化工热力学第六章ppt

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第6章 化工过程热力学分析 ppt课件

第6章 化工过程热力学分析  ppt课件

6.1.3 不可逆过程的损耗功WL
实际过程都是不可逆的,实际功必定小于理想功,理想功 与实际功之差称为损耗功
过程热力学分析中应用极广
Gouy-Stodola)公式,在化工
6.2 化工单元过程的热力学分析
1 流体流动过程 2 传热过程 3 分离过程 4 化学反应过程
6.2.1 流体流动过程
根据热力学基本原理也可证明,和外界无热、功交换但有 压力降的流动过程必定有功损耗。可得流动过程的损耗功为:
6.3.2 两种损失和两种效率
6.3.2.1 两种损失 笼统地说能量损失非但违反热力学第一定律,而且无意义。 所谓能量损失,通常指通过各种途径由系统排到环境中去的未能 利用的能量。 ▉的损失可分成两部分。一部分称为内部损失,是由系统内 部各种不可逆因素造成的损失。 6.3.2.2 两种效率——第一定律效率与第二定律效率 (1)第一定律效率 。 (2)第二定律效率 。
6.4.2 非平衡热力学分析法简介
(2)不可逆过程的熵产率及昂萨格倒易关系
(3)非平衡热力学分析法及其应用举例 非平衡热力学分析法就是以非平衡热力学原理特别是熵产定 律来计算和分析过程的力和流以及由此产生的熵产率的大小,详 细揭示造成能量损耗的原因、部位和机制,并将之与具体过程设 备的结构和操作方式进行关联,以有效指导过程流程改进、操作 方式升级、节能设备的开发和设计等。
6.3.3 三种常规的热力学分析法汇总
6.3.3.1 能量衡算法 能量衡算法是通过物料与能量衡算,确定过程的排出能量 与能量利用率 。基于热力学第一定律的普遍适用性,可由此 求出许多有用的结果,如设备的散热损失、理论热负荷、可回 收的余热量和电力损失的发热量等。 6.3.3.2 熵分析法 熵分析法是通过计算不可逆过程熵产生量,确定过程的 损失和热力学效率。具体地说是以热力学第一定律与第二定律 为基础,通过物料和能量衡算,计算理想功和损耗功,求出过 程热力学效率 。

高等化工热力学PPT

高等化工热力学PPT
K K K K K Q ( qi xi ) zi z j aij zi z j zk aijk i 1 i 1 j 1 k 1 i 1 j 1 K
qi为组分i的有效摩尔体积,zi为有效体积分数,
zi qi xi / K j 1 q j x j
i,II ai,II / xi i,IV ai,IVc o / ci
活度因子反映了实际溶液偏离理想溶液的程度(非理想性)。 活度因子等于1为理想溶液,小于1为负偏差非理想溶液,大于1为
正偏差非理想溶液。但正偏差或负偏差的概念是与活度标准态的选 择相关的。
对于同一种物质,采用不同的活度标准状态,其逸度仍然是
2 2 ln 2 [ A21 2( A A D ) x 3 Dx 12 21 2 2 ]x1
(2) Van Laar
Q ( x1 A12 x2 A21) x1x2[1 D12 x1x2 / A12 ]
2 2 ln 1 A [ 1 D ( 3 x 2 x ) / A ] x 12 12 1 1 12 2
E K 1 p p Vm xj RT xi x[i , K ] j 1 x j x[ j , K ] E K 1 E K 1 K 1 Q T p H V m m ln K Q x j x xj 2 j j 1 x j x[ j , K ] RT j 1 x j x[ j , K ] RT j 1 x j x[ j , K ]
定义实际溶液的活度为
ai,I f i / f i* ai,III f i / K Hi ( m)
ai,II f i / K Hi ai ,IV f i / K Hi (c)

最新第六章化学热力学初步化学ppt课件

最新第六章化学热力学初步化学ppt课件

系统吸热 Q 状态Ⅰ,U1
系统对外作功 W
状态Ⅱ,U2
数学表达式:U2 = U1+QW
△U=U2-U1=Q-W
即 △U=Q-W
(注意Q、W符号的规定)
2024/7/3 10
例题1:某过程中系统从环境吸热100J,
对环境做体积功20J。求过程中系统热力 学能的改变量和环境热力学能的改变量。 解:△U系 =Q-W
△fHθm(H2O,l)=-285.83kJ·mol-1
2024/7/3 33
化学热力学中的标准状态:
是指在温度T和标准压力Pθ=100kPa下的该 物质的状态,简称标准态。
若计量方程写成: 1/2N2+3/2H2→NH3,则一单元反应是 指消耗了1/2molN2和3/2molH2 ,生成了 1molNH3 。
所以,在谈到反应进度时,必须指明相 应的计量方程式。
2024/7/3 23
(2)QV与QP的关系
反应物 T P1 V1 (始态)
等压
(1)
生成物 T P1 V2
若1mol C6H6(l)参加反应,QV=- 3.268×103kJ; 1mol O2参加反应,QV=-3.268×103/7.5kJ。 为了对参与反应的各物质从数量上统一表达化学 反应进行的程度,引进反应进度ξ。
2024/7/3 20
(1)反应进度ξ(extent of reaction) 设有反应: νAA + νBB →νGG +νHH
= H2-H1
(enthalpy)
QP=△H(焓变)
[条件①等压过程②变化过程中系统只作体积功]
意义:等压反应过程中,系统吸收的热量
全部用于改变体系的焓。

化工热力学第6章 流动系统的热力学原理及应用

化工热力学第6章 流动系统的热力学原理及应用

例题6-3
用1.50MPa,773K的过热蒸汽来推动透
平机,并在0.07MPa下排出.此透平机既不
是可逆的,也不是绝热的,实际输出的
轴功相当于可逆绝热功的85%。另有少
量的热散入293K的环境,损失热为
79.4kJ/kg,求此过程的损失功。
解:查附录C-2过热水蒸气表可知,初始状态1.50MPa,773K时 的蒸气焓、熵值为:
将氮气当做理想气体
2 5 2 8 3 1 C ig p 30 .81 1.255 10 T 2.575 10 T 1.133 10 T ( J mol K )
V S C p d ln T dp T1 p1 T p
H1 3473 .1kJ kg1
S1 7.5698 kJ kg1 K 1
若蒸汽按绝热可逆膨胀,则是等熵过程,当膨胀至0.07MPa时, 熵仍为S2=7.5698kJkg-1K-1。查过热水蒸汽表可知,此时状态 近似为0.07 MPa,373K的过热水蒸汽,其焓值H2=2680 kJkg1。因可逆绝热过程, Q=0,则
S g mS j Si
i i
对可逆绝热的稳流过程 △Sf=0, △Sg=0
m S m
i j
j
Sj
若为单股物料,有 Si = Sj, 为常见的等熵过程 。
6.4 有效能与过程的热力学分析
1、理想功 2、损失功 3、有效能
4、有效能效率和有效能分析
1、理想功:
完全可逆,指的是不仅系统内的所有变化是 完全可逆的,而且系统和环境之间的能量交 换,例如传热过程也是可逆的。
P160 三(2)某厂有一输送90℃热水的管道,由于保温不良,到使用单 位时,水温已降至70℃。试求水温降低过程的热损失与损失功。设环境 温度为25 ℃。

化工热力学第六章 蒸汽动力循环与制冷循环

化工热力学第六章 蒸汽动力循环与制冷循环

WS=(1-)(H3- H2)+(H2-H1)
6.1 蒸汽动力循环
ws 热效率 QH ws Qh 能量利用参数 QH
6 蒸汽动力循环与制冷循环
6.1 蒸汽动力循环 6.2 膨胀过程 6.3 制冷循环
6.2 膨胀过程
膨胀过程在实际当中经常遇到,如:高压流 体流经喷嘴、汽轮机、膨胀器及节流阀等 设备或装置所经历的过程,都是膨胀过程。 下面讨论膨胀过程的热力学现象。着重讨 论工业上经常遇到的节流膨胀和绝热膨胀 过程及其所产生的温度效应
⑵H1升高,因为水不可压缩耗功很少,一般 可忽略不计,但H1增加,必须使P1、t1增加, P1太大会使设计的强度出现问题,从而使制 造成本增加,提高效率的收益,并不一定 能弥补成本提高的花费。
6.1 蒸汽动力循环
卡诺循环要求等温吸热和等温放热以及等 熵膨胀和等熵压缩。在朗肯循环中,等温 放热、等熵膨胀和等熵压缩这三各过程基 本上能够与卡诺循环相符合,差别最大的 过程是吸热过程。现在主要问题是如何能 使吸热过程向卡诺循环靠近,以提高热效 率。显然改造不等温吸热是提高热效率的 关键,由此提出了蒸汽的再热循环和回热 循环。
6.1 蒸汽动力循环
1)蒸汽动力循环与正向卡诺循环 2)蒸汽动力循环工作原理及T-S图 3)朗肯循环 4)提高朗肯循环热效率的措施 5)应用举例
6.1 蒸汽动力循环
4)提高朗肯循环热效率的措施
要提高朗肯循环的热效率,首先必须找出影响热 效率的主要因素,从热效率的定义来看
对卡诺循环 对朗肯循环
ws TL c 1 QH TH
H ( )T P H ( )p T
H ( ) P CP T
6.2 膨胀过程
H ( )T T J ( ) H P P CP

化工热力学课件化工专业本科阶段 (6)

化工热力学课件化工专业本科阶段 (6)

不产生温度效应
当μJ<0时,表示节流后压力下降,温度上升,
V V T 0 T P
致热
18
( 3)

结论
节流膨胀过程的主要特征是等焓过程;
理想气体节流时温度不变,不能用于致


冷、致热;


真实气体节流效应取决于气体的状态,
在不同的状态下节流,具有不同的微分节流
效应值。
初始压力为P1, 终压为P2, 当增压比相等时,耗功最小。 增压比 =S
P2 P 1
S为压缩机的级数 最小理论轴功:Ws - VdP 终温: ( )
T2 T1 P2 P 1
m 1 sm
sm m 1
P2 sm PV 1 ( ) 1 1 P 1
m 1
11
例6.1工程上要求一压气机每小时提供压力为40*105Pa 的压缩空气120kg, 进气压力为1.013*105Pa ,温度为 20℃,此过程为多变压缩,m=1.2, 如果采用单级压缩、 两级压缩,中间冷却。试计算压送每千克空气的理论 压气功,压缩机消耗的功率以及空气的终温。
P1
1 V
4
结论
等温过程中,流动非流动过程中理论功和传递的热都相等 2、真实气体 (1)真实气体理论轴功、可逆功的计算可用状态方程对
下式积分得到: W PdV 或者WS VdP (2)如已知压缩的初始状态,理论轴功可依据能量平衡方 程得到。 WS Q H 由Q T S WS T S H 传热:Q T S 等温压缩过程是压缩过程的理想情况,其耗功最小。
若p变化大,μJ不为常数,用式(6-14)计算,但很
麻烦,一般不用。
21

合工大-化工热力学-第六章_ 蒸汽动力循环与制冷循环

合工大-化工热力学-第六章_ 蒸汽动力循环与制冷循环

6.1.1
(a)
6
Rankine循环中各个过程经理想化(即忽略工 质的流动阻力与散热、动、位能变化)应用稳定流 动过程的能量平衡方程分析如下。
1~2过程:汽轮机中工质作等熵膨胀(即可逆绝
热膨胀),对外作功量
WS H H2 H1kJ / kg (工质)
(6-1)
图6-1
6.1.1
7
2~3过程:湿蒸汽在冷凝器中等压等温冷凝,
p1'
p1
至x’2) x’2< x2,这
不利汽轮机的操作。
x2 '
x2
6.1.1
19
然而,提高汽轮机的进汽温度可降低汽轮机 出口蒸汽湿度。所以,为了提高循环的热效率, 汽轮机的进汽温度和进汽压力一般是同时提高 的,现代蒸汽动力装置采用的进汽温度,压力 在往高参数方向发展。
H2O 的 pc 22.05MPa
降低了出口蒸汽的湿 度(干度提高)x2<x’2。 改进了汽轮机的操作条 件
第18 次课结束2010
T1
x2 x2 '
图6-2
6.1.1
18
假定汽轮机出口蒸汽压力及进汽温度不变,将进汽 压力由p1提高到p’1, 也能提高循环的平均吸热温度,有利于提高循环热
效率,
单一提高进汽压 力,汽轮机出口蒸 汽的湿度也随之增 加(见图6-3中由x2
(6-5b)
6.1.1
11
汽耗率是蒸汽动力装置中,输出1kW·h的净功所
消耗的蒸汽量。用SSC(Specific steam s kg consumption)表示
3600 SSC kg /(kW h) WS
h kJ

kg / kw h

第六章化工热力学课件

第六章化工热力学课件

枣庄学院 化学化工系
化工热力学
6.2节流膨胀与作外功的绝热膨胀
S V p T p T
T s p S
S p T S T p
1 3600 SSC kg / kJ kg / kW h W W
枣庄学院 化学化工系
化工热力学
6.1蒸汽动力循环
(5) 热效率(实际,理想) 热效率的高低可以反映出不同装置输出相同功量时所 消耗的能量的多少,它是评价蒸汽动力装置的一个重要指 标。 (6) 汽耗率
当对外作出的净功相同时,汽耗率大的装置其尺寸相应 增大。所以汽耗率的高低可用来比较装置的相对尺ห้องสมุดไป่ตู้大小和 过程的经济性。
s
Ws 不 Ws 可
H1 H 2 H1 H 2
枣庄学院 化学化工系
化工热力学
6.1蒸汽动力循环
提高郎肯循环热效率的措施
ws TL 1 对卡诺循环: c QH TH
对郎肯循环: 要使η↑:
ws H1 H 2 H1 H 2 QH H 1 H 4 H 1 H 3
枣庄学院 化学化工系
化工热力学
6.1蒸汽动力循环
计算方法
• 状态点 1,
• 状态点 2, • 状态点 3, S3值; • 状态点 4, •
根据P1、t1 值可查得 H1、S1值;
S2=S1 ,根据P2、S2 值可查得 H2、t2值; P3=P2 ,查P3下的饱和液体可得 H3、V3 、 P4=P1 ,S4=S3,根据P4、S4可查得 H4值;
化工热力学
6.1蒸汽动力循环
3. 热电循环
• 分为两种:
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V1 37.8cm / mol ,V2 18.0cm / mol;
3 3
20℃时纯甲醇的体积V1=40.46cm3/mol
纯水的体积V2=18.04cm3/mol。
解 将组分的质量分数换算成摩尔分数
20 / 32 x1 0.1233 20 / 32 80 / 18
溶液的摩尔体积为
一、 混合过程性质变化
M M xi M i
Mi是与混合物同温、同压下纯组分i的摩尔性质 二、混合物的摩尔性质与偏摩尔性质的关系
M xi M i M xi M i xi M i xi M i M i
三、混合过程自由焓变化
G xi Gi Gi
n n1 n2
n 1 n1
n 1 n2
H1 105 5 3x 10 x
2 1
3 1
n13 nH 150n 45n1 5 2 n
nH n 3 2 n H2 150 5n1 3 n2 n n2 n2 T ,P ,n1
H 2 150 10 x
3 1
(b)
H 150 45x1 5x13 J / mol
3
B
H1 150 45 1 5 1 100 J / mol H 2 150 45 0 5 0 150 J / mol
3
(c)
H1 lim H1 105J / mol
cm / mol
3
第四节 理想溶液 一、 理想溶液的定义
狭义定义: 服从拉乌尔定律溶液称之,即 广义上说: 所谓理想溶液是指同温、同压、同相时,
pi p x
s i i
Vi Vi , H i H i
理想溶液在同温、同压、同相时还必须符合逸 度法则,即Lewis-Randall定则 Lewis-Randall定则
第六章
第一节 第二节 第三节
流体混合物热力学性质
变组成体系热力学性质间关系式 偏摩尔性质 混合过程性质变化
第四节
第五节 第六节 第七节 第八节
理想溶液
混合物的逸度与逸度系数 活度与活度系数 超额性质 活度系数与组成关系式
第一节 变组成体系热力学性质间的关系
d nU Td nS Pd nV i dni
M t xi M i
i 1 N
混合物中组分性质
M t Mi ni T , p ,n j [ i ]
得到混合物中组分的性质 难 得到混合物中组分i的纯物质性质

解决方法
将混合物中组分的性质和其同温同压下的纯组分性质 进行比较,并性质变化
dM M 1 M x2 dx2

T , P , x j i ,k
dM M 1 M x2 dx1 dM M 2 M x1 dx2
dM M 2 M x1 dx1

4、偏摩尔性质的计算
(1)偏摩尔定义式直接计算 (2)解析法(用截距法公式)计算
x1dM1 x2 dM 2 0
dM 1 dM 2 1 x2 x2 dx2 dx2 x2 dM 2 dM 1 dx2 1 x2 dx2 M1 M1
x2
x2 0时
M1 M1
0
x2 dM 2 dx2 1 x2 dx2
只要已知从 x2=0 到 x2=x2 范围内的 M 2 值,就可以根 据上式求另一组元在x2时的偏摩尔量 M 。当然还需知道纯 1 物质的摩尔性质M1。
(c) 无限稀溶液的偏摩尔焓 值。
的数
解 用x2 = 1-x1代入(A)式,并化简得
H 100 x1 1501 x1 x1 1 x1 10 x1 51 x1
H 150 45x1 5x13 J / mol
B
dH 45 15 x12 (a) 方法1 dx1 dH dH H 1 H x2 H 1 x1 dx1 dx1 H1 150 45x1 5x13 1 x1 45 15x12
3
例6-2 某二元液体混合物在293K和0.10133MPa下 的焓可用下式表示:
H 100 x1 150 x2 x1 x2 10 x1 5x2
确定在该温度、压力状态下 (a) 用x1表示的
J / mol
A
H1和H 2 ; H 和H
1 2
(b) 纯组分焓H1和H2的数值;
x1 0
H 2 lim H 2 lim H 2 150 10 160 J / mol
x2 0 x1 1
二、
nM ni M i
Gibbs-Duhem 方程
d nM ni dM i M i dni
4 18
nM f T , P , n1 , n2 , , ni ,
V 109.4 16.8x1 2.64 x12 89.96 x1 109.4 x2
1 x2 106.76 x1 2.64 x12 109.4
2.64 x1 2.64 x 2.64 x1 1 x1
2 1
V 2.64 x1 x2
当T、P恒定时
4 20
x dM
i
i T ,P
0
4 21
当 M=G时
x dG
i
i T ,P
0
4 23
Gibbs-Duhem 方程的应用
(1)检验实验测得的混合物热力学性质数据的正确性; (2)从一个组元的偏摩尔量推算另一组元的偏摩尔量。
二元系等温、等压条件下
x2 0.8767
V x1V1 x2V2 0.1233 37.8 0.8767 18 20.44cm / mol
3
• 配制防冻剂所需要物质的摩尔数
3000 n 146.77mol 20.44
• 所需甲醇和水的体积分别为
V1t x1nV1 0.1233 146.77 40.46 732cm3 V2t x2 nV2 0.8767 146.77 18.04 2321cm
i
d nH Td nS nVdP i dni
i
d nA nSdT Pd nV i dni
i
d nG nSdT nVdP i dni
i
第二节

一、偏摩尔性质
化学位和偏摩尔性
1、偏摩尔性质的定义
nM Mi n i T , P , n j
n12 nV 109.4n 16.8n1 2.64 n
nV n 1 2 1 n V1 109.4 16.8 2.64 2n1 2.64n1 2 n1 n n n1 n1 T ,P ,n2
V1 92.6 5.28x1 2.64 x
2 1
V1 89.96
nV n 2 1 n V2 109.4 2.64n1 2 n2 n n2 n2 T ,P ,n1
V2 109.4 2.64 x
2 1
V2 109.4
V V xiVi
V V x1V1 x2V2
4) 不同偏摩尔量之间的关系 对单元单相系统,如摩尔量
H U pV
对偏摩尔量,有:
H i U i pV i
同样: dU TdS pdV i i i
dH i TdSi Vi dp dAi pdVi Si dT dGi Vi dp Si dT
混合物总性质
dGi RTd ln ˆi f
i
ˆ RT ln f Gi G RT ln f i i ˆ fi ˆ Gi Gi RT ln RT ln ai fi ˆ fi ˆ Gi Gi RT ln RT ln ai fi
G ˆ xi lnai RT
4 19
比较式(4-18)和式(4-19)可得
M M n dT n dP ni dM i T P ,x P T ,x
Gibbs-Duhem 方程的一般形式
M M dT dP xi dM i 0 T P , x P T , x
nM nM d nM dT P dP M i dni T P ,n T ,n
M M d nM n dT n dP M i dni T P ,x P T ,x
例6-3
303K和0.10133MPa下,苯(1)和环己烷
(2)的液体混合物的体积可用下式表示:
V 109.4 16.8x1 2.64 x12
确定在该温度、压力状态下
的表达式。
cm3 / mol
V1、V2 和 V
n2 解: nV 109.4n 16.8 x1n 2.64 x12 n
G i i
化学位
nG i Gi n i T , P , n j
偏摩尔量与摩尔量之间的关系
乙醇和水混合物的体积不等于混合前纯乙醇 体积与纯水体积之和,而等于 混合物中乙醇所占的体积+水所占的体积! 乙醇的偏摩尔体积 水的偏摩尔体积
乙醇和水混合物的总体积
n3 nH 150n 45 x1n 5 x13 2 n
n nH 150n 45n1 5 n
3 1 2
nH n 2 1 3 2 n H1 150 45 5 3n1 2 5n1 3 n1 n n n1 n1 T ,P ,n2
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