1、西南科技大学网络教育系列课程5. 化工过程的能量分析主讲 :蒋琪英课程名称 http:/各章之间的联系各章之间的联系2 流体的 p-V-T关 系p、 V、 T， Cp、Cv， EOS3 纯流体的热力学性质 难测的 H,S,U由 EOS,Cp,Cv得到 4 流体混合物的热力学性质7 相平衡 ：f2,4,410 化学平衡 :45 化工过程的能量分析： H、 S、U、 W（ 3）蒸汽动力循环和制冷循环：H、 S、 W（ 3）给出物质有效利用极 限给出能量有效利用极 限化工热力学的任务图 1-5课程名称 http:/本章目录化工过程的能量分析5.1 能量平衡方程5.2 功热间的转化5.3 熵函数5.4
2、 理想功、损失功及热力学效率5.5 有效能与无效能5.6 有效能衡算与无效能效率5.7 化工过程与系统的有效能分析课程名称 http:/5. 化工过程的能量分析基本要求化工热力学还是一门有关能量的科学，由于真实过程的不可逆性，造成了能量在再分配的过程中不可避免的品位降低，有部分的能量损耗。通过热力学的能量分析，可以确定具体过程中能量损失的具体部位和损耗原因，帮助优化能源的利用，提高效率。本章重点阐述过程 能量 分析评价的 理论和方法 ，旨在从热力学的角度探讨化工 过程的能量分析和合理利用 。课程名称 http:/5. 化工过程的能量分析重点 能量平衡方程重点：讲授清楚表达式中各项意义，计算基准
3、，掌握正确建立能量守恒式方法，正确计算热效应和功；熵和第二定律部分重点：讲清楚熵增原理、熵平衡（熵产和熵流）理想功、损失功和等概念及计算方法。难点 熵增原理概念、各种效率 课程名称 http:/5. 化工过程的能量分析本章内容(1) 热力学第一定律 能量转化与守恒方程；(2) 热力学第二定律；(3) 熵增、熵产生与熵平衡；(4) 理想功、损失功与热力学效率；(5) 有效能的定义及计算(6)过程能量的评价与分析课程名称 http:/5.1能量平衡方程5.1.1 能量守恒与转化1.能量的种类内能 (U): 系统内部所有粒子除整体势能和整体动能外，全部能量的总和。包括分子内动能、分子内势能和分子内部
4、的能量。动能 (EK):如果物质具有质量 m，并且以速度 u 运动，那么，物系就具有动能 EK=1/2mu2重力势能 (Ep ):如果物质具有质量 m，并且与势能基准面的垂直距离为 z，那么，物系就具有势能 E= mgz课程名称 http:/5.1 能量平衡方程热 (Q):由于温差而引起的能量传递 . 。做为能量的交换量，必然会涉及到传递方向的问题。即热量不仅具有绝对数值，而且需要正负号来表示能量的传递方向。在化工热力学中，规定 物系得到热时 Q 为 正值 ，相的，物系向环境 放热 时 Q 为 负值 。功 (W ):除了热 Q 之外的能量传递均叫做功，以表示。与热 Q 一样，功 W 也是物系发
5、生状态变化时与环境交换的能量，只是 W 是另一种形式。于是，在化工热力学中对于功W 也做了正负号的规定。物系 得到 功作用，记为 正值 ；而物系向环境 做功 ，记为 负值 .课程名称 http:/5.1 能量平衡方程2.热力学第一定律U = E2-E1=Q +W即进入 系统的 能量 减去 离开 系统的 能量 等于系统 内部储存能量 的 变化（ 5-1）课程名称 http:/z2基准面z1u1 m1截面11Qu2WS截面2体系2m2物料从截面物料从截面 1流经设流经设备，截面备，截面 2流出，进流出，进入的物料为入的物料为 m1， 单位质量的流体动能为 EK， 平均流速为 u1， 比容为 V1，压力为 p1， 内能为 U1。 截面 2同样5.1 能量平衡方程对于敞开体系 ,体系与环境之间既存在物质交换，也存在能量交换，而一切物质都具有能量，能量是物质固有的特性。系统蓄积的能量，如动能、势能和热力学能等是 系统状态函数。 过程中系统和环境传递的能量，常见有功和热，它们 不是状态函数，而与过程有关 。5.1.2 能量平衡方程能量平衡方程
