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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 。
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第6章化工过程能量分析6-1压力为1.906MPa(绝)的湿蒸汽经节流阀膨胀到压力为0.0985MPa(表)的饱和蒸汽。
假设环境压力为0.1MPa，试求原始蒸汽的干度是多少？6-2 压力为1.5MPa，温度为320℃的水蒸气通过一根φ0.075m的标准管，以3m.s-1的速度进入透平机。
由透平机出来的乏气用φ0.025m的标准管引出，其压力为35kPa，温度为80℃。
假定无热损失，试问透平机输出的功率为多少？6-3水蒸气在透平机中等熵膨胀，其状态有6MPa、600℃变为10kPa。
如果水蒸气的质量流率为2kg.s-1，试计算透平机的输出功率。
6-4 某特定工艺过程每小时需要0.188MPa，品质(干度)不低于0.96、过热度不大于7℃的蒸汽450kg。
现有的蒸汽压力为1.794MPa、温度为260℃。
(1) 为充分利用现有蒸汽，先用现有蒸汽驱动－蒸汽透平，而后将其乏气用于上述特定工艺工程。
已知透平机的热损失为5272kJ.h-1，蒸汽流量为450kg.h-1，试求透平机输出的最大功率为多少kW。
(2) 为了在透平机停工检修时工艺过程蒸汽不至于中断，有人建议将现有蒸汽经节流阀使其降至0.188MPa，然后再经冷却就可得到工艺过程所要求的蒸汽。
试计算节流后的蒸汽需要移去的最少热量。
6-5 某理想气体(相对分子质量为28)在0.7MPa、1089K下，以35.4kg.h-1的质量流量进入一透平机膨胀到0.1MPa。
若透平机的输出功率为3.5kW，热损失6710kJ.h-1。
透平机进、出口连接钢管的内径为0.016m，气体的比热容为1.005kJ.kg-1.K-1，试求透平机排气的温度和速度。
6-6CO2气体在1.5MPa、30℃时稳流经过一个节流装置后减压至0.10133MPa。
试求：CO2节流后的温度及节流过程的熵变。
6-7 2.5MPa、200℃的乙烷气体在透平中绝热膨胀到0.2MPa。
试求绝热可逆膨胀(等熵)至中压时乙烷的温度与膨胀过程产生的轴功。
