化工过程能量分析

化工热力学之化工过程能量分析知识梳理，包括它的基本概念、能量分析的方法、有效能、合理用能的原则等等。

化工过程能量分析

• 基本概念
  • 高级能量：能完全转化为功的能量。如机械能，电能等。
  • 低级能量：不能完全转化为功的能量。如热能等。
  • 可逆热机效率
    • 卡诺热机——热功转换的理想循环
  • 理想功：完全可逆途径，从一个状态变成另一个状态所做的最大有用功或必须消耗的最小功。
    • 稳流过程
  • 损失功：不可逆性越大,损失功越大。
    • 分析
      • 流体流动过程
        • 恒温流动Wl=
        • 变温流动
      • 传质过程
        • 混合过程（敞开系统稳流）
        • 分离过程
          • 分离对象为理想溶液
          • 分离对象为非理想溶液
  • 热力学效率：
• 能量分析的方法
  • 能量衡算法a：以热力学第一定律为基础
  • 熵分析法b：以热力学第一，第二定律为基础
    • 从而确定有效能损失和热力学效率
  • 有效能分析法c：以热力学第一，第二定律为基础
• 有效能
  • 能量
    • 高级能量（有效能）
    • 低级能量
    • 僵态能量（无效能）
    • 系统总能量=有效能+无效能
  • 概念：由所处状态回到基准态所提供的理想功
  • 组成（系统处于基准态式，各有效能均为零）：
  • 热量有效能：
    • 恒温热源
    • 变温热源
  • 平衡方程式
  • 有效能效率
    • 第一定律效率
    • 第二定律效率
• 两定律
  • 热力学第一定律（能量守恒定律）
    • 开系稳流过程（J/Kg）
      • 压缩机，透平机，泵，鼓风机
      • 管道，塔，混合器，反应器H2-H1=Q
      • 节流阀或多孔塞降压：等焓过程。冷冻也是节流过程。
      • 喷汽喷射泵及喷嘴
      • 伯努利方程
    • 封闭体系
  • 热力学第二定律
    • 三种表述方法
      • 克劳修斯：热不可能自动从低温物体传到高温物体。
      • 开尔文：不可能从单一热源使之完全变成功，而不引起其它变化。
      • 孤立系统的熵只能增加，或增加到极限不变。
    • 熵
      • 可逆熵只与初末状态有关，与过程无关。可逆熵与不可逆熵相等。
      • 熵平衡方程式
        • 熵产（Sg）：不可逆程度的衡量；熵流：由于热交换引起熵的变化
        • 敞开系统
          • 稳定流动
          • 稳流绝热
            • 可逆
            • 不可逆
          • 子主题
        • 克劳修斯不等式
        • 三种方法的比较：（1）计算量c>b>a;(2)a:只是利用热能;b:热交换，功交换的定组成体系；c:热交换，功交换的变组成体系
• 合理用能的原则：按质用能，按需供能