第五章化工過程的能量分析

5.1能量平衡方程

一．

熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)熱力學(xué)第一定律的實(shí)質(zhì)就是能量在數(shù)量上是守恒的基本形式為：Δ（體系的能量）＋Δ（環(huán)境的能量）＝0或Δ（體系的能量）＝－Δ（環(huán)境的能量）體系的能量的增加等于環(huán)境的能量的減少。

在實(shí)際生產(chǎn)中大都遇到兩種體系，即敞開體系和封閉體系。1.封閉體系：（限定質(zhì)量體系）與環(huán)境僅有能量交換，沒有質(zhì)量交換。體系內(nèi)部是固定的。封閉體系是以固定的物質(zhì)為研究對(duì)象。2.敞開體系：（限定容積體系）與環(huán)境有能量交換，也有質(zhì)量交換。二.能量平衡方程

1.一般形式

WsQδm2

δm1

P1V1C1U1P2V2C2U2Z1Z2（1）物料平衡方程：根據(jù)上式：得到m1-m2=m體系（2）能量平衡方程進(jìn)入體系的能量－離開體系的能量=體系積累的能量進(jìn)入體系的能量:

微元體本身具有的能量E1δm1

環(huán)境對(duì)微元體所作的流動(dòng)功P1V1δm1

環(huán)境傳入的熱量δQ

環(huán)境對(duì)體系所作的軸功δWs

離開體系的能量:微元體帶出能量E2δm2

流體對(duì)環(huán)境所作的流動(dòng)功P2V2δm2

體系積累的能量＝

d（mE）

能量恒等式為：

E1δm1+P1V1δm1+δQ+δWs-E2δm2-P2V2δm2=d(mE)(A)1)E－單位質(zhì)量流體的總能量，它包含有熱力學(xué)能、動(dòng)能和位能。注意：2)PV—流動(dòng)功，表示單位質(zhì)量流體對(duì)環(huán)境或環(huán)境對(duì)流體所作的功功＝力*距離＝P*A*V/A=PVP1V1—輸入流動(dòng)功，環(huán)境對(duì)體系作功P2V2—輸出流動(dòng)功，體系對(duì)環(huán)境作功。

3)Ws—單位流體通過機(jī)器時(shí)所作的軸功可逆軸功對(duì)于可逆總功d(PV)=PdV+VdP積分式?2.

能量平衡方程一般形式代入（A）式，整理，得到將H=U+PV(5-9)三.能量平衡方程的應(yīng)用

1.封閉體系：無質(zhì)量交換，限定質(zhì)量體系

m1=m2=mδm1=δm2=dm=0

δQ+δWs=mdE

不存在流動(dòng)功若δWs=δWδQ+δWs=mdU

或δQ+δW=mdU

(5-11)

積分：Q+W=ΔU

2.穩(wěn)定流動(dòng)體系

穩(wěn)定流動(dòng)過程，表現(xiàn)在流動(dòng)過程中體系內(nèi)

(1)每點(diǎn)狀態(tài)不隨時(shí)間變化(2)沒有質(zhì)量和能量的積累由式(5-9)可得到穩(wěn)流體系的一般能量平衡方程

(1)一般能量平衡方程

對(duì)穩(wěn)流體系,由式(5-9)得：

=0δm1=δm2=dm

(H2-H1)δm+(C22-C12)δm+g(Z2-Z1)δm-δWs-δQ=0

積分：（5－13）3）式（5－13）應(yīng)用條件是穩(wěn)流體系，不受過程是否可逆以及流體性質(zhì)的影響。注意：1).單位要一致，且用SI單位制.H,Q,Ws—能量單位，J/KgC—m/s

流量G—Kg/h（min.s）2）式中Q和Ws為代數(shù)值，即：Q以體系吸收為正，Ws

以環(huán)境對(duì)體系作功為正。（2）能量平衡方程的應(yīng)用1）對(duì)化工機(jī)器：如膨脹機(jī)，壓縮機(jī)等。流體的動(dòng)能，位能變化量與體系焓值的變化量相比較，或者與流體與環(huán)境交換的熱和功相比較，大都可以忽略。也即（5－16）2）對(duì)化工設(shè)備類：如反應(yīng)器，熱交換器，傳質(zhì)閥門，管道等

且Ws=0（5—17）這個(gè)式子的物理意義表現(xiàn)在：體系狀態(tài)變化，如發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，相變化，溫度變化時(shí)，與環(huán)境交換的熱量（反應(yīng)熱，相變熱，顯熱）等于體系的焓差。

體系狀態(tài)變化，如化學(xué)反應(yīng)

相變化

溫度變化

反應(yīng)熱

相變熱

顯熱

Q

3)對(duì)化工機(jī)器的絕熱過程

當(dāng)體系在絕熱情況下，與環(huán)境進(jìn)行功的交換時(shí)，Q=0

此式說明了在絕熱情況下，當(dāng)動(dòng)能和位能的變化相對(duì)很小時(shí)，體系與環(huán)境交換的功量等于體系焓的減少

4)對(duì)噴嘴對(duì)于這種裝置，Ws=0，gΔZ≈0

水平放gΔZ=0垂直放gΔZ≈0

流體通過噴嘴速度很快來不及換熱，可視為絕熱過程，Q=0

3.應(yīng)用舉例［P108例5-1～5-2］自看5.2功熱間的轉(zhuǎn)換（熱力學(xué)第二定律）

物化知：St≥0

>不可逆=可逆一.基本概念

才可進(jìn)行的過程

自發(fā)過程：不消耗功非自發(fā)過程：消耗功

0℃

30℃

冰

冬天東北氣溫-30℃自發(fā),具有產(chǎn)功能力

如夏天鄭州氣溫30℃-30℃

非自發(fā)水水冰可逆過程：沒有摩擦，推動(dòng)力無限小,過程進(jìn)行無限慢;體系內(nèi)部均勻一致，處于熱力學(xué)平衡;對(duì)產(chǎn)功的可逆過程，其產(chǎn)功最大，對(duì)耗功的可逆過程，其耗功最小;逆向進(jìn)行時(shí)，體系恢復(fù)始態(tài)，環(huán)境不留下任何痕跡。（也即沒有功熱得失及狀態(tài)變化）

不可逆過程：有摩擦，過程進(jìn)行有一定速度;體系內(nèi)部不均勻（有擾動(dòng)，渦流等現(xiàn)象）;逆向進(jìn)行時(shí)，體系恢復(fù)始態(tài)，環(huán)境留下痕跡;如果與相同始終態(tài)的可逆過程相比較，產(chǎn)功小于可逆過程，耗功大于可逆過程。

自發(fā)、非自發(fā)和可逆、非可逆之間的區(qū)別？自發(fā)與非自發(fā)過程決定物系的始、終態(tài)與環(huán)境狀態(tài)；可逆與非可逆過程是（考慮）過程完成的方式，與狀態(tài)沒有關(guān)系。

可逆過程是一個(gè)理想過程，實(shí)際過程都是不可逆的。

可逆過程具有過程的進(jìn)行的任一瞬間體系都處于熱力學(xué)平衡態(tài)的特征，因次，體系的狀態(tài)可以用狀態(tài)參數(shù)來描述。二.熱功轉(zhuǎn)換與熱量傳遞的方向和限度

1.熱量傳遞的方向和限度高溫低溫自發(fā)

非自發(fā)

限度：Δt=02.熱功轉(zhuǎn)化的方向

功熱

100%非自發(fā)

100%自發(fā)

熱功轉(zhuǎn)化的限度要由卡諾循環(huán)的熱機(jī)效率來解決3.熱與功轉(zhuǎn)化的限度——卡諾循環(huán)

卡諾循環(huán)：熱機(jī);高溫?zé)嵩矗ê鉚H）;低溫?zé)嵩矗ê鉚L）.

圖形工質(zhì)從高溫?zé)嵩碩H吸收熱量，部分轉(zhuǎn)化為功，其余排至低溫?zé)嵩碩L。

THTLQH

QL

WC

卡諾循環(huán)由四個(gè)過程組成。

可逆等溫膨脹可逆絕熱膨脹可逆等溫壓縮可逆絕熱壓縮TSPV11234234QHQHQLWcWcQL工質(zhì)吸熱溫度大于工質(zhì)排熱溫度，產(chǎn)功過程正卡諾循環(huán)的結(jié)果是熱部分地轉(zhuǎn)化為功，用熱效率來評(píng)價(jià)循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性

熱效率:熱效率的物理意義：工質(zhì)從高溫?zé)嵩次盏臒崃哭D(zhuǎn)化為凈功的比率。

正卡諾循環(huán)：∵ΔH為狀態(tài)函數(shù)，工質(zhì)通過一個(gè)循環(huán)據(jù)熱一律:∴ΔH=0Q=QH+QL

∴又∵由卡諾循環(huán)知(5-25)

注意以下幾點(diǎn)：

若使或TL=0實(shí)際當(dāng)中是不可能

(1)

η=f(TH?,TC),若使η↗，則TH↗,TL↘

工程上采用高溫高壓，提高吸熱溫度TH，但又受到材質(zhì)影響.

若TH=TL，η=0,W=0

這就說明了單一熱源不能轉(zhuǎn)換為功，必須有兩個(gè)熱源。

卡諾循環(huán)，η可逆最大，相同TH,TL無論經(jīng)過何種過程，η可逆是相同的，實(shí)際熱機(jī)只能接近，不能達(dá)到

三．熵函數(shù)與熵增原理

1.熵函數(shù)

通過研究熱機(jī)效率推導(dǎo)出熵函數(shù)的定義式

對(duì)于可逆熱機(jī)有

也即熵定義

２.熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式

>

對(duì)不可逆過程：對(duì)可逆過程：熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式：

>不可逆=可逆注意：熵狀態(tài)函數(shù)。只要初，終態(tài)相同，對(duì)于不可逆過程應(yīng)設(shè)計(jì)一個(gè)可逆過程，利用可逆過程的熱溫熵積分進(jìn)行熵變計(jì)算．３.熵增原理

對(duì)于孤立體系（或絕熱體系）這個(gè)式子說明了由熵增原理表達(dá)式。<0不可能進(jìn)行的過程

>0不可逆過程=0可逆過程結(jié)論：

自然界的一切自發(fā)進(jìn)行的過程都是熵增大的過程；同時(shí)滿足熱一律，熱二律的過程，實(shí)際當(dāng)中才能實(shí)現(xiàn)，違背其中任一定律，其過程就不可能實(shí)現(xiàn)?？傡刈?yōu)樽园l(fā)進(jìn)行的限度自發(fā)進(jìn)行的方向四熵變的計(jì)算

1.可逆過程的熱溫熵計(jì)算

據(jù)熱一律可逆過程同除T得：又∵

對(duì)理想氣體:dH=nCpdT

∴

２．相變化熵變

∴相變化的熵變相變化皆屬于可逆過程，并且相變化的熱量，據(jù)能量平衡方程知：３.環(huán)境熵變

熱力學(xué)環(huán)境：一般指周圍大自然（可視為恒溫?zé)嵩矗磻?yīng)用舉例

[P111－P112

(例5－3，5－4)]自看

5．3熵平衡和熵產(chǎn)生

１熵平衡方程

將容量性質(zhì)衡算通式用于熵，得:=-+

T—限制表面上熱流通過處的溫度,T’

代表始態(tài)溫度,T’’

代表終態(tài)溫度物料熱量

S—單位質(zhì)量物料的熵；

熵?cái)y帶者功與熵變化無關(guān)，功不攜帶熵。物料攜帶的熵=mS熱流攜帶的熵=式中:m—物料的質(zhì)量；是代數(shù)值，以體系收入者為正，體系支出者為負(fù)于是:熵平衡方程為:將此整理,得:(5-33)熵平衡方程注意：2.熵產(chǎn)生

上式中：—體系的總熵變；—因物流流進(jìn)，流出限定容積而引起的熵變化；—因熱流流進(jìn),流出限定容積而引起的熵變化；—因體系的內(nèi)在原因引起的熵變化，與環(huán)境無關(guān)，屬于內(nèi)因熵變。引起熵產(chǎn)生的內(nèi)在原因?qū)嶋H上是由于體系內(nèi)部不可逆性而引起的熵變化。這可以用孤立體系的熵平衡方程來證實(shí)。對(duì)孤立體系：因與環(huán)境沒有質(zhì)量交換，也沒有能量交換

代入熵平衡方程中==由熱二律知:可逆過程

不可逆過程

結(jié)論：熵產(chǎn)生可以用作判斷過程方向的準(zhǔn)則<0時(shí)，體系內(nèi)部的過程不自發(fā)。>0時(shí)，體系內(nèi)部的過程不可逆或自發(fā)；=0時(shí)，體系內(nèi)部的過程可逆或平衡；3.熵平衡方程的特殊形式

絕熱過程

可逆過程=+穩(wěn)流過程=0++封閉體系=+4.應(yīng)用舉例(例5-5)自看

如:有一人聲稱發(fā)明了一臺(tái)穩(wěn)流裝置，將1Kg溫度為373K的飽和蒸汽通過此裝置時(shí)，能向溫度為450K的高溫?zé)釒燧斔?860KJ的熱量，同時(shí)自身冷卻為0.1MPa（1atm），273K的冷凝水。用于冷卻蒸汽的天然水的溫度為273K。問此裝置是否可行?高溫?zé)釒?50Kq1=1860kJ飽和蒸汽穩(wěn)流裝置h1=2680KJ/Kg冷卻水273Kh2=0水1kg1atm,273Kq0s2=01kg，373ks1=7.37KJ/Kg.K解：過程示意如圖查得各物質(zhì)的焓和熵一并標(biāo)記在圖中。以1Kg飽和蒸汽為計(jì)算基準(zhǔn)：能量衡算：h1=h2+q1+q0q0=h1-h2-q1=2680-0-1860=820KJ/Kg飽和蒸汽熵衡算：穩(wěn)流過程過程不自發(fā)，亦即不可能

5.4理想功和損失功

損失功法：是以熱力學(xué)第一定律為基礎(chǔ)，與理想功進(jìn)行比較，用熱效率評(píng)價(jià)。有效能分析法：將熱力學(xué)第一定律，熱力學(xué)第二定律結(jié)合起來，對(duì)化工過程每一股物料進(jìn)行分析，是用有效能效率評(píng)價(jià)。目前進(jìn)行化工過程熱力學(xué)分析的方法大致有兩種：一.

理想功1.

定義：體系以可逆方式完成一定的狀態(tài)變化，理論上可對(duì)外做的最大功(對(duì)產(chǎn)功過程)，或者理論上必須獲得外部的最小功(消耗過程)，稱為理想功。Wmax(Wmin)體系以狀態(tài)1狀態(tài)2完全可逆要注意:完全可逆狀態(tài)變化可逆；傳熱可逆(物系與環(huán)境)２理想功的計(jì)算式

（１）非流動(dòng)體系理想功的計(jì)算式若過程可逆由熱一律：ΔU=Q+WW=ΔU-Q(5-38)結(jié)論：體系發(fā)生狀態(tài)變化的每一個(gè)實(shí)際過程都有其對(duì)應(yīng)的理想功。理想功決定于體系的始、終態(tài)和環(huán)境狀態(tài)，與過程無關(guān)；（2）流動(dòng)過程理想功的計(jì)算式對(duì)于穩(wěn)流過程，熱一律表達(dá)式為：忽略動(dòng)，勢能變化

若可逆(5-41)穩(wěn)流過程理想功注意點(diǎn)：

式（5-41）忽略了進(jìn)出口的動(dòng)能，勢能的變化。完整的表達(dá)式為：體系經(jīng)歷一個(gè)穩(wěn)流過程，狀態(tài)發(fā)生變化，即可計(jì)算其理想功，理想功的值決定于體系的始、終態(tài)與環(huán)境溫度，而與實(shí)際變化途徑無關(guān)。要區(qū)別可逆軸功與理想功這兩個(gè)概念．對(duì)絕熱過程對(duì)不做軸功的過程二損失功WL

１定義：體系完成相同狀態(tài)變化時(shí)，實(shí)際功和理想功的差值．?dāng)?shù)學(xué)式：

對(duì)穩(wěn)流體系(5-43)(5-44a)結(jié)論：

（1）（2）（3）可逆過程有關(guān)與有關(guān)與實(shí)際過程對(duì)產(chǎn)功過程：對(duì)耗功過程：

三應(yīng)用舉例（P117-P118

例5-7）自看例5-81.57MPa,757K的過熱水蒸汽推動(dòng)透平機(jī)作功，并在0.0687MPa下排出。此透平機(jī)既不絕熱也不可逆，輸出的軸功相當(dāng)于可逆絕熱膨脹功的85％。由于隔熱不好，每千克的蒸汽有7.12KJ的熱量散失于293Ｋ的環(huán)境。求此過程的理想功，損失功及熱力學(xué)效率。分析

求：

解：1查過熱水蒸汽表,內(nèi)標(biāo)計(jì)算H1，S1當(dāng)當(dāng)當(dāng)故H1=3437.5KJ/KgS1=7.5150KJ/Kg.K2求終態(tài)熱力學(xué)性質(zhì)可逆絕熱膨脹S1=S2’S1=S2’=7.5150KJ/Kg.K當(dāng)P2=0.0678MPa時(shí)，對(duì)應(yīng)的飽和蒸汽Sg為

Sg=7.4912KJ/Kg.K所以狀態(tài)２為過熱蒸汽二者相比較，已逼近飽和蒸汽，查飽和水蒸汽表H2’=2658.46KJ據(jù)熱力學(xué)第一定律：由P2,H2

查表內(nèi)標(biāo)得S2=7.7551KJ/Kg.K3求

=-70.3493+（-669.27）=-739.62KJ/Kg-293(7.7551-7.5150)+(2768.23-3437.5)=77.47KJ/Kg

如果拿同樣重量的24K金子和18K金子相比較，問你哪個(gè)更有價(jià)值，你肯定能很快回答。其價(jià)值不同是因?yàn)楹鹆康牟顒e。但對(duì)于能量來說，同樣數(shù)量的熱和功，哪個(gè)利用價(jià)值更高一些？同是1000kg的飽和蒸汽和過熱蒸汽哪個(gè)作功能力更大？本節(jié)通過引入能級(jí)和有效能的概念來回答這個(gè)問題。能量不僅在數(shù)量上具有守恒性，在質(zhì)量上還具有品位性，而且在轉(zhuǎn)換與傳遞工程中具有貶值性。例如對(duì)1kJ的熱和1kJ的功，從熱力學(xué)第一定律看，它們的數(shù)量是相等的，但從熱力學(xué)第二定律考察，它們的質(zhì)量即作功能力是不相當(dāng)?shù)?，功的質(zhì)量（品位）高于熱

5.5

有效能及其計(jì)算一、

有效能的概念1.

能量的分類按能量轉(zhuǎn)化為有用功的多少，可以把能量分為三類：⑴高質(zhì)能量：理論上能完全轉(zhuǎn)化為有用功的能量。如電能、機(jī)械能。⑵僵態(tài)能量：理論上不能轉(zhuǎn)化為功的能量（如海水、地殼、環(huán)境狀態(tài)下的能量）。⑶低質(zhì)能量：能部分轉(zhuǎn)化為有用功的能量。如熱量和以熱量形式傳遞的能量。

2.

有效能

⑴定義：一定形式的能量，可逆變化到給定環(huán)境狀態(tài)相平衡時(shí)，理論上所能作出的最大有用功。無效能：理論上不能轉(zhuǎn)化為有用功的能量。⑵能量的表達(dá)形式對(duì)高質(zhì)能量能量＝有效能對(duì)僵態(tài)能量僵態(tài)能量＝無效能對(duì)低質(zhì)能量低質(zhì)能量＝有效能＋無效能

注意點(diǎn)①有效能——“火用”、“可用能”、“有用能”、“資用能”無效能——“火無”、“無用能”②功——可看作100％的有效能二.有效能的計(jì)算

1.

環(huán)境和環(huán)境狀態(tài)⑴環(huán)境：一般指恒T、P、x下，龐大靜止體系。如大氣、海洋、地殼等⑵環(huán)境狀態(tài)：熱力學(xué)物系與環(huán)境完全處于平衡時(shí)的狀態(tài)，稱之。常用Ｔ0、Ｐ0、Ｈ0、Ｓ0等表示。2.

物系的有效能⑴物理有效能：物系由于Ｔ、Ｐ與環(huán)境不同所具有的有效能。⑵化學(xué)有效能：物系在環(huán)境的Ｔ0、Ｐ0下，由于組成與環(huán)境不同所具有的有效能。3.熱量的有效能ＢQ∵卡諾循環(huán)熱效率⑴定義：傳遞的熱量，在給定的環(huán)境條件下，以可逆方式所能做出的最大有用功。⑵計(jì)算式①恒溫?zé)嵩礋崃康挠行埽?－49）無效能∴BQ=WC

②變溫?zé)嵩吹挠行芑蛴肏、S值計(jì)算：ＢQ=T0ΔS-ΔH

(5—50)4.壓力有效能

Bp=ToΔS-ΔH由第三章知（5—52）對(duì)理想氣體5.穩(wěn)流物系的有效能⑴定義：穩(wěn)流物系從任一狀態(tài)i（Ｔ、Ｐ、Ｈ、Ｓ）以可逆方式變化到環(huán)境狀態(tài)（TO、P0、H0、S0）時(shí)，所能作出的最大有用功。

Bi＝T0(S0-Si)-(H0-Hi)穩(wěn)流物系從狀態(tài)1狀態(tài)2所引起的有效能變化為：

ΔB＝B2-B1=T0(S1-S2)-(H1-H2)=ΔH-T0ΔS三、理想功與有效能的區(qū)別與聯(lián)系理想功：Wid=ΔH-T0ΔS=(H2-H1)-T0(S2-S1)有效能：B=T0(S0-S)-(H0-H)有效能與理想功的區(qū)別主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面⑴終態(tài)不一定相同Wid:終態(tài)不定

B:終態(tài)一定（為環(huán)境狀態(tài)）⑵研究對(duì)象不同Wid：是對(duì)兩個(gè)狀態(tài)而言，與環(huán)境無關(guān)，可正可負(fù)。B：是對(duì)某一狀態(tài)而言，與環(huán)境有關(guān)，只為正值。

2.聯(lián)系B1＝T0(S0-S1)-(H0-H1)B2＝T0(S0-S2)-(H0-H2)有效能變化ΔB＝B2-B1=ΔH-T0ΔS=Wid若ΔB<0，Wid<0物系對(duì)外做功，ΔB=Wid

ΔB>0，Wid>0物系接受功，ΔB=-Wid

四、不可逆性和有效能損失1.不可逆性熱力學(xué)第二定律認(rèn)為自然界中一切過程都是具有方向性和不可逆性的。當(dāng)ΔSt（ΔS產(chǎn)生）≥0>不可逆過程=可逆過程有效能的方向和不可逆性表現(xiàn)在：①當(dāng)過程是可逆時(shí)，有效能不會(huì)向無效能轉(zhuǎn)化，有效能的總量保持不變。②當(dāng)過程是不可逆時(shí)，有效能向無效能轉(zhuǎn)變，使有效能的總量減少。2.有效能損失Ｄ(EL)

2.有效能損失Ｄ(EL)⑴定義：不可逆過程中有效能的減少量，稱之。⑵計(jì)算式：D＝理想功－實(shí)際功對(duì)于穩(wěn)流體系：若忽略動(dòng)能、勢能的影響實(shí)際功Ws=Q-ΔH

理想功Wid＝T0ΔS-ΔH∴D＝T0ΔS-ΔH-Q＋T0ΔS-ΔH＝T0ΔS-Q∴D=T0ΔSsys+T0ΔSsur=T0ΔSt

或D=T0ΔS產(chǎn)生又∵ΔSsur=-Q/T0-Q=T0ΔSsur⑶典型過程有效能損失

①傳熱過程對(duì)高溫物系放出的熱量的有效能為：BQ，H＝Q（1－T0/TH）對(duì)低溫物系吸收的熱量的有效能為：BQ，L＝Q（1-T0/TL）有效能損失D=BQ，H-BQ，L=

結(jié)論：ⅰ)傳熱過程有效能損失是存在的。ⅱ)TH-TC差值增大，D增大

∴ＴdSt=-VdP

dSt=(-V/T)dP由前知Ｄ=ToΔSt

∴dD=T0dSt=T0(-V/T)dp結(jié)論：ｉ)D∝ΔP壓力降ⅱ)穩(wěn)流過程的有效能損失是由于阻力引起的。②穩(wěn)流體系對(duì)穩(wěn)流體系，若忽略掉動(dòng)能和勢能ΔH＝Q+Ws

對(duì)管道流動(dòng)，一般情況下，Q＝0（無熱交換）

Ws＝0（無軸功）dH=0∴ΔH＝0∵dH=TdS+VdP③傳質(zhì)過程若Tα=Tβ=T式中：μiαμiβ——組ｉ在αβ相中的化學(xué)位

α、β——相把兩相看作一個(gè)孤立體系，則d(ns)孤=d(ns)t∴有效能損失：ｄD=T0d(ns)t=-T0④注意點(diǎn)：

有效能損失在任何不可逆過程都是存在的；有效能損失的大小與過程的推動(dòng)力有關(guān)，D∝推動(dòng)力。即推動(dòng)力大，D大。

3.應(yīng)用舉例［P123—124例5—10～5—11］例5—10自看［P124例5—11］如圖5—11所示，裂解氣在中冷塔中分離，塔的操作壓力為3.444MP，液態(tài)烴（由C2、C3、C4等組成）由塔底進(jìn)入再沸器，其溫度為318K；經(jīng)0.1965MP的飽和蒸汽加熱蒸發(fā)回到塔內(nèi)。已知再沸器中冷凝水為313K，大氣溫度Ｔ0為293K，液態(tài)烴在318K，3.444MP下氣化熱為293kJ/kg。汽化熵為0.921kJ/(kg.K)。求算加熱前后液態(tài)烴，水蒸氣的有效能變化及損失功。T0=293K,3.444MP,318K下烴ΔHv=293kJ/kg

ΔSv=0.921kJ/(kg.K)

T=392.6K查表H氣=2706kJ/kg,S氣=7.133kJ/(kg.K)飽和水查表H水=167.4kJ/kg,S水=0.572kJ/(kg.K)解：⑴求消耗1kg水蒸氣能蒸發(fā)液烴的量mmΔHv=H水氣-H水（熱量衡算）∴m=(H水氣-H水)/ΔHv=(2706-167.4)/293=8.66kg烴⑵液態(tài)烴有效能變化ΔB烴B前=m[To(S0-S1)-(H0-H1)]B后=m[To(S0-S2)-(H0-H2)]ΔB烴=B后-B前=m(ΔHv-ToΔSv)=8.66(293-293*0.921)=201kJΔB烴>0,表明有效能增加。

⑶水蒸氣有效能變化=(167.4-2706)-293(0.572-7.133)=-616KJ表明1kg水蒸氣換熱后冷凝為水,其有效能降低.

④求D∵∴4.6有效能的衡算及有效能效率有效能的守恒與否應(yīng)與過程的可逆性有關(guān)，過程是可逆的，沒有有效能的損失，有效能是守恒的。不可逆過程總是使有效能減少而無效能增加，在建立有效能衡算式時(shí)，應(yīng)附加一項(xiàng)有效能損失作為有效能的輸出項(xiàng)。開系穩(wěn)流系統(tǒng)的有效能平衡方程式應(yīng)為：輸入的有效能＝輸出的有效能＋有效能損失1.

有效能衡算式有效能衡算式,可由熱力學(xué)第一律,熱力學(xué)第二律推導(dǎo)出來穩(wěn)流體系狀態(tài)1 狀態(tài)2

H1,S1H2,S2

Q孤立體系一.

有效能平衡由熱力學(xué)第二定律：分兩種情況考慮

由熱力學(xué)第一定律(忽略了動(dòng)能,勢能)(A)(1)可逆過程

有效能損失∵(B)∴由式(A)-式(B),得:進(jìn)行數(shù)學(xué)處理，得：輸入體系有效能=輸出體系有效能∴(2)不可逆過程由于有效能損失總是存在的，并且有效能損失總是大于零，D>0?！噍斎塍w系有效能=輸出體系有效能+有效能損失2結(jié)論：①

能量衡算是以熱一律為基礎(chǔ)，有效能衡算是以熱一、二定律為基礎(chǔ)；②

能量守恒，但有效能不一定守恒?？赡孢^程有效能守恒，不可逆過程有效能總是減少的；③

能量衡算反映了能量的利用情況，而有效能衡算可反映能量的質(zhì)量、數(shù)量的利用情況；④

D的計(jì)算方法：有兩種：二.有效能效率

總有效能效率(總火用效率)目的有效能效率(目的火用效率)定義：對(duì)于一個(gè)設(shè)備或過程，收益的有效能與提供給它的有效能的比值?！唷哂行苄史从沉擞行艿睦寐?，是衡量過程熱力學(xué)完善性的量度，其實(shí)質(zhì)是反映了真實(shí)過程和理想過程的差距

2.目的火用效率對(duì)一切過程（不論過程本身產(chǎn)功，還是耗功）3.結(jié)論：有效能效率在任何情況下均小于1，大于零若D=0，則說明過程為完全可逆過程若D>0，則說明過程為不可逆過程

偏離1的程度↗，D↗,過程的不可逆程度就愈大該過程才能進(jìn)行。只有>三．有效能分析法步驟對(duì)一個(gè)過程進(jìn)行熱力學(xué)分析，一般分為四步，書P127頁步驟：（1）根據(jù)需要確定被研究的物系；（2）確定輸入及輸出各物流，能流的工藝狀況及熱力學(xué)函數(shù)；(3)計(jì)算各物流，能流的有效能；(4)對(duì)體系進(jìn)行有效能衡算，求出有效能損失和有效能效率。四．應(yīng)用舉例P128-133，例5－13，5－15自看

P128例5－14氨廠的高壓蒸汽系統(tǒng)，每小時(shí)產(chǎn)生3.5t的中壓冷凝水。如通過急速閃蒸，由于壓力驟然下降，可產(chǎn)生低壓蒸汽?，F(xiàn)有兩種回收方案，方案A是將中壓冷凝水先預(yù)熱鍋爐給水，然后在閃蒸中產(chǎn)生較少量的低壓蒸汽，鍋爐給水流量為3.5t/h,預(yù)熱前后溫度分別為20℃，80℃。方案B是通過閃蒸氣產(chǎn)生較多的蒸汽，中壓冷凝水為1.908Mpa,210℃,在閃蒸氣中激速降壓至0.4756Mpa,以產(chǎn)生0.4756Mpa

的低壓蒸汽與冷凝水.如忽略過程的熱損失,環(huán)境的溫度為20℃.試計(jì)算A,B兩種方案的有效能損失,并比較計(jì)算結(jié)果.閃蒸器閃蒸器1231234中壓冷凝水3.5t/h,1.908MPa,210℃

H1=897.76KJ/kg

S1=2.4248KJ/kg.k

低壓蒸汽，0.4756MPa

150℃,H2=2746.5

S2=6.8379

低壓冷凝水，0.4756MPa,H3=632.2S3=1.8418

低壓冷凝水，0.4756MPa

1.908MPa,T4,H4,S4

預(yù)熱器鍋爐給水20℃,3.5t/h0.1013MPa,H5=83.96S5=0.2966

56P6=0.1013MPaH6=334.91

S6=1.0753

80℃

低壓蒸汽，0.4756MPaTo=20℃=293KA方案B方案解：（1）確定研究的物系，如圖示；（2）確定進(jìn)，出系統(tǒng)或過程的各物流，能流的工藝狀態(tài)及熱力學(xué)函數(shù)，列表表示；

（3）A方案計(jì)算：∴G=24.19kg/h①取預(yù)熱器為體系，作能量衡算，