第六章化工过程能量分析.pptx

第六章化工过程能量分析
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主要内容:
能量平衡方程
功热之间的转换
熵函数
理想功、损失功及热力学效率
有效能
有效能衡算及有效能效率
化工过程与系统的有效能分析
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本章重点:
运用热力学第一定律、第二定律,借助理想功、损失功、有效能等概念,对:
化工过程中的能量转换、传递与利用进行热力学分析,评价过程能量利用的有效程度,确定能量利用的总效率。
揭示能量损失的根源,指出过程用能的薄弱环节及其改进的方向和潜力,提出相应的改进措施,如改进工艺或设备、优化操作参数。
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火力发电:能量的形式有:机械能、热能、电能、化学能等。各种不同形式的能量相互转换,但总量不变。
化学能-热能
热能-机械能
机械能-电能
电能-机械能
燃料化学能
热能
电能
机械能
锅炉
透平
发电机
电动机
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化工过程能量分析的作用:
了解过程用能极限(理想过程);
发现用能存在问题;
揭示问题根源;
指出用能改进的方向与潜力。
能量分析与改进的两个阶段:
用能分析;(分析问题)
综合优化。(解决问题)
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能量平衡方程
能量守恒与转换
所有物质都具有能量,能量是物质固有特性。通常,能量可分为两大类:
一类是系统蓄积的能量,如动能、势能和热力学能(内能),它们都是系统状态的函数。
另一类是过程中系统和环境传递的能量,常见的有功和热,它们并非状态函数,而与过程有关。
热量是因为温差引起的能量传递,而做功则是由某种势差引起的能量传递,因此,热和功是两种本质不同且与过程传递方式有关的能量形式。
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热力学第一定律
孤立系统中,不同形式的能量可以相互转换或传递,在转换或传递的过程中,能量的数量是守恒的,这就是热力学第一定律,即能量转换和守恒原理。
基本形式:
即,体系能量的增加等于环境能量的减少。
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体系在过程前后的能量变化应与体系在该过程中传递的热量Q与功W相等。
体系吸热为正值,放热为负值;
体系得功为正值,对环境做功为负值。
内能
动能
势能
热力学第一定律的基本式:
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封闭体系的能量平衡方程
封闭体系与环境只有能量交换,而没有物质传递,所进行的过程通常不能引起外部势能或动能变化,只能引起内能变化。
封闭系统的热力学第一定律数学表达式为:
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稳态流动体系的能量平衡方程
稳态流动:系统中没有物料和能量的积累。
流体流动过程中所有点的状态均不随时间变化;
垂直于流向的各个截面处的质量流量相等。
稳态流动系统的能量平衡关系式为: