06《化工热力学》第六章化工过程的能量分析
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化工热力学第6章PPT幻灯片
i
j
对于封闭系统，则为 St+t - St = S=S f +Sg
对于敞开的稳流过程，由于系统状态不随时间变化，则系统 熵的积累为0
St+t - St = 0
S f +Sg + miSi - mjS j =0
i
j
S f +Sg + miSi - mjS j =0
i
j
对某些特定的过程，可进行如下简化：
例题6-2 求298K，0.1013MPa的水变成273K，同压力下冰
的过程的理想功。设环境温度分别为(1) 25℃;(2) -5℃。
已知273K冰的熔化焓变为334.7kJ.kg-1。
解：如果忽略压力对液体水的焓和熵的影响。查附录C-1水 的性质表得到298K时水的有关数据，
H1
H
s,l 1
104.89kJ
δQ /T流入系统，该熵变常称为熵流，记为ΔSf ，
Q
dSf T
传递的热量可正，可负,可零，因此熵流也亦可正，可负，可 零。功的传递不会直接引起系统的熵流。但功的传递进入系统 可间接引起系统的熵变。
系统熵的累
敞开系积统(t的为熵某一平衡方程式为
时刻)
St+t - St = S f +Sg + miSi - mjS j
电机的轴功 势能变化
Ws
1.5 3600 11583 .6
0.466kJ kg 1
gz 9.815103 0.147kJ kg1
将上述各项代入式（6-5），得到
H Q WS gz 215.8(0.466) 0.147 215.48kJkg1
从附录C-1饱和水性质表中可查得90℃时饱和液体的焓
热力学第六章ch6有效能-10ss
第6章 化工过程能量分析
6.1 热力学第一定律及其应用 6.2 热力学第二定律及其应用
6.3 理想功、损失功和热力学效率 6.4 有效能 6.5 化工过程能量分析
6.4 有效能
从最原始的含义来说，热力学是研究能量的科 学。
能源危机 用热力学原理，认识能量，了解能量，在生产 实践中指导人们合理地使用能量，节约能量是 现代热力学的一项重要任务。 能量有效利用：对化工过程进行热力学分析， 是热力学近三十年来最重要的进展。
对恒温热源，其热量有效能为
E x ,Q T0 Q 1 T
(6-31)
对变温热源(如由T1变到T2)，其热量有效能为： T
E x ,Q
T0 Q 1 T m
0 E x ,Q Q 1 T m
(6-32)
(6-36，37)
1）共同点：都用以表示能量品质的高低，并以作 出的最大功来计算，都是从热力学第一、第二 定律推导而得。 2) 区别
理想功是对两个状态(过程)而言，可正可负，而 有效能是对某一状态而言，与基准态有关，只 为正值。
对理想功，其始态和终态不受任何限制，而
有效能的终态必须是基准态(环境状态)。
的方法计算。
P250 例6-11
E x ( H H 0 ) T0 ( S S 0 ) 蒸汽的有效能为： 假设蒸汽用来加热，不作轴功，蒸汽所放出的 热即 H H H 0
压力p MPa 温度T K
S kJ/kg. K
状态
H kJ/kg
H- H0 kJ/kg
Ex kJ/kg
p0＝1atm (101.325 kPa)
6.1 热力学第一定律及其应用 6.2 热力学第二定律及其应用
6.3 理想功、损失功和热力学效率 6.4 有效能 6.5 化工过程能量分析
6.4 有效能
从最原始的含义来说，热力学是研究能量的科 学。
能源危机 用热力学原理，认识能量，了解能量，在生产 实践中指导人们合理地使用能量，节约能量是 现代热力学的一项重要任务。 能量有效利用：对化工过程进行热力学分析， 是热力学近三十年来最重要的进展。
对恒温热源，其热量有效能为
E x ,Q T0 Q 1 T
(6-31)
对变温热源(如由T1变到T2)，其热量有效能为： T
E x ,Q
T0 Q 1 T m
0 E x ,Q Q 1 T m
(6-32)
(6-36，37)
1）共同点：都用以表示能量品质的高低，并以作 出的最大功来计算，都是从热力学第一、第二 定律推导而得。 2) 区别
理想功是对两个状态(过程)而言，可正可负，而 有效能是对某一状态而言，与基准态有关，只 为正值。
对理想功，其始态和终态不受任何限制，而
有效能的终态必须是基准态(环境状态)。
的方法计算。
P250 例6-11
E x ( H H 0 ) T0 ( S S 0 ) 蒸汽的有效能为： 假设蒸汽用来加热，不作轴功，蒸汽所放出的 热即 H H H 0
压力p MPa 温度T K
S kJ/kg. K
状态
H kJ/kg
H- H0 kJ/kg
Ex kJ/kg
p0＝1atm (101.325 kPa)
第六章 化工过程的能量分析1
1、能量衡算。 2、分析能量品位的变化。
– 化工过程总是伴随着能量品位的降低 。 – 一个效率较高的过程应该是能量品位 降低较少的过程。 – 找出品位降低最多的薄弱环节，指出 改造的方向。
§6.1热力学第一定律与能量平衡方程
• §6.1.1 热力学第一定律 • §6.1.2 稳定流动体系的热力学原理 • §6.1.3 稳流体系能量平衡方程及其应用
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。
➢ 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。
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。 • 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。
基本概念
• 能量不仅有数量，而且有质量（品位）。 • 功的品位高于热 。 • 高级能量：
– 能够完全转化为功的能量，如机械能、 电能、水力能和风能等； • 低级能量： – 不能完全转化为功的能量，如热能、焓 等。 • 高温热源产生的热的品位比低温热源产生的热的 品位高。
化工热力学的任务
化工过程的热力学分析
• 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：
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。
– 化工过程总是伴随着能量品位的降低 。 – 一个效率较高的过程应该是能量品位 降低较少的过程。 – 找出品位降低最多的薄弱环节，指出 改造的方向。
§6.1热力学第一定律与能量平衡方程
• §6.1.1 热力学第一定律 • §6.1.2 稳定流动体系的热力学原理 • §6.1.3 稳流体系能量平衡方程及其应用
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。
➢ 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。
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。 • 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。
基本概念
• 能量不仅有数量，而且有质量（品位）。 • 功的品位高于热 。 • 高级能量：
– 能够完全转化为功的能量，如机械能、 电能、水力能和风能等； • 低级能量： – 不能完全转化为功的能量，如热能、焓 等。 • 高温热源产生的热的品位比低温热源产生的热的 品位高。
化工热力学的任务
化工过程的热力学分析
• 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：
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。
化工过程的能量分析
能量集成与管理(热交换网络)
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
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
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