化工热力学课件化工专业本科阶段-(8).ppt
- 【下载声明】
1. 本站全部试题类文档,若标题没写含答案,则无答案;标题注明含答案的文档,主观题也可能无答案。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
2. 本站全部PPT文档均不含视频和音频,PPT中出现的音频或视频标识(或文字)仅表示流程,实际无音频或视频文件。请谨慎下单,一旦售出,不予退换。
3. 本页资料《化工热力学课件化工专业本科阶段-(8).ppt》由用户(三亚风情)主动上传,其收益全归该用户。163文库仅提供信息存储空间,仅对该用户上传内容的表现方式做保护处理,对上传内容本身不做任何修改或编辑。 若此文所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即通知163文库(点击联系客服),我们立即给予删除!
4. 请根据预览情况,自愿下载本文。本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
5. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007及以上版本和PDF阅读器,压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 化工 热力学 课件 专业本科 阶段
- 资源描述:
-
1、1第七章第七章化工过程的能量分析化工过程的能量分析 27.1 7.1 理想功和损失功理想功和损失功 n理想功和损失功法(熵分析法):理想功和损失功法(熵分析法): 是以是以热力学热力学第一定律为基础第一定律为基础,与理想功进行比较,用热效率,与理想功进行比较,用热效率评价。评价。n有效能分析法(火用分析法)有效能分析法(火用分析法) : 将将热力学第一热力学第一定律,热力学第二定律定律,热力学第二定律结合起来,对化工过程每结合起来,对化工过程每一股物料进行分析,是用有效能效率评价。一股物料进行分析,是用有效能效率评价。 目前进行化工过程热力学分析的方法大致有目前进行化工过程热力学分析的方法大致
2、有两种两种:3一一. . 理想功理想功 定义:定义: 体系以可逆方式完成一定的状态变化,理论体系以可逆方式完成一定的状态变化,理论上可产生的最大功上可产生的最大功( (对产功过程对产功过程) ),或者理论上必须消耗,或者理论上必须消耗的最小功的最小功( (消耗过程消耗过程) ),称为理想功。,称为理想功。WmaxWmax ( (WminWmin) )体系以状态体系以状态1 1状态状态2 2完全可逆完全可逆要注意要注意: : 完全可逆完全可逆状态变化可逆;状态变化可逆;系统内的所有变化是完全可逆的传热可逆传热可逆( (物系与环境物系与环境) )系统和环境之间的能量 交换,例如传热过程也是可逆的4
3、流动过程理想功的计算式流动过程理想功的计算式对于稳流过程,热一律表达式为:对于稳流过程,热一律表达式为: SWQZgCH221忽略动,势能变化忽略动,势能变化 SWQH若可逆若可逆 STQ0STHWid0( (7-41) 7-41) 稳流过程理想功稳流过程理想功 5注意点:注意点: 不忽略进出口的动能,势能的变化。完整的表达式为:不忽略进出口的动能,势能的变化。完整的表达式为:体系经历一个稳流过程,状态发生变化,即可计算其体系经历一个稳流过程,状态发生变化,即可计算其理想功,理想功的值决定于体系的始、终态与环境温度,理想功,理想功的值决定于体系的始、终态与环境温度,而与实际变化途径无关。而与实
4、际变化途径无关。要区别可逆轴功与理想功这两个概念要区别可逆轴功与理想功这两个概念对绝热过程对绝热过程对不做轴功的过程对不做轴功的过程ZgCSTHWid2021cSRidWWW0CW0SRWSRidWWcidWW 6二损失功二损失功WL n定义:体系完成相同状态变化时,实际功和理想功定义:体系完成相同状态变化时,实际功和理想功的差值的差值n数学式:数学式: idacLWWW对稳流体系对稳流体系 STHWOidQHWWSacQSTSTHQHWOOL( (7-43)7-43)surOSTQtOsurOsysOLSTSTSTW( (7-44a)7-44a)7三 热力学效率sidTidsTWWWW需要功
5、产生功8结论:结论: tSLWOTLW0tS0LW0tS0LWacidWW1acaaidWW热力学效率acidWW 1acidWW(1 1)(2 2)(3 3)可逆过程)可逆过程有关有关与与有关有关与与实际过程实际过程对产功过程:对产功过程:对耗功过程:对耗功过程: 9n例例7-1. 试确定试确定1kmol的蒸气的蒸气(1470kPa,过热到,过热到538,环境温度,环境温度t0=16)在流动过程中可能得到的最)在流动过程中可能得到的最大功。大功。三三 应用举例应用举例10解:这是求算1kmol的蒸气由始态(538,1470kPa)变化到终态(16,101.32kPa)的液体水时所得到的最大功
6、。由过热水蒸气表查得初始态时的焓与熵分别为H1=3543.34kJ/kg, S1=7.6584kJ/(kgK)由饱和水蒸气表可查得终态时水的焓与熵分别为 H2=67.18kJ/kg, S2=0.2389kJ/(kgK)所以过程的焓变和熵变分别为H =M(H2H1)=18.02(67.183543.34)=62640.33(kJ/kmol)S=M(S2S1)=18.02(0.23897.6584)=133.6994(kJ/(kkmolK)若理想功为所能提供的最大有用功,则Wid=HT0S=62640.33(16273.15)(133.6994) =2.398104(kJ/kmol)11例例7-2
7、. 1kg的水在的水在100kPa的恒压下从的恒压下从20加热到沸点,加热到沸点,并且在此温度下完全蒸发,如果环境温度为并且在此温度下完全蒸发,如果环境温度为20,试问,试问加给水的热量中最大有多少可转变成功量。加给水的热量中最大有多少可转变成功量。12解:100kPa压力下水的沸点约为100,有水蒸气表查得H1=2676.1kJ/kg, S1=7.3549kJ/(kgK)在环境温度(T0=t0273.15=293.15K)下,100kPa压力下水的焓和熵为 H0=83.96kJ/kg, S0=0.2966 kJ/(kgK)所以加给水的热量为 Qp=H=H1H0=2676.183.96=259
8、2.1(kJ/kg)13523.0100%100%20.1%2592.1idpWQ100kPa压力下水蒸气转化为20的水所能产生的最大功为 Wid=HT0S =2592. 1293.15(0.29667.3549)=523.0(kJ/kg) 加给水的热量中最大可能转变成功量部分所占的百分数为14例例7-3在一个往复式压气机的实验中,环境空气从在一个往复式压气机的实验中,环境空气从100kPa及及5压缩到压缩到1000kPa,压缩机的气缸用,压缩机的气缸用水冷却。在此特殊实验中,水通过冷却夹套,其流水冷却。在此特殊实验中,水通过冷却夹套,其流率为率为100kg/kmol(空气)。冷却水入口温度为
9、(空气)。冷却水入口温度为5,出口温度为,出口温度为16,空气离开压缩机时的温度,空气离开压缩机时的温度为为145。假设所有对环境的传热均可忽略。试计。假设所有对环境的传热均可忽略。试计算实际供给压气机的功和该过程的理想功的比值。算实际供给压气机的功和该过程的理想功的比值。假设空气为理想气体,其摩尔定压热容假设空气为理想气体,其摩尔定压热容CP=29.3kJ/(kmolK)。)。15解:以被压缩的空气为系统,以1kmol空气作为基准。假设空气为理想气体,在此过程中空气放出的热量为Q=WWCP,W(touttin)式中WW为冷却水的流率;CP,W为水的热容,取值为4.18kJ/(kgK),tou
10、t和tin分别为冷却水的出、入口温度。所以Q=1004.18(165)=4.598103(kJ/kmol)压缩过程中空气的焓变为 21321()29.3(1455)4.102 10 (/)TPPTHC dTCTTkJ kmol16H21221211lnln(/)ln(/)TPPTCpSdTRCTTRppTp145273.15100029.3ln8.314ln7.199(/()5273.15100SkJkmol K 若忽略此压缩过程中动能和势能的变化,则所需的功为WS=Q =4.1021034.598103=8.700103(kJ/kmol)过程的熵变可以按下式计算17Wid=HT0因此实际供给
11、压气机的功与该过程的理想功的比值为 S=4.102103278.15(7.199)=6.104103(kJ/kmol)WS/Wid=8700/6104=1.425所以压缩过程的理想功为18例例7-4 1.57MP7-4 1.57MPa, a, 757K757K的过热水蒸汽推动透平机作的过热水蒸汽推动透平机作功,并在功,并在0.0687 0.0687 MPMPa a下排出。此透平机既不绝热也下排出。此透平机既不绝热也不可逆,输出的轴功相当于可逆绝热膨胀功的不可逆,输出的轴功相当于可逆绝热膨胀功的8585。由于隔热不好,每千克的蒸汽有由于隔热不好,每千克的蒸汽有7.127.12KJKJ的热量散失的
12、热量散失于于293293的环境。求此过程的理想功,损失功及热力的环境。求此过程的理想功,损失功及热力学效率。学效率。 19分析分析 求:求: idWLW20解:解:1 1查过热水蒸汽表查过热水蒸汽表, , 内标计算内标计算H1,S1MPaP57.11CKT01484757当当 MPaP5 . 1111TT 1H1S4404845 .33421H4405005 .33421 .347314405003940. 75698. 74404843940. 71SKgKJH/3 .34381KKgKJS./5229. 71MPaP0 . 2 11 1TT 1H 1S当当4405005 .33356 .3
13、4674404845 .3335 1H4405002540. 75434. 74404842540. 7 1S21KgKJH/4 .3432 1KKgKJS./4662. 7 1当当MPaP57. 11CKT014847575 . 10 . 25 . 157. 11 11HHHH5 . 10 . 25 . 157. 11 111SSSS故故 H H1 1=3437.5KJ/Kg =3437.5KJ/Kg S S1 1=7.5150KJ/Kg.K =7.5150KJ/Kg.K 2 2 求终态热力学性质求终态热力学性质可逆绝热膨胀可逆绝热膨胀 aMPP0678. 02S S1 1=S=S22S S
14、1 1=S=S22=7.5150 KJ/Kg.K =7.5150 KJ/Kg.K 22当当P2=0.0678MPa时,对应的饱和蒸汽时,对应的饱和蒸汽S Sg g为为 6 . 07 . 05320. 74797. 76 . 0678. 05320. 7gS gSS2S Sg g=7.4912 KJ/Kg.K=7.4912 KJ/Kg.K所以状态为过热蒸汽所以状态为过热蒸汽二者相比较,已逼近饱和蒸汽,查饱和水蒸汽表二者相比较,已逼近饱和蒸汽,查饱和水蒸汽表 6 . 07 . 026530 .26606 . 0678. 026532HH2=2658.46 KJ 23KgKJHHHWSR/7795
15、.34375 .26581 2KgKJWWSRS/15.66285. 0据热力学第一定律:据热力学第一定律:SWQHKgKJWQHHS/23.276815.66212. 75 .343712由由P P2 2, ,H H2 2查表内标查表内标 得得 S S2 2=7.7551 KJ/Kg.K =7.7551 KJ/Kg.K 3 3 求求 idWLWSTHWid0= -669.27 -70.3493= -739.62 KJ/Kg (2768.23-3437.5)-293(7.7551-7.5150)24tLSTW0KT2930012TQSSSSSsursyst 12. 75150. 77551.
16、7293120QSSTWL=77.47 KJ/Kg %53.898953. 01idCidCididacWWWWWWW25例例 7-8 用用1.57MPa,484的过热蒸汽推动透平机作功,的过热蒸汽推动透平机作功,并在并在0.0687MPa下排出。此透平机既不是可逆的也不是下排出。此透平机既不是可逆的也不是绝热的,实际输出的轴功相当干可逆绝热功的绝热的,实际输出的轴功相当干可逆绝热功的85。另有。另有少量的热散入少量的热散入293K的环境,损失热为的环境,损失热为7.12kJ/kg。求此求此过程的理想功、损失功和热力学效率。过程的理想功、损失功和热力学效率。n解STHWid0QSTWWWids
17、L0idsTWW产生功850.WWRs可逆绝热过程可逆绝热过程21SSsWQHRWH 26 查过热水表汽表可知,初始状态1.57MPa, 484 时的蒸汽焓、熵值为H1=3437.5kJ/kg, S1=7.5035kJ/(kgK) 若蒸汽按绝热可逆膨胀,则是等熵过程,当膨胀至0.0687MPa时,熵为 S2=S1=7.5035kJ/(kgK) 查过热水蒸汽表0.035MPaH S0.07MPaH S0.0687MPaH S饱和蒸汽2631.4 7.71532660.0 7.4797100 2684.4 7.86042680.0 7.53412658.9 7.48852680.2 7.54622
18、7H kJ/kgS kJ/(kgK)2658.97.4885H27.50352680.27.5462P = 0.0687MPa926582268092658488575462748857503572.H.kg/kJ.H426642kg/kJ.HHWR1773534374266412kg/kJ.W.WRs16578501773850 此透平机实际输出轴功28 依据稳流系统热力学第一定律得到实际状态2的焓为sWQHkg/kJ.WQHHs32773165712753437120.035MPaH S0.07MPaH S0.0687MPaH S120 2723.1 7.96442719.9 7.6375
19、2720.0 7.6496160 2800.6 8.15192798.2 7.82792798.3 7.839929H kJ/kgS kJ/(kgK)2720.07.64962773.3S22798.37.8399649678399764967027203279802720327732.S.779172.S kg/kJ.SSTHHSTHWid07455035777917293534373277312012030kg/kJ.WWWidsL98707451657kg/kJ.QSTWL98712750357779172930或%.WWidsT208807451657317.27.2 有效能及其计算有
20、效能及其计算n一、一、 有效能的概念有效能的概念n1.1. 能量的分类能量的分类n按能量转化为有用功的多少,可以把能量分为三类:按能量转化为有用功的多少,可以把能量分为三类:n高质能量:理论上能完全转化为有用功的能量。高质能量:理论上能完全转化为有用功的能量。如电能、机械能。如电能、机械能。n僵态能量:理论上不能转化为功的能量(如海水、僵态能量:理论上不能转化为功的能量(如海水、地壳、环境状态下的能量)。地壳、环境状态下的能量)。n低质能量:能部分转化为有用功的能量。如热量低质能量:能部分转化为有用功的能量。如热量和以热量形式传递的能量。和以热量形式传递的能量。 322.2. 有效能有效能n定
21、义:一定形式的能量,可逆变化到给定定义:一定形式的能量,可逆变化到给定环境状态相平衡时,理论上所能作出的最大有环境状态相平衡时,理论上所能作出的最大有用功。用功。n无效能:理论上不能转化为有用功的能量。无效能:理论上不能转化为有用功的能量。n能量的表达形式能量的表达形式n对高质能量对高质能量 能量有效能能量有效能n对僵态能量对僵态能量 僵态能量无效能僵态能量无效能n对低质能量对低质能量 低质能量有效能无效能低质能量有效能无效能以平衡的环境状态为基准,理论上以平衡的环境状态为基准,理论上能够最大限度地转化为功的能量称能够最大限度地转化为功的能量称为有效能,理论上不能转化为功的为有效能,理论上不能
22、转化为功的能量称为无效能。能量称为无效能。33 注意点注意点n有效能有效能“火用火用”、“可用能可用能”、“有用有用能能”、“资用能资用能”n无效能无效能“火无火无”、“无用能无用能”n功功可看作可看作100100的有效能的有效能34 系统在一定状态下的有效能,就是系统从该状态系统在一定状态下的有效能,就是系统从该状态变化到基态(环境状态)过程所作的理想功。变化到基态(环境状态)过程所作的理想功。 12012SSTHHWid 稳流过程,从状态稳流过程,从状态1变到状态变到状态2,过程的理想功为,过程的理想功为: 当系统由任意状态当系统由任意状态(P, T)变到基态变到基态(T0, P0)时稳流
23、时稳流系统的有效能系统的有效能EX为为:二二. .有效能的计算有效能的计算 HSTSSTHHEX000035n1.1. 环境和环境状态环境和环境状态n环境:一般指恒环境:一般指恒T T、P P、x x下,庞大静止体系。如下,庞大静止体系。如大气、海洋、地壳等大气、海洋、地壳等n环境状态:热力学物系与环境完全处于平衡时的环境状态:热力学物系与环境完全处于平衡时的状态,称之。常用状态,称之。常用0 0、0 0、0 0、0 0等表示。等表示。n2.2. 物系的有效能物系的有效能n物理有效能:物系由于、与环境不同所具有物理有效能:物系由于、与环境不同所具有的有效能。的有效能。n化学有效能:物系在环境的
24、化学有效能:物系在环境的0 0、0 0下,由于组下,由于组成与环境不同所具有的有效能。成与环境不同所具有的有效能。36 机械能和电能全部是有效能,即机械能和电能全部是有效能,即 EX=W 动能和位能也全部是有效能。动能和位能也全部是有效能。3 机械能、电能的有效能机械能、电能的有效能374.4.热量的有效能热量的有效能Q Q卡诺循环热效率卡诺循环热效率 TTQTTQQBQ0011QWcCTTTTQQQ01212111定义:传递的热量,在给定的环境条件下,以可逆定义:传递的热量,在给定的环境条件下,以可逆 方式所能做出的最大有用功。方式所能做出的最大有用功。计算式计算式恒温热源热量的有效能恒温热
25、源热量的有效能无效能无效能BQ=WC 38变温热源的有效能变温热源的有效能)1 (平TTQBoQ1212TTlnT-T平T或用或用H H、S S值计算:值计算:Q Q=T=T0 0S-H S-H ToTCpdTH0TTTdTCpS00TTTQdTCpTBToTCpdTTTdTCpT00TTTCpdT0TTCpdT0TTdTCpT00TTTCpdTTo0)T1 (395.5.压力有效能压力有效能 PoPpTdPVTVH)T(PoPpdPVS)T(PoPpPdPVTB)T(0PoPpdPVTV)T(Bp=ToS-H由第三章知由第三章知PPopdPVToTV)T)(PRPTVPPRTdPToTBPo
展开阅读全文