如何分析化工过程中能量的变化情况?

发布网友发布时间：2023-07-19 23:48

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热心网友时间：2024-11-25 12:00

化工过程能量分析

重点难点：能量平衡方程、熵平衡方程及应用，理想功和损失功的计算，有效能的概念及计算，典型化工单元过程的有效能损失。

1) 能量平衡方程、熵平衡方程及应用

(1) 能量平衡方程及其应用

根据热力学第一定律：

体系总能量的变化率＝能量进入体系的速率-能量离开体系的速率

可得普遍化的能量平衡方程：

式中左边项代表体系能量的变化，右边项第一项表示质量流带入、带出的能量，后三项表示体系与环境热和功的交换量。

注意：式中H为单位质量的焓，u2/2为单位质量的动能，gZ为单位质量的位能，内能、动能和位能(g=9.81m/s2)之和为单位质量流体的总能量E：

符号规定：进入体系的质量流率mk为正，体系吸热Q为正，环境对体系做功W为正(体系得功为正)。

上式适用于任何过程，不受过程是否可逆或流体性质的影响。

要对一个过程进行能量分析或能量衡算，应该根据过程的特点，正确分析能量平衡方程式中的各个项，化简能平式，关键是要会分析题意特点，能平式中各项的含义要明白。

① 对封闭体系：忽略动、位能的变化，则能平式变为

积分，可得

此即为封闭体系热力学第一定律的数学表达式。

② 稳态流动体系(简称稳流体系)

稳态流动过程是指物料连续地通过设备，进入和流出的质量流率在任何时刻都完全相等，体系中任一点的热力学性质都不随时间变化，体系没有物质和能量的积累。因此，稳流体系的特点：体系中任一点的热力学性质都不随时间而变；体系没有物质及能量的积累。

对一个敞开体系，以过程的设备为体系，即为稳流体系。其能平式可化为

把上式中第一项进、出分开，即得：

单位质量的稳流体系的能量方程式：

式中∆H。∆u2/2、g∆Z、Q和Ws分别为单位质量的流体经过设备时的焓变、动能变化、位能变化、体系与环境交换的热量及轴功。

注意：我们这儿性质的符号没有区分大小写，但是可以根据公式看出是否是单位质量的量。