化工过程的能量分析概论

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
1.2 能量平衡方程 1 封闭体系的能量平衡方程，形式为
式中W为体积膨胀功W
2 容量性质的数量衡算
进入体系的量-离开体系的量=体系积累的量
可得到体系的物料平衡和能量平衡方程式 物料平衡方程
熵增原理
自然界一切能够进行的过程都是向着熵增大的方向进行的。 通过以上讨论，我们可以得到以下结论：
⑴自然界一切自发进行的过程都是熵增大的过程； ⑵自发过程向着熵增大的方向进行； ⑶自发进行的限度；
3理想功、损失功和热力学效率
1）理想功 2 )损失功 3 )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。
热力学效率 要想获得理想功，工程就必须实在完全可逆的情况下进
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合理用能的基本原则是按质用能，按需供能。尽量做 到能进启用，防止能量的无偿降级；应在技术和经济许可 的前提下，采取各种措施，寻求过程的最佳推动力，以提 高能量的利用率；合理组织能量的多次梯次利用，先用功 后用热，将能量逐级使用
2）熵函数与熵增原理
熵函数 熵是与系统内部分子运动混乱程度相联系的热力学性质。
通过研究热机的效率推导出熵函数的定义式
只有体系的某状态函数，当经历一个循环后，其函数的 净增量才等于零。 熵定义，由卡诺效率推导出
熵变
热力学第二定律的数学表达式
因为
可逆过程：
不可逆过程：
这两个式子说明，可逆过程的熵变等于其热温商，不可逆 过程的熵变则大于其热温熵。
有效能的定义是系统由所处的状态变到基准态时所提 供的理想功，对于稳定流动过程，流体的有效能系有动能 有效能、势能有效能、物理有效能和化学有效能构成，一 般情况下，前两种有效能课忽略。当系统处于基准态时， 各部分有效能均为零。
5化工过程能力分析及合理用能
化工过程的热力学分析，是利用热力学第一、第二定律 分析过程中消耗功的大小及产生原因，以提高生产过程能 量的利用率。
Δh+gΔz+1\2Δu2=q+ws
2热力学第二定律—热功转化与熵函数
1）基本概念 2）熵函数与熵增原理
1）基本概念
自发过程是不消耗功即可进行的过程； 非自发过程需要消耗功才可进行。 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。
能量平衡方程
进入体系的能量=
+
+
离开体系的能量=
+
+
体系积累的能量=
能量衡算式为
注意：⑴E—单位质量流体的总能量，它包含有内能、动能 和位能 ⑵PV—流动功，表示单位质量流体对环境或环境对流 体所作的功 ⑶Ws—单位流体通过机器时所作的轴功，可逆轴功为
1.3 热力学第一定律的表达式
开系稳流系统能量平衡式： ΔH+mgΔz+1\2mΔu2=Q+W
1能量平衡方程---热力学第一定律
1.1热力学第一定律的实质 1.2能量平衡方程 1.3热力学第一定律公式
1.1热力学第一定律的实质 用数学式来表示就是
Δ（体系的能量）+Δ（环境的能量）=0或 Δ（体系的能量）=-Δ（环境的能量）
有关体系的概念
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
二 化工过程的能量分析
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。 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。
主要内容
1能量平衡方程---热力学第一定律 2热力学第二定律及应用 3理想功、损失功和热力学效率 4有效能 5化工过程能力分析及合理用能
行。由于实际过程都是不可逆的，因此实际提供的ws必然 小于理想功，两者之比称为热力学效率。
产生过程
消耗过程
4 有效能
能量可分为两部分，一部分课转变为有用功（Ex)，另 一部分不能转变为有用功的部分称为无效能（AN).
对于可逆过程， 有效能无损失，全部转变为功。 对不可逆工程， 有效能减小，ΔEx <0,但无效能增加， ΔAN>0，有效能的减少量应等于无效能的增加量， -ΔEX = ΔAN,ΔAN即为损失功。