即δm1=δm2=0,于是能量方程式 (6-9)变成
d (mE)体系 Q Ws (6-10)
封闭系统进行的过程通常都不能引起外部的势 能或动能变化,而只能引起内能变化,即
d
u2 2
d
( gZ
)
0
又m为常数,式(6-10)中d(mE)体系=mdE=mdU,所以
H Q Ws
(6-16)
蒸汽透平
透平机和压缩机
透平机是借助高压流体的 膨胀减压过程来产出功
压缩机是靠消耗功来提高 流体的压力
透平机和压缩机
H
1 2
u 2
gZ
Q
Ws
H Ws
是否存在轴功?
是!
是否和环境交换热量? 通常可以忽略
位能是否变化?
不变化或者可以忽略
动能是否变化?
通常可以忽略
② 当流体流经管道、阀门、换热器与混合器等设备时
gZ
Q
Ws
是否存在轴功?
否
H 0
(6-18)
是否和环境交换热量? 通常可以忽略
位能是否变化?
否
动能是否变化?
通常可以忽略
即 H1 H2
等焓过程
换热设备
若取整个换热器作为体系, 忽略与环境交换的
E
U
EK
Ep
U
1 2
u2
gZ
H U pV
H
1 u2 2
gZ
1
m1
dt
H
1 u2 2
gZ
2
m2
dt
Q
dt
Ws
dt
d mE
dt
H
1 u2 2
gZ
i
mi
dt
H
1 u2 2
gZ
j
mj
dt
Q
dt
Ws
dt
d mE
dt
6.1.3 能量平衡方程的应用
对一个过程进行能量恒算或能量分析时,应该根据过 程的特征,正确而灵活地将能量平衡方程式应用于不同的 具体过程。
v 热和功只有当体系由于过程的进行而发生变化时 才出现。它们只有在过程发生时才有意义,也只有 联系某一具体的变化过程时,才能够计算出热和功 来。
v 热和功都是被传递的能量,当能量以热的形式传 入体系后,不是以热的形式储存,而是增加了该体 系的内能。
化工过程涉及到的能量:物质的能量和能量的传递。 ✓ 物质的能量(以1kg为基准) 1. 热力学能:U 分子尺度层面上的物质内部 的能量 2. 动能:EK=1/2u2 3. 势能(位能):Ep=gZ ✓ 能量的传递: 1. 热:Q 2. 功:W
第六章 化工过程的能量分析
6.1 能量恒算方程 6.2热功转化和熵函数 6.3 理想功、损失功和热力学效率 6.4 有效能和无效能 6.5 有效能恒算和有效能分析
本章运用热力学的第一与第二定律,应用理想功、 损失功、有效能和无效能等概念对化工过程中能量的转 换、传递与使用进行热力学分析,评价过程或装置能量 利用的有效程度,确定其能量利用的总效率,揭示出能 量损失的薄弱环节与原因,为分析、改进工艺与设备, 提高能量利用率指明方向。
6.1.2 能量平衡方程
从能量守恒可导出普遍条件下适用的能量平衡方程。
m1 m2 dm
dt dt dt
p1,T1,V1,U1,u1,H1 δm1
W W f+WS
V
W f F l pA A pV
Z1
δWs, δQ
dE/dt, dm/dt,
p2,T2,V2,U2,u2,H2 δm2
H
1 2
u 2
gZ
Q
Ws
是否存在轴功?
否
H Q
(6-17)
动能是否变化?
通常可以忽略
位能是否变化?
通常可以忽略
式( 6 -17)表明体系的焓变等于体系与环境交换的 热量。此式是不对环境作功的稳流体系进行热量恒算 的基本关系式。
③ 流体经过节流膨胀、绝热反应、绝热混合等绝 热过程时
H
1 2
u 2
W
WS
pV
m 1
pV m 2
Z2
E m 1
E m
2
Q
W
d mE
dt
dt
dt dt
dt
E
m 1
E m 2
pV m 1
pV m 2
Q
Ws
d mE
dt
dt
dt
dt
dt dt
dt
E m 1
E m 2
pV
m 1
pV m 2
Q
Ws
d mE
dt
dt
dt
dt
dt dt
dt
单位质量的总能量表达: