湖南大學(xué)化工過程熱力學(xué)分析

1、第第6章章 化工過程熱力學(xué)分析化工過程熱力學(xué)分析在化工生產(chǎn)中，無論是流體流動過程，還是傳熱和傳質(zhì)過程或者化學(xué)反應(yīng)過程都同時伴有能量的變化。有的消耗能量，有的釋放能量。因此，研究過程能量變化，對于降低能量消耗，合理地利用能量是十分重要的?；み^程熱力學(xué)分析化工過程熱力學(xué)分析熱力學(xué)第一定律：熱力學(xué)第一定律： sWQuZgH221熱力學(xué)第二定律：熱力學(xué)第二定律： ifiijoutjjgSSMSMS化工熱力學(xué)分析：化工熱力學(xué)分析： 將過程熱力學(xué)分析應(yīng)用于化工過程將過程熱力學(xué)分析應(yīng)用于化工過程 用熱力學(xué)理論和方法對于各過程能量用熱力學(xué)理論和方法對于各過程能量的轉(zhuǎn)化、傳遞、使用和損耗進行分析。的轉(zhuǎn)化、傳遞

2、、使用和損耗進行分析。 過程熱力學(xué)分析：過程熱力學(xué)分析：6.1 基礎(chǔ)理論基礎(chǔ)理論6.1.1 能量的形式能量的形式化工生產(chǎn)中所涉及到的能量，主要有兩大類：化工生產(chǎn)中所涉及到的能量，主要有兩大類：物質(zhì)的能量、物質(zhì)的能量、能量傳遞的兩種形式。能量傳遞的兩種形式。1、物質(zhì)的能量、物質(zhì)的能量E 內(nèi)能：內(nèi)能：U=f(T,P.x) 動能：動能：Ek=mu2/2 位能：位能：Ep=mgz2、能量傳遞的兩種形式、能量傳遞的兩種形式 在各種熱力學(xué)過程中，體系與環(huán)境之間常發(fā)生能量在各種熱力學(xué)過程中，體系與環(huán)境之間常發(fā)生能量的傳遞，能量傳遞的形式有兩種，即的傳遞，能量傳遞的形式有兩種，即熱熱和和功功。u熱熱：系統(tǒng)與環(huán)

3、境之間由于溫差而引起的相互交換的能量，：系統(tǒng)與環(huán)境之間由于溫差而引起的相互交換的能量，用用Q表示。表示。規(guī)定：系統(tǒng)獲得的熱量，其值為正；反之為負(fù)。規(guī)定：系統(tǒng)獲得的熱量，其值為正；反之為負(fù)。u功功：系統(tǒng)與環(huán)境之間除了熱系統(tǒng)與環(huán)境之間除了熱Q 之外的能量傳遞均叫做功，之外的能量傳遞均叫做功，以以W 表。表。規(guī)定：系統(tǒng)得功，其值為正；反之為負(fù)。規(guī)定：系統(tǒng)得功，其值為正；反之為負(fù)。l 對流動系統(tǒng)，包括對流動系統(tǒng)，包括軸功軸功Ws和和流動功流動功Wf。軸功軸功W Ws s流體通過機械設(shè)備的旋轉(zhuǎn)軸與環(huán)境所交換的流體通過機械設(shè)備的旋轉(zhuǎn)軸與環(huán)境所交換的能量。能量。流動功流動功W Wf f物料在連續(xù)流動過程中，

4、由于流體內(nèi)部相物料在連續(xù)流動過程中，由于流體內(nèi)部相互推動所交換的功。互推動所交換的功。pVpAhWfl對非流動系統(tǒng)對非流動系統(tǒng)，特定設(shè)備（如帶活塞的氣缸）中，因，特定設(shè)備（如帶活塞的氣缸）中，因流體體積改變而與環(huán)境交換的能量，稱為流體體積改變而與環(huán)境交換的能量，稱為體積功體積功W W。pdVW-可逆體積功：注意：注意：熱和功只是在能量傳遞中出現(xiàn)，并非系統(tǒng)本身具有的能量，熱和功只是在能量傳遞中出現(xiàn)，并非系統(tǒng)本身具有的能量，故不能說故不能說“某物質(zhì)具有多少熱或功某物質(zhì)具有多少熱或功”。當(dāng)能量以熱和功的形式傳入體系后，增加的是當(dāng)能量以熱和功的形式傳入體系后，增加的是內(nèi)能內(nèi)能。如：在換熱設(shè)備中，冷熱流

5、體進行熱交換，結(jié)果是熱流體內(nèi)如：在換熱設(shè)備中，冷熱流體進行熱交換，結(jié)果是熱流體內(nèi)能降低，冷流體內(nèi)能增加。能降低，冷流體內(nèi)能增加。熱和功是過程函數(shù)，非狀態(tài)函數(shù)。熱和功是過程函數(shù)，非狀態(tài)函數(shù)。6.1.2 熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用熱力學(xué)第一定律的應(yīng)用n敞開體系的能量平衡方程敞開體系的能量平衡方程dt)mE(ddtWdtQdtm)gZuHdtm)gZuHs2221122121（一股物料進出體系：任意體系任意體系dE, dMU1,H1,V1,T1,p1,u1U2,H2,V2,T2,p2,u2m1m2WZ1Z2Qn封閉體系的能量平衡方程封閉體系的能量平衡方程封閉系統(tǒng)是指那些與環(huán)境之間封閉系統(tǒng)是指那些與環(huán)境之間

6、只有能量交換只有能量交換而而無物質(zhì)無物質(zhì)交換交換的系統(tǒng)。的系統(tǒng)。dt)mE(ddtWdtQdtm)gZuHdtm)gZuHs2221122121（一股物料進出體系：=0=0WQUWQdUdtmdUdtWdtQ:dUs化變，只有熱力學(xué)能的變封閉系統(tǒng)一般動勢能不n穩(wěn)流系統(tǒng)的能量平衡方程穩(wěn)流系統(tǒng)的能量平衡方程穩(wěn)定流動：穩(wěn)定流動：l敞開體系敞開體系l穩(wěn)定穩(wěn)定、連續(xù)、流進、流、連續(xù)、流進、流出，不隨時間變化，出，不隨時間變化，沒有沒有能量和物料的積累能量和物料的積累。l化工過程中最為常見?；み^程中最為常見。特點：特點：1）設(shè)備內(nèi)各個點的狀態(tài)）設(shè)備內(nèi)各個點的狀態(tài)不隨時間變化不隨時間變化；2）垂直于流向）

7、垂直于流向的各個截面處的的各個截面處的質(zhì)量流率相等質(zhì)量流率相等。mmm)mE(d210dt)mE(ddtWdtQdtm)gZuHdtm)gZuHs2221122121（一股物料進出體系：021212212sWQm)gZuHm)gZuH（此為單位質(zhì)量下穩(wěn)流體系的能量平衡方程，計此為單位質(zhì)量下穩(wěn)流體系的能量平衡方程，計算單位為：算單位為：J/kg,J/kg,即即以以1kg1kg為基準(zhǔn)為基準(zhǔn)。sWQZguH221積分式：積分式：sWQgdZududH微分式：微分式：n穩(wěn)流過程能量平衡式的簡化形式穩(wěn)流過程能量平衡式的簡化形式上式在不同的應(yīng)用條件下，可以進行適當(dāng)?shù)暮喕?。l機械能平衡式機械能平衡式(Ber

8、noulli方程）方程）與外界無熱、無軸功無熱、無軸功 交換的不可壓縮流體不可壓縮流體的穩(wěn)流過程的能量平衡式：sWQZguH221所以0212ZguH00sW,Q對于對于不可壓縮流體不可壓縮流體，假定流動過程是非粘性理想流，假定流動過程是非粘性理想流體的流動過程，則無摩擦損耗存在。這也就意味著體的流動過程，則無摩擦損耗存在。這也就意味著沒有機械能轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能，即沒有機械能轉(zhuǎn)變?yōu)閮?nèi)能，即流體的溫度不變流體的溫度不變，因而，因而內(nèi)能也不變內(nèi)能也不變，即，即 對于不可壓縮流體, V是常量，因此為流體的密度為流體的密度 將上述兩式代入前式0212ZguH得022Zgup此式即為著名此式即為著名的的伯努利

9、方程伯努利方程式，或稱其為式，或稱其為機械能平衡式機械能平衡式l流體流經(jīng)換熱器、反應(yīng)器、管道等設(shè)流體流經(jīng)換熱器、反應(yīng)器、管道等設(shè)備備，如傳熱、化學(xué)反應(yīng)以及其他諸如精餾、蒸發(fā)、溶解、吸收、結(jié)晶、萃取等物理過程，無軸功交換，動、位能忽略無軸功交換，動、位能忽略不計不計：此式表明，此式表明，體系與環(huán)境交換的熱等體系與環(huán)境交換的熱等于焓變于焓變。 這是熱量衡算的基本式 熱量衡算的具體方法在許多專著中有詳細介紹。QH l流體流經(jīng)泵、壓縮機、透平機等設(shè)備流體流經(jīng)泵、壓縮機、透平機等設(shè)備在數(shù)量級的角度上，動能項和勢能項不能與焓變相比較，可以忽略。sWQH若這些設(shè)備可視為若這些設(shè)備可視為與環(huán)境絕熱與環(huán)境絕熱，

10、或傳熱量與所做功，或傳熱量與所做功的數(shù)值相比可的數(shù)值相比可忽略不計忽略不計，那么進一步可化簡為：，那么進一步可化簡為：sWH 這就是從焓變可求這就是從焓變可求這些設(shè)備做功（或這些設(shè)備做功（或耗功）能力的依據(jù)耗功）能力的依據(jù)l流體流經(jīng)噴管和擴壓管流體流經(jīng)噴管和擴壓管221uH從上式可以看出，流體流經(jīng)噴嘴等噴射設(shè)備時，通過流體流經(jīng)噴嘴等噴射設(shè)備時，通過改變流動的截面積，改變流動的截面積，將流體自身的焓轉(zhuǎn)變?yōu)榱藙幽軐⒘黧w自身的焓轉(zhuǎn)變?yōu)榱藙幽?。l流體經(jīng)過節(jié)流膨脹、絕熱反應(yīng)和絕熱混合等過程流體經(jīng)過節(jié)流膨脹、絕熱反應(yīng)和絕熱混合等過程0H在許多工業(yè)裝置中都沒有這樣大的速度和位高變化。在一般情況下，動能、位能

11、與熱、功相比，可以忽略，因此左式在化工過程能量衡算中應(yīng)用極廣。在實際工程應(yīng)用中，各種能量項數(shù)值的大小通常在 10100kJkg-1 的范圍內(nèi)。當(dāng)動能為 1kJkg-1時，其流速為 45ms-1。 如位能值為 1 kJkg-1時，其位高為 102 m。 例例6.1某廠用功率為2.4 的泵將90水從貯水罐壓到換熱器，水流量為3.2 。在換熱器中以720 的速率將水冷卻，冷卻后水送入比第一貯水罐高20m的第二貯水罐，如圖所示。求送入第二貯水罐的水溫，設(shè)水的比恒壓熱容 。kW1kg s1kJ s114.184kJ kgCpc解：以1kg水為計算基準(zhǔn)，由題意，忽略動能的影響0kE-1-19.81 (20

12、0)196.2(J kg )=0.1962kJ kgpEg z 21212()4.184 ()4.184376.6pHcttttt-1720=-225(kJ kg )3.2Q24.184376.62250.750.1962t 由此可推出236.4t )kgkJ(.Ws1750023426.1.3 熱力學(xué)第二定律的應(yīng)用熱力學(xué)第二定律的應(yīng)用n熱功轉(zhuǎn)換的不等價性熱功轉(zhuǎn)換的不等價性n功可以功可以100%100%轉(zhuǎn)變?yōu)闊徂D(zhuǎn)變?yōu)闊醤熱不可能熱不可能100%100%轉(zhuǎn)變?yōu)楣D(zhuǎn)變?yōu)楣熱、功的不等價性正是熱力學(xué)第二定律熱、功的不等價性正是熱力學(xué)第二定律所表述的一個基本內(nèi)容所表述的一個基本內(nèi)容熱力學(xué)第二定律熱力

13、學(xué)第二定律n熵和熵增原理熵和熵增原理就是量化的熱力學(xué)第二定律。就是量化的熱力學(xué)第二定律。熵的定義及應(yīng)用熵的定義及應(yīng)用n熵熵函數(shù)是體系函數(shù)是體系混亂度混亂度的一種量度。一切的一種量度。一切不不可逆過程都是向混亂度增加的方向進行可逆過程都是向混亂度增加的方向進行。n總熵變增加是能量品位降低的結(jié)果。凡是總熵變增加是能量品位降低的結(jié)果。凡是自發(fā)的過程都是不可逆的自發(fā)的過程都是不可逆的，而一切不可逆過，而一切不可逆過程都可以歸結(jié)為程都可以歸結(jié)為熱轉(zhuǎn)換為功的不可逆性熱轉(zhuǎn)換為功的不可逆性。n熵是狀態(tài)函數(shù)，過程的熵變與過程是否可熵是狀態(tài)函數(shù)，過程的熵變與過程是否可逆無關(guān)。逆無關(guān)。n熵增原理指的是熵增原理指的是

14、總熵變增加總熵變增加，不是僅僅指，不是僅僅指系統(tǒng)的熵變。無論過程是否自發(fā)，實際能進系統(tǒng)的熵變。無論過程是否自發(fā)，實際能進行的過程都是行的過程都是總熵變大于零總熵變大于零的過程。的過程。熵產(chǎn)生熵產(chǎn)生nSg 稱為稱為熵產(chǎn)生熵產(chǎn)生，它是由于過程的不可逆性而引，它是由于過程的不可逆性而引起的那部分熵變。起的那部分熵變?？赡孢^程熵產(chǎn)生可逆過程熵產(chǎn)生Sg0，不不可逆過程熵產(chǎn)生可逆過程熵產(chǎn)生Sg0。總之，熵產(chǎn)生永遠不會小?？傊禺a(chǎn)生永遠不會小于零。于零。TQdSirgirSTQS熵平衡熵平衡n熵增的過程即是能量損耗的過程。熵增的過程即是能量損耗的過程。n熵平衡就是用來檢驗過程熵的變化，它熵平衡就是用來檢驗

15、過程熵的變化，它可以精確地衡量過程的能量有效利用?？梢跃_地衡量過程的能量有效利用。熵平衡方程熵平衡方程與與能量平衡方程能量平衡方程和和質(zhì)量平衡方程質(zhì)量平衡方程一樣，是任一樣，是任何一個過程必須滿足的條件式。何一個過程必須滿足的條件式。 理想功和損失功理想功和損失功n理想功理想功Widn損失功損失功WLn熱力學(xué)效率熱力學(xué)效率n理想功（理想功（ Wid ）定義：定義： 體系在一定的環(huán)境條件下，沿體系在一定的環(huán)境條件下，沿完全可逆完全可逆的途徑從的途徑從一個狀態(tài)變到另一個狀態(tài)所能產(chǎn)生的一個狀態(tài)變到另一個狀態(tài)所能產(chǎn)生的最大有用功最大有用功。 理想功理想功是一個理論的極限值，是用來作為實際功的比是一個

16、理論的極限值，是用來作為實際功的比較標(biāo)準(zhǔn)。較標(biāo)準(zhǔn)。 過程完全可逆：過程完全可逆：（1）體系發(fā)生的所有變化都是可逆的。體系發(fā)生的所有變化都是可逆的。（2）體系與環(huán)境間有熱交換時也是可逆的。體系與環(huán)境間有熱交換時也是可逆的。 做功恒算：做功恒算： 忽略動、位能變化，則：忽略動、位能變化，則： 穩(wěn)流開系的熵衡算：穩(wěn)流開系的熵衡算： ifiniijoutjjgSSMSMS可逆穩(wěn)流過程：可逆穩(wěn)流過程： 00TQS 0gS，0012TQSSSf，穩(wěn)流過程的理想功穩(wěn)流過程的理想功0QHWididWQZguH0221STQ00因為因為 HS 、是狀態(tài)函數(shù)，因此穩(wěn)流過程的理想功是狀態(tài)函數(shù)，因此穩(wěn)流過程的理想功1

17、）與流體的）與流體的始末狀態(tài)始末狀態(tài)有關(guān)，與具體變化途徑無關(guān)有關(guān)，與具體變化途徑無關(guān);2）與）與環(huán)境溫度環(huán)境溫度T0有關(guān)。有關(guān)。環(huán)境溫度一般指大氣或天然水源的溫度。環(huán)境溫度一般指大氣或天然水源的溫度。 STHQHWid00雙狀態(tài)函數(shù)雙狀態(tài)函數(shù)例例6.2 有一股壓力分別是有一股壓力分別是7.0MPa和和1.0MPa蒸汽用于做蒸汽用于做功，經(jīng)穩(wěn)流過程變成功，經(jīng)穩(wěn)流過程變成25的水，求的水，求Wid（T0=298K）結(jié)論結(jié)論：1）高壓蒸汽的做功本領(lǐng)比低壓蒸汽強；）高壓蒸汽的做功本領(lǐng)比低壓蒸汽強； 2）高壓蒸汽的加熱能力比低壓蒸汽弱，因此）高壓蒸汽的加熱能力比低壓蒸汽弱，因此用低壓蒸汽來加熱最恰當(dāng)。用

18、低壓蒸汽來加熱最恰當(dāng)。n損失功（損失功（ WL ）例例6.3 某廠有一輸送某廠有一輸送92熱水的管道，由于保溫不良，至使用時水熱水的管道，由于保溫不良，至使用時水溫降至溫降至67。計算每噸熱水輸送中由于散熱而引起的損失功。取環(huán)。計算每噸熱水輸送中由于散熱而引起的損失功。取環(huán)境溫度為境溫度為25。已知水的比恒壓熱容為。已知水的比恒壓熱容為 。-1-14 1868kJkgK.解：解：以以1kg1kg水為計算基準(zhǔn)水為計算基準(zhǔn)9267-10214 1868340365104 67 kJkg ),水().().(pQcTT 此熱量引起的環(huán)境熵變?yōu)榇藷崃恳鸬沫h(huán)境熵變?yōu)?1-10sur104 670 35

19、1 kJkgK )298QST.(水在等壓下冷卻的熵變?yōu)樗诘葔合吕鋮s的熵變?yōu)?1-12sys13404 18680 297 kJkgK )365pTScT ,水ln.ln.(-1Lsyssur2980 2970 35116 10kJ kg )WTSS ()( .). (n熱力學(xué)效率（熱力學(xué)效率（）l實際過程的能量利用情況可通過熱力實際過程的能量利用情況可通過熱力學(xué)效率加以評定學(xué)效率加以評定LididacididLididacWWWWWWWWWW耗功過程做功過程6.2 化工單元過程熱力學(xué)分析化工單元過程熱力學(xué)分析學(xué)會應(yīng)用熱力學(xué)理論分析化工過程影響功學(xué)會應(yīng)用熱力學(xué)理論分析化工過程影響功損耗因素，

20、并能提出符合實際生產(chǎn)的減少損耗因素，并能提出符合實際生產(chǎn)的減少功損耗的措施。功損耗的措施。教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo)：過程的熱力學(xué)分析目的：過程的熱力學(xué)分析目的： 利用熱力學(xué)第一、第二定律分析化工過程中利用熱力學(xué)第一、第二定律分析化工過程中損耗功的大小，以提高生產(chǎn)過程能量的利用率。損耗功的大小，以提高生產(chǎn)過程能量的利用率。6.2.1 流體流動過程流體流動過程流體的流動過程流體的流動過程單純的流體經(jīng)過管道單純的流體經(jīng)過管道流體的壓縮流體的壓縮節(jié)流膨脹節(jié)流膨脹 由于流體流動有摩擦，包括流體的內(nèi)摩擦及流體與管道、由于流體流動有摩擦，包括流體的內(nèi)摩擦及流體與管道、設(shè)備的摩擦（即使流體的一部分機械能耗散為熱能），

21、使功設(shè)備的摩擦（即使流體的一部分機械能耗散為熱能），使功貶質(zhì)，并有貶質(zhì)，并有熵產(chǎn)生熵產(chǎn)生。 流體流動的推動力是壓力差，為不可逆過程，也有流體流動的推動力是壓力差，為不可逆過程，也有熵產(chǎn)生熵產(chǎn)生。n問題的提出：問題的提出：討論流體流動過程的功損耗應(yīng)首先找出討論流體流動過程的功損耗應(yīng)首先找出熵產(chǎn)生與壓力降熵產(chǎn)生與壓力降之之間的關(guān)系：間的關(guān)系：P PS Sg g對于只有一股流體的敞開體系：對于只有一股流體的敞開體系： fgSSSS12 等溫絕熱流動：等溫絕熱流動： 0fS0Q，0SW0H，（）SSSSg12n流體流動熵產(chǎn)生與壓力差關(guān)系式流體流動熵產(chǎn)生與壓力差關(guān)系式流體流動時的損耗功：流體流動時的損耗

22、功：g g0 0L LS ST TW W對于流動的封閉體系：對于流動的封閉體系： 0VdPTdSdHgPPSdPTVS21即：即： dPTVdS，210PLpVWTdPT210PPVTTWLT、V可看成可看成常數(shù)常數(shù)n熱力學(xué)分析熱力學(xué)分析l流體壓差流體壓差如果降低流速，就必須加大管道和設(shè)備的直徑，使設(shè)備投資費如果降低流速，就必須加大管道和設(shè)備的直徑，使設(shè)備投資費用增加，因此，用增加，因此，l節(jié)流過程：節(jié)流過程：焓值不變焓值不變， 0H，但局部阻力增大，閥但局部阻力增大，閥門兩端的壓差加大門兩端的壓差加大， 021PPgdPTVSS，熵產(chǎn)生增熵產(chǎn)生增思考：思考：結(jié)合化原的知識考慮實際生產(chǎn)中如何選

23、擇合適的流速？結(jié)合化原的知識考慮實際生產(chǎn)中如何選擇合適的流速？uAm，流量流量m m 往往是生產(chǎn)上所需要的，不能改變往往是生產(chǎn)上所需要的，不能改變。又又應(yīng)權(quán)衡能耗費和設(shè)備費的關(guān)系選擇合適的流速。應(yīng)權(quán)衡能耗費和設(shè)備費的關(guān)系選擇合適的流速。210PPVTTWL22121uPPPPWL2uWLlgvv ，氣體節(jié)流要比液體節(jié)流的損耗功大氣體節(jié)流要比液體節(jié)流的損耗功大。 l流體體積流體體積VmvVWL功損耗正比于流體體積功損耗正比于流體體積TWL1l物系溫度物系溫度T）（LW溫度溫度T T低的流體損耗功大低的流體損耗功大。思考：當(dāng)制冷的溫度一定時，如何降低損耗功？思考：當(dāng)制冷的溫度一定時，如何降低損耗功

24、？LW因此，因此，化工生產(chǎn)中應(yīng)盡量少用節(jié)流，以便減少無謂的功損耗?；どa(chǎn)中應(yīng)盡量少用節(jié)流，以便減少無謂的功損耗。損耗功損耗功大，并大，并熵產(chǎn)生隨壓力差的增大而增加熵產(chǎn)生隨壓力差的增大而增加，也隨之增加，也隨之增加，制冷過程應(yīng)選擇較低的流速。制冷過程應(yīng)選擇較低的流速。6.2.2 傳熱過程的熱力學(xué)分析傳熱過程的熱力學(xué)分析2LT1HT1LT2HT圖示為一圖示為一逆流過程的換熱器逆流過程的換熱器，若將其看成一控制體，沒有，若將其看成一控制體，沒有外功，忽略動、位能變化。由穩(wěn)流體系的熱力學(xué)第一定律知外功，忽略動、位能變化。由穩(wěn)流體系的熱力學(xué)第一定律知： 損QH 若保溫很好若保溫很好，換熱器對環(huán)境散熱可

25、忽略，則：，換熱器對環(huán)境散熱可忽略，則： 0損Q0LHHHH若將熱流體看成若將熱流體看成封閉的流體體系封閉的流體體系，忽略動、位能變化忽略動、位能變化，由，由熱力學(xué)第一定律熱力學(xué)第一定律 ：HSHHQWQH焓變等于熱流體放出的熱量焓變等于熱流體放出的熱量同理，冷流體：同理，冷流體： LLQH 焓變等于冷流體吸收的熱量焓變等于冷流體吸收的熱量 忽略了換熱器對環(huán)境的熱損失忽略了換熱器對環(huán)境的熱損失，則熱流體放出的熱量應(yīng)，則熱流體放出的熱量應(yīng)等于冷流體吸收的熱量，即等于冷流體吸收的熱量，即 ：QQQLHn流體流體溫度不變溫度不變，若熱流體入口為飽和水蒸汽，出口為，若熱流體入口為飽和水蒸汽，出口為飽和

26、水飽和水 出進TT即即 HHHTTT21冷流體為某蒸汽的飽和液體入口，出口為飽和蒸汽冷流體為某蒸汽的飽和液體入口，出口為飽和蒸汽， 則則： LLLTTT21熱量作功能力：熱量作功能力： STHWid0)(0TQTQ )1 (0TTQ即即高溫流體的理想功高溫流體的理想功： )1 (0HHidTTQW低溫流體的理想功低溫流體的理想功： )1 (0LLidTTQWLHTT，在，在 Q相同時，高溫流體作功能力大，因此相同時，高溫流體作功能力大，因此，傳熱過程的損耗功：傳熱過程的損耗功：LidHidLWWW)1 ()1(00LHTTTTQ)(00HLTTTTQQTTTTTLHLH)(0（傳熱時，高低溫流

27、體溫度不變傳熱時，高低溫流體溫度不變）n若流體的若流體的溫度為變量溫度為變量（即單純的變溫過程）（即單純的變溫過程）， HT、LT用用熱力學(xué)平均溫度代替。一般流體：熱力學(xué)平均溫度代替。一般流體： 1212lnTTTTTm常數(shù)pmCQTTTTTWLmHmLmHmL)(0n熱力學(xué)分析：熱力學(xué)分析：l由推導(dǎo)公式過程可知，即使換熱器無散熱損失，由推導(dǎo)公式過程可知，即使換熱器無散熱損失， 0損Q，熱量在數(shù)量上熱量在數(shù)量上完全收回完全收回，即熱流體放出的熱全部用，即熱流體放出的熱全部用于冷流體的升溫，仍有功損耗于冷流體的升溫，仍有功損耗，0LW，)0)(LmHmTT。QTTTTTWLmHmLmHmL)(0

28、)(LmHmLTTW，即當(dāng)環(huán)境溫度即當(dāng)環(huán)境溫度 0T，傳熱傳熱量量 Q及傳熱溫度之積及傳熱溫度之積 LmHmTT一定時，一定時，損耗功與傳熱溫差成正比損耗功與傳熱溫差成正比。 l由于由于l由于由于 LmHmLTTW1，當(dāng)傳熱量當(dāng)傳熱量 Q一定時，一定時， LmHmTT越小，越小， LW越大，由數(shù)學(xué)可證明。越大，由數(shù)學(xué)可證明。 當(dāng)當(dāng) )(LmHmTT越接近于零越接近于零LmHmTT最大最大。時時，思考：思考：1.1.為了減小功損耗，換熱器的冷熱流體溫差為了減小功損耗，換熱器的冷熱流體溫差是否越小越好？是否越小越好？ 2.2.如何根據(jù)生產(chǎn)實際溫度選擇合適的流體溫度差？如何根據(jù)生產(chǎn)實際溫度選擇合適的

29、流體溫度差？HidLidaWWHidLHidWWW無溫差的傳熱過程，若無散熱損失：無溫差的傳熱過程，若無散熱損失： ， 1a但實際生產(chǎn)中但實際生產(chǎn)中均為不可逆的有溫差傳熱均為不可逆的有溫差傳熱： LidHidWW1a，。l換熱過程的熱力學(xué)效率：換熱過程的熱力學(xué)效率：例例 6.4 某換熱器有高溫流體以某換熱器有高溫流體以1150hkg的流量通過其中，的流量通過其中，進入時為進入時為150，離開時為，離開時為3535；低溫流體進入時為；低溫流體進入時為25 ，離開，離開時為時為110 。已知高溫流體和低溫流體在有關(guān)溫度范圍的平均等。已知高溫流體和低溫流體在有關(guān)溫度范圍的平均等壓熱容分別為壓熱容分別

30、為 ,69. 435. 41111低和高KkgkJKkgkJ且且pmspmhCC。散熱損失忽略不計，試求此換熱器的損耗功與。散熱損失忽略不計，試求此換熱器的損耗功與熱力學(xué)效率。已知大氣溫度為熱力學(xué)效率。已知大氣溫度為25 。解解計算以每小時為基準(zhǔn)。先求出低溫流體的流量計算以每小時為基準(zhǔn)。先求出低溫流體的流量m1hkg。根據(jù)熱量衡算式，對換熱器有。根據(jù)熱量衡算式，對換熱器有式中：式中：高H低H和和分別為高溫流體和低溫流體的焓變，分別為高溫流體和低溫流體的焓變，LQ為換熱器散熱損失。為換熱器散熱損失。2511069. 41503535. 4150m1229.188hkgm低高換HHH即即低高HHL

31、Q0低低低STHWid025110694229188.298383694229188298ln.866015575037. 1679021hkJ.LmidTTQW01低HmidTTQW01高式中式中低HQ高H,5 .750371hkJ低高ididLWWW18 .4323hkJ67.90215 .13345高高高STHWid0423308354150298ln.1513345hkJ.0361692575037.由上面的計算式可知，由上面的計算式可知，低HQ高H,5 .750371hkJ高低ididaWW5 .1334567.9021676. 0gLSTW06.2.3 分

32、離過程的熱力學(xué)分析分離過程的熱力學(xué)分析 對分離過程進行熱力學(xué)分析，就是討論分離過程的最小功對分離過程進行熱力學(xué)分析，就是討論分離過程的最小功（即分離的理想功）。（即分離的理想功）。 將將1mol理想氣體混合物分離成純物質(zhì)的理想功為：理想氣體混合物分離成純物質(zhì)的理想功為： iiidxlnxRTW0KmolKJ分離分離1kmol理想溶液的理想功為：理想溶液的理想功為： iiidxlnxRTW0KmolKJ若分離的為非理想溶液，混合時熱效應(yīng)為若分離的為非理想溶液，混合時熱效應(yīng)為 mH，則：，則： iiimidxlnxRTTTHW001 若分離的產(chǎn)品并不要求是純產(chǎn)品，而只要達到某一定的純度若分離的產(chǎn)品

33、并不要求是純產(chǎn)品，而只要達到某一定的純度或達到一定的濃度，則計算理想功可分兩步進行?；蜻_到一定的濃度，則計算理想功可分兩步進行。 第一步，將原溶液分離成純組分，消耗功。第一步，將原溶液分離成純組分，消耗功。 第二步，純組分按不同比例混合成最終產(chǎn)品。第二步，純組分按不同比例混合成最終產(chǎn)品。 兩步做功之和小于分離成純組分的功。兩步做功之和小于分離成純組分的功。 6.3 有效能和無效能有效能和無效能n定義：定義：體系由所處的狀態(tài)變到基本態(tài)時所提供的理想功。體系由所處的狀態(tài)變到基本態(tài)時所提供的理想功。 6.3.1 有效能有效能Ex定義定義物系處于某狀態(tài)時所具有的最大作功能力物系處于某狀態(tài)時所具有的最大

34、作功能力有效能有效能理想功理想功idxWE能級能級單位能量所含有的有效能單位能量所含有的有效能01 規(guī)定規(guī)定體系的環(huán)境體系的環(huán)境為基準(zhǔn)態(tài)。環(huán)境是指人類活動的環(huán)境：為基準(zhǔn)態(tài)。環(huán)境是指人類活動的環(huán)境：大氣、地球、水源大氣、地球、水源 變到基準(zhǔn)態(tài)包括兩個概念：變到基準(zhǔn)態(tài)包括兩個概念： （1）與基準(zhǔn)態(tài)）與基準(zhǔn)態(tài)完全相同完全相同。 （2）與基準(zhǔn)態(tài)達到）與基準(zhǔn)態(tài)達到完全平衡完全平衡。 l完全平衡完全平衡完全平衡完全平衡 熱平衡熱平衡溫度相等溫度相等力平衡力平衡壓力相等壓力相等 化學(xué)平衡化學(xué)平衡組成相等或平衡聚集狀態(tài)、組成相等或平衡聚集狀態(tài)、 濃度達到化學(xué)平衡濃度達到化學(xué)平衡 l環(huán)境模型環(huán)境模型n基準(zhǔn)態(tài)的規(guī)

35、定原則基準(zhǔn)態(tài)的規(guī)定原則 我們規(guī)定我們規(guī)定環(huán)境的環(huán)境的T、P及化學(xué)組成不變化學(xué)組成不變（即恒定的），規(guī)定了（即恒定的），規(guī)定了T、P及化學(xué)組成的環(huán)境并不是自然環(huán)境，這種及化學(xué)組成的環(huán)境并不是自然環(huán)境，這種人為規(guī)定人為規(guī)定的環(huán)的環(huán)境即境即為環(huán)境模型。為環(huán)境模型。 6.3.2 穩(wěn)流過程有效能穩(wěn)流過程有效能Ex計算計算)SS(T)HH(WEidx000lEx 的大小除了決定于體系的狀態(tài)（的大小除了決定于體系的狀態(tài)（T，p）之）之外，還和基態(tài)（環(huán)境）的性質(zhì)有關(guān)，是外，還和基態(tài)（環(huán)境）的性質(zhì)有關(guān)，是雙狀態(tài)雙狀態(tài)函數(shù)函數(shù)。l基態(tài)的有效能為零?；鶓B(tài)的有效能為零。)SS(T)HH(Ex000系統(tǒng)具有系統(tǒng)具有的能

36、量的能量不能用于做功，不能用于做功，無效能無效能n有效能組成有效能組成機械能有效能機械能有效能xmEXmXkXpEEE熱量有效能熱量有效能XQE1XQTEQT物理有效能物理有效能XphE物系僅因物系僅因溫度和壓力溫度和壓力與環(huán)境的溫度和壓力不同所具有與環(huán)境的溫度和壓力不同所具有的有效能的有效能 化學(xué)有效能化學(xué)有效能XcE物系由于物系由于組成組成與環(huán)境組成不同所具有的有效能稱為與環(huán)境組成不同所具有的有效能稱為化學(xué)有效能化學(xué)有效能 穩(wěn)定流動的流體有效能組成為：穩(wěn)定流動的流體有效能組成為：XXmXQXphXcEEEEEn物理有效能的計算物理有效能的計算l系統(tǒng)的物理有效能是指系統(tǒng)系統(tǒng)的物理有效能是指系

37、統(tǒng)溫度、壓力溫度、壓力等參數(shù)不同于環(huán)等參數(shù)不同于環(huán)境而具有的有效能?；どa(chǎn)中常見的境而具有的有效能。化工生產(chǎn)中常見的加熱、冷卻、壓縮加熱、冷卻、壓縮和膨脹和膨脹等過程只需考慮物理有效能。等過程只需考慮物理有效能。dpTVTdTCdSdpTVTVdTCdH)SS(T)HH(Eppppx000物理有效能的計算也可通過查閱有關(guān)熱力學(xué)圖表，如物理有效能的計算也可通過查閱有關(guān)熱力學(xué)圖表，如T-ST-S圖、圖、lnlnp p- -H H圖，或溫度圖，或溫度- -有效能圖、壓力有效能圖、壓力- -有效能圖等進行計算。有效能圖等進行計算。 例例6.5：有四種蒸汽，分別為：有四種蒸汽，分別為：1.013、6.

38、868、8.611MPa的飽和蒸汽和的飽和蒸汽和1.013MPa，573K的過熱的過熱蒸汽，若這四種蒸汽經(jīng)充分利用后，最后排出蒸汽，若這四種蒸汽經(jīng)充分利用后，最后排出0.1013MPa，298K的水。試比較它們的有效能的水。試比較它們的有效能和放出的熱，并討論蒸汽的合理利用。和放出的熱，并討論蒸汽的合理利用。)()(000SSTHHEx解：l環(huán)境模型環(huán)境模型：確定環(huán)境中基準(zhǔn)物質(zhì)濃度與所處的熱力學(xué)狀態(tài)。確定環(huán)境中基準(zhǔn)物質(zhì)濃度與所處的熱力學(xué)狀態(tài)。 龜山龜山- -吉田模型吉田模型 1 1、環(huán)境溫度與壓力：、環(huán)境溫度與壓力： 2 2、環(huán)境中狀態(tài)下的物態(tài)與組成、環(huán)境中狀態(tài)下的物態(tài)與組成298.15K0.

39、101325MPaTpl按化學(xué)反應(yīng)和計量比計算化學(xué)有效能，類同于物理化學(xué)中按化學(xué)反應(yīng)和計量比計算化學(xué)有效能，類同于物理化學(xué)中 的的 計算過程，分計算過程，分單質(zhì)元素化學(xué)有效能、純態(tài)單質(zhì)元素化學(xué)有效能、純態(tài)化合物化學(xué)有效能、及混合物的化學(xué)有效能計算化合物化學(xué)有效能、及混合物的化學(xué)有效能計算SH、n化學(xué)有效能的計算化學(xué)有效能的計算l處于環(huán)境溫度和壓力（處于環(huán)境溫度和壓力（T0、p0）下的系統(tǒng)，由于和環(huán)境）下的系統(tǒng)，由于和環(huán)境的的組成不同而發(fā)生物質(zhì)交換或化學(xué)反應(yīng)組成不同而發(fā)生物質(zhì)交換或化學(xué)反應(yīng)，達到與環(huán)境的平，達到與環(huán)境的平衡，所做出的最大功就叫做衡，所做出的最大功就叫做化學(xué)有效能?；瘜W(xué)有效能。2N

40、2O2H ONeHe2COAr表表6.1 龜山龜山-吉田提出的大氣環(huán)境模型吉田提出的大氣環(huán)境模型成成 分分摩爾摩爾分?jǐn)?shù)分?jǐn)?shù)0.75600.20340.0312 0.0000180.00000520.00030.009122C+OCO (g)2CO (g)2221H +OH O(l)22H O(l)22331Fe+OFe O (s)4223Fe O (s)22Si+OSiO (s)2SiO (s)22Ti+OTiO (s)2TiO (s)22331Al+OAl O (s)4223Al O (s)表表6.2 某些元素的基準(zhǔn)物、基準(zhǔn)反應(yīng)與基準(zhǔn)物濃度某些元素的基準(zhǔn)物、基準(zhǔn)反應(yīng)與基準(zhǔn)物濃度元元 素素基準(zhǔn)

41、反應(yīng)基準(zhǔn)反應(yīng)基準(zhǔn)物基準(zhǔn)物基準(zhǔn)物濃度基準(zhǔn)物濃度(摩摩爾分?jǐn)?shù)爾分?jǐn)?shù))C0.0003H1Fe1Si1Ti1Al1定義：熱量相對于平衡環(huán)境態(tài)所具有的最大作功能力。定義：熱量相對于平衡環(huán)境態(tài)所具有的最大作功能力。XQEn熱有效能的計算熱有效能的計算對于恒溫?zé)嵩矗簩τ诤銣責(zé)嵩矗?TTQEXQ01對于變溫?zé)嵩矗簩τ谧儨責(zé)嵩矗?ln01TTQEXQlnT為熱力學(xué)平均溫度為熱力學(xué)平均溫度 或按定義公式計算?；虬炊x公式計算。例6.6 某工廠有兩種余熱可以利用，一種是高溫?zé)煹罋?，主要成分?、 和 汽，流量為500 ，溫度為800，其平均比等壓熱容為 ；另一種是低溫排水，流量是1348 ，溫度為80，水的平均比等

42、壓熱容為 ，假設(shè)環(huán)境溫度為298K。問兩種余熱中的有效能各為多少?2CO2N2H O-1-10.8kJ kgK-1kg h-1-14.18kJ kgK-1kg h解：解：將高溫?zé)煹罋庖暈槔硐霘怏w將高溫?zé)煹罋庖暈槔硐霘怏wXph,5-1dd10735000 810732982982981 5710 (kJ h )TTppTTpcEHHT SSmcTTTTTmcTTTT, 煙 道 氣煙 道 氣, 煙 道 氣, 煙 道 氣()()()ln.()ln.高溫?zé)煹罋鈴母邷責(zé)煹罋鈴?00800降低到環(huán)境溫度降低到環(huán)境溫度2525放出的熱量放出的熱量 5-1Q=5000 81073298 =3.110 (kJh

43、 )pmcTT煙道氣,煙道氣(-).()低溫排水的有效能低溫排水的有效能Xph,4-135313484 1 83532982982982 55 10(kJ h )pTEmcTTTT排 水, 排 水()ln.()ln.低溫排水從低溫排水從8080降低到環(huán)境溫度放出的熱量降低到環(huán)境溫度放出的熱量 5-1Q =13484 18353298 =3.110 (kJh )pmcTT水,水(-).()兩者余熱大小相等兩者余熱大小相等高溫?zé)煹罋庥行苊黠@大于低溫排水有效能高溫?zé)煹罋庥行苊黠@大于低溫排水有效能概念：概念：給定環(huán)境下能量中不能轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ牟糠纸o定環(huán)境下能量中不能轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ牟糠謱銣責(zé)崃繉?/p>

44、溫?zé)崃縌 QX1QTEQT無效能部分無效能部分 NTAQT環(huán)境溫度下環(huán)境溫度下NAQ穩(wěn)定流動過程的物系有效能穩(wěn)定流動過程的物系有效能XphEHHTSS()()無效能部分無效能部分 NAHTSS()系統(tǒng)總能量等于有效能加無效能系統(tǒng)總能量等于有效能加無效能XNEEA節(jié)能的正確意義在于節(jié)約有效能節(jié)能的正確意義在于節(jié)約有效能!XNddEA 6.3.3 無效能（無效能（Anery)n有效能平衡方程有效能平衡方程X,XQ,X,S,L,Xd/dikjjiikjjiEEEWWEt 6.3.4 有效能平衡方程與有效能損失有效能平衡方程與有效能損失X,XQ,X,S,L,Xd/dikjjiikjjiEEEWWEt對

45、于穩(wěn)定流動可逆過程，對于穩(wěn)定流動可逆過程， ，有效能是守恒的，有效能是守恒的 L,0iiWX,XQ,X,S,ikjjikjjEEEW對于穩(wěn)定流動不可逆過程對于穩(wěn)定流動不可逆過程 L,0iiW系統(tǒng)有效能減少無效能增加系統(tǒng)有效能減少無效能增加 L,X,XQ,X,S,iikjjiikjjWEEEW定義有效能效率定義有效能效率 X,S,L,EX,XQ,X,XQ,1jjijjiikikikikEWWEEEE idXWE 理想功理想功有效能有效能n有效能損失有效能損失有效能為非守恒量，系統(tǒng)有效能損失包含兩部分有效能為非守恒量，系統(tǒng)有效能損失包含兩部分內(nèi)部損失：即由系統(tǒng)內(nèi)部各種不可逆因素造成的有效能損失內(nèi)部

46、損失：即由系統(tǒng)內(nèi)部各種不可逆因素造成的有效能損失 外部損失：即通過各種途徑散失和排放到環(huán)境介質(zhì)中去的外部損失：即通過各種途徑散失和排放到環(huán)境介質(zhì)中去的有效能損失。有效能損失。 有效能損失不等于能量損失有效能損失不等于能量損失能量是守恒的，通常能量損失僅指過程中某一系統(tǒng)的有能量是守恒的，通常能量損失僅指過程中某一系統(tǒng)的有效能和無效能總量損失。效能和無效能總量損失。注意注意：實際工作經(jīng)常將能量概念和有效能概念等同實際工作經(jīng)常將能量概念和有效能概念等同敘述，要區(qū)別對待。敘述，要區(qū)別對待。L,X,XQ,X,S,iikjjiikjjWEEEWn有效能、無效能、理想功和損失功之間的關(guān)系有效能、無效能、理想

47、功和損失功之間的關(guān)系l當(dāng)穩(wěn)流系統(tǒng)從狀態(tài)當(dāng)穩(wěn)流系統(tǒng)從狀態(tài) 1（T1、p1）變化到狀態(tài)）變化到狀態(tài)2（T2、p2）時，有效能變化時，有效能變化Ex 為：為：id,x,xxWSTH)SS(T)HH(EEE01201212l有效能與損失功有效能與損失功孤立孤立STWESTEWWWWsxxsidacL006.4.1 熱力學(xué)分析的三種方法熱力學(xué)分析的三種方法 n能量衡算法能量衡算法 實質(zhì)：實質(zhì)：通過物料與能量的衡算，確定過程的進出的能量，通過物料與能量的衡算，確定過程的進出的能量，求出能量利用率。應(yīng)用熱力學(xué)第一定律：求出能量利用率。應(yīng)用熱力學(xué)第一定律： SKPWQEEH（能量守恒）（能量守恒） 6.4 化

48、工過程熱力學(xué)分析及合理用能化工過程熱力學(xué)分析及合理用能 內(nèi)容：內(nèi)容： 、物料衡算和能量衡算：一般由單體設(shè)備到整個體系。物料衡算和能量衡算：一般由單體設(shè)備到整個體系。 、求總的輸入的能量。求總的輸入的能量。 、求被利用的能量。求被利用的能量。 、求求 。L、分析結(jié)果找到能量損失的原因。分析結(jié)果找到能量損失的原因。 如果僅從能量的收益和付出的差別找節(jié)能方法，找出改進如果僅從能量的收益和付出的差別找節(jié)能方法，找出改進的途徑，應(yīng)用此方法較多，但此方法的的途徑，應(yīng)用此方法較多，但此方法的不足不足在于：在于：、熱力學(xué)第一定律方程說明各種能量可以互相轉(zhuǎn)化，但熱力學(xué)第一定律方程說明各種能量可以互相轉(zhuǎn)化，但從第

49、一定律效率（各種系數(shù)從第一定律效率（各種系數(shù) T等）上看，等）上看， 、 、熱轉(zhuǎn)化為功熱轉(zhuǎn)化為功 是有限的。方程將熱、功寫在一起，并沒有指出各種能量是有限的。方程將熱、功寫在一起，并沒有指出各種能量轉(zhuǎn)化的方向和限度。轉(zhuǎn)化的方向和限度。 、能量衡算法只反映了能量數(shù)量的關(guān)系，沒有反映能能量衡算法只反映了能量數(shù)量的關(guān)系，沒有反映能量品位的高低。量品位的高低。 、熱效率熱效率 T、制冷系數(shù)、制冷系數(shù) 。制熱系數(shù)。制熱系數(shù) 是兩個不同品是兩個不同品位能量之比，所以比例系數(shù)計算中不同品位能量作比較是不位能量之比，所以比例系數(shù)計算中不同品位能量作比較是不合理的。合理的。 、此方法只能反映能量的損失，但不能指

50、出能量損失此方法只能反映能量的損失，但不能指出能量損失的原因，由熱力學(xué)第一定律計算結(jié)果可能造成制定出舍本的原因，由熱力學(xué)第一定律計算結(jié)果可能造成制定出舍本求末的節(jié)能措施。求末的節(jié)能措施。 例例6.7 設(shè)有合成氨廠二段爐出口高溫轉(zhuǎn)化氣余熱利用裝置，設(shè)有合成氨廠二段爐出口高溫轉(zhuǎn)化氣余熱利用裝置，如圖所示。轉(zhuǎn)化氣進入廢熱鍋爐的溫度為如圖所示。轉(zhuǎn)化氣進入廢熱鍋爐的溫度為1000，離開時為，離開時為380380。其流量為。其流量為1335160NHtNm?？梢院雎越禍剡^程壓力變化。廢?？梢院雎越禍剡^程壓力變化。廢熱鍋爐產(chǎn)生熱鍋爐產(chǎn)生4MPa、430 的過熱蒸汽，蒸汽通過透平作功。離開的過熱蒸汽，蒸汽通過

51、透平作功。離開透平乏汽的壓力為透平乏汽的壓力為0.01235MPa，其干度為，其干度為0.9853。轉(zhuǎn)化氣在有關(guān)。轉(zhuǎn)化氣在有關(guān)溫度范圍的平均等壓熱容溫度范圍的平均等壓熱容。1136KkmolkJCCpmspmh乏汽進入冷凝器用乏汽進入冷凝器用30 的冷卻水冷凝，冷凝水用水泵打入鍋爐。的冷卻水冷凝，冷凝水用水泵打入鍋爐。進入鍋爐的水溫為進入鍋爐的水溫為50 。試用能量衡算法計算此余熱利用裝置的。試用能量衡算法計算此余熱利用裝置的熱效率熱效率 。T解解由附表由附表8（水蒸氣表）查得各狀態(tài)點的有關(guān)參數(shù)如下：（水蒸氣表）查得各狀態(tài)點的有關(guān)參數(shù)如下：狀態(tài)點狀態(tài)點壓力（壓力（MPa） 溫度（溫度（）)kg

52、kJ(H1)(11KkgkJS123470.012354.00000.012350.012350.1013350430505030209.333283.62557.0209.33125.790.703806.86947.96790.708800.43690高溫余熱利用裝置高溫余熱利用裝置計算以計算以每噸氨為基準(zhǔn)每噸氨為基準(zhǔn)。為簡化計算，忽略體系中有關(guān)設(shè)備的。為簡化計算，忽略體系中有關(guān)設(shè)備的熱損失和驅(qū)動水泵所消耗的軸功。熱損失和驅(qū)動水泵所消耗的軸功。（a）求產(chǎn)汽量）求產(chǎn)汽量G（kg）l對廢熱鍋爐進行能量衡算，忽略熱損失對廢熱鍋爐進行能量衡算，忽略熱損失LQ，則有，則有式中：式中：水H轉(zhuǎn)H與與分別

53、為水與轉(zhuǎn)化氣的焓變。分別為水與轉(zhuǎn)化氣的焓變。0LQ0SW0轉(zhuǎn)水HHHSLWQH6203636.23056TTmCHpmh轉(zhuǎn)kJ6101416. 51000380364 .225160式中式中m為轉(zhuǎn)化氣的千摩爾數(shù)。為轉(zhuǎn)化氣的千摩爾數(shù)。12hhGH水33.2096 .3283 G（b）計算透平做的功）計算透平做的功SW對透平做能量衡算，忽略熱損失，則有對透平做能量衡算，忽略熱損失，則有12hhHG轉(zhuǎn)33.2096 .3283101416. 56kg4 .1672水汽化吸熱水汽化吸熱水HQkJ6101416. 5TurSHWkJ6102152. 123hhG6 .328325574 .1672式中：

54、式中：冷卻水H冷凝H與與分別為冷卻水吸熱與乏汽冷凝過程的分別為冷卻水吸熱與乏汽冷凝過程的焓變。焓變。（d）計算熱效率）計算熱效率T轉(zhuǎn)化氣余熱回收裝置能量衡算表：轉(zhuǎn)化氣余熱回收裝置能量衡算表：255733.2094 .1672kJ6109262. 3冷凝冷卻水HH34hhGQWST66101416. 5102152. 12363. 0（c）求冷卻水吸收的熱（即焓變），）求冷卻水吸收的熱（即焓變），忽略冷凝器的熱損失，則有忽略冷凝器的熱損失，則有輸入，輸入，高溫氣余熱高溫氣余熱透平作功透平作功冷卻水帶熱冷卻水帶熱SW合合 計計13NHtkJ%輸出，輸出，13NHtkJ%6101416. 56101

55、416. 51001006102152. 1100.006109262. 376.3723.636101416. 5n 熵分析法熵分析法實質(zhì)：實質(zhì)：通過求熵產(chǎn)生：通過求熵產(chǎn)生： gLgSTWS0求損耗功。確定。確定內(nèi)容：內(nèi)容： 、物料和能量衡算。物料和能量衡算。 損失和熱力學(xué)效率。損失和熱力學(xué)效率。 、對整個體系求理想功，熵產(chǎn)生及損耗功。對整個體系求理想功，熵產(chǎn)生及損耗功。 節(jié)能的部位），計算熱力學(xué)效率。節(jié)能的部位），計算熱力學(xué)效率。 、分別計算每臺設(shè)備的理想功分別計算每臺設(shè)備的理想功 idWgS及及 LW、（以便找到（以便找到、分析計算結(jié)果，找出損耗功的最大部位，造成損耗分析計算結(jié)果，找出損

56、耗功的最大部位，造成損耗 功大的原因，確定改進方向。功大的原因，確定改進方向。 例例6.8 對例對例6.7中轉(zhuǎn)化氣的余熱回收裝置用熵分析法評價其能中轉(zhuǎn)化氣的余熱回收裝置用熵分析法評價其能量利用情況。量利用情況。解解以每噸氨為計算基準(zhǔn)。以每噸氨為計算基準(zhǔn)。（a）物料與能量衡算）物料與能量衡算。由例。由例6.7得得kmolm36.230kJH6101416. 5轉(zhuǎn)kgG4 .1672kJWS6102152. 1（b）求轉(zhuǎn)化氣降溫放熱過程的理想功）求轉(zhuǎn)化氣降溫放熱過程的理想功轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)STHWid0（A）高溫余熱利用裝置高溫余熱利用裝置式中：式中：0T為冷卻水的溫度，即為冷卻水的溫度，即30；轉(zhuǎn)S為轉(zhuǎn)化氣

57、降溫過程為轉(zhuǎn)化氣降溫過程的熵變。按題意可忽略其壓力變化，則有的熵變。按題意可忽略其壓力變化，則有56lnTTmCSpms轉(zhuǎn)（B）將式（將式（B）代入式（）代入式（A），可得），可得轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)STHWid0kJ.610464312736533636230303ln.6610677411014165.61014165.kJ6102488. 2gLSTW0,總 75860SSSST 78560SSSST0560lnTHTTmCTpms冷卻水6109262. 31273653ln3636.230303iiniijoutjjSmSmT0kJ610249. 2冷卻水轉(zhuǎn)SST0（c）求損耗功，即）求損耗功，即 損

58、失。取整個裝置為體系，不計熱損失，損失。取整個裝置為體系，不計熱損失，式中式中冷卻水S和和冷卻水H分別為冷卻水的熵變和焓變。各設(shè)備分別為冷卻水的熵變和焓變。各設(shè)備的損耗功（的損耗功（ 損失）也可以用上式求出。損失）也可以用上式求出。iiniijoutjjSmSmT0 15260SSSSTkJ6104469. 1 12560SSSST 126303106774. 1ssG2100水轉(zhuǎn)STST7038. 08694. 64 .167230310678. 16gLSTW0,廢210水轉(zhuǎn)SSTkJ610447. 1（d）求熱力學(xué)效率）求熱力學(xué)效率 （整個裝置）（整個裝置）a8694. 69679. 7

59、4 .1672303230,ssGTWTurLkJ510567. 5gLSTW0,冷冷卻水HssGT3406109262. 39679. 77038. 04 .1672303kJ510452. 2 34780ssssT冷卻水汽SST0 37480ssssTidSaWW3510. 06610646. 310215. 13508. 0（e）轉(zhuǎn)化氣余熱回收裝置熵分析結(jié)果（）轉(zhuǎn)化氣余熱回收裝置熵分析結(jié)果（ 平衡）如下：平衡）如下：輸入輸入輸出輸出項目項目理想功理想功輸出功輸出功損耗功損耗功總計總計廢,LWWsTurLW,冷,LW小計小計13NHtkJ%13NHtkJ610464. 3610464. 3

60、100100610464. 3610249. 26102452. 06105567. 0610447. 1610215. 135.141.8100（f）單體折設(shè)備的熱力學(xué)效率與總體系）單體折設(shè)備的熱力學(xué)效率與總體系 損失分布損失分布前已求出各單體設(shè)備的損耗功，現(xiàn)在只要計算流體經(jīng)各單體前已求出各單體設(shè)備的損耗功，現(xiàn)在只要計算流體經(jīng)各單體設(shè)備的理想功，則可求出它們的設(shè)備的理想功，則可求出它們的 。al對廢熱鍋爐，高溫轉(zhuǎn)化氣降溫過程提供的理想功為對廢熱鍋爐，高溫轉(zhuǎn)化氣降溫過程提供的理想功為kJ.Wid6106463l水蒸汽經(jīng)透平的理想功為水蒸汽經(jīng)透平的理想功為23023ssTh