第6章 化工过程的能量分析
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第2章流体的P-V-T关系基本要求1.掌握状态方程式和用三参数对应态原理计算PVT性质的方法。
2.了解偏心因子的概念,掌握有关图表及计算方法。
1.状态方程:在题意要求时使用该法。
①范德华方程:常用于公式证明和推导中。
②R—K 方程:③维里方程:2.普遍化法:使用条件:在不清楚用何种状态方程的情况下使用。
三参数法:①普遍化压缩因子法②普遍化第二维里系数法第3章纯物质的热力学性质本章要求1.掌握热力学性质间的基本关系式,并能用P-V-T关系计算有关热力学性质。
2.了解热力学性质图、表的制作原理,学会工程上常用热力学图表的使用。
重点弄清剩余性质的概念,并能计算。
3.1 热力学性质间的关系dU TdS pdV =- H=U+PV dH TdS Vdp =+A=U-TS d A S d T p =--G=H-TS d G S d T V =-+Maxwell 关系式S V T P V S ∂∂⎛⎫⎛⎫=- ⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭ S PT V P S ∂∂⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭V TP S T V ∂∂⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭P TV S T P ∂∂⎛⎫⎛⎫=- ⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭推荐记忆法:T → V↑↓顺②P → S 逆①其中,顺②=逆①时,S P ∂⎛⎫ ⎪∂⎝⎭带“-”号要求:根据热力学第一定律,结合状态函数和数学知识,推导得出有关热力学性质之间的关系式。
推导H ∆和S ∆的计算公式的一般步骤:1.任意设关系。
------依题意,根据经验得出一推导简便的关系式2.利用全微分性质的公式过渡。
3.用Maxwell 关系式或热力学第一定律进行变换。
4.根据不同情况,运用数学知识变换。
此时有两条经验:①下标为P.V 的U ∂⎛⎫ ⎪⎝⎭,H ∂⎛⎫ ⎪⎝⎭,S ∂⎛⎫⎪⎝⎭的偏导数,常与pC ,Cv 有关。
②下标为H ,U ,S ,A ,G 的偏导数,一般应先利用偏微分转换公式换去下标为H ,U ,S ,A ,G 的偏导式,然后再进行推导。
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 。
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。