化工热力学-第六章

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化工热力学第六章ppt

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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

化工热力学习题答案第六章

化工热力学习题答案第六章

欢迎大家来到共享资源第六章 蒸汽动力循环和制冷循环―――― 会员:newsusan 一、选择题(共43小题,43分)1、(1分)对同一朗肯循环装置,如果提高蒸汽的过热度,则其热效率( A. 有所提高,乏气干度下降B. 不变,乏气干度增加 C. 有所提高,乏气干度增加D. 热效率和干度都不变2、(1分)节流效应T-P 图上转化曲线是表示的轨迹。

B. μ<0A. μ=0 C. μ>03、(1分)对同一朗肯循环装置,如果提高蒸汽的过热度,则其热效率( A. 有所提高,乏气干度下降B. 不变,乏气干度增加 C. 有所提高,乏气干度增加D. 热效率和干度都不变4、(1分)14.节流效应T-P 图上转化曲线是表示的轨迹。

A. μ=0 C. μ>05、(1分)理想的Rankine 循环工质是在汽轮机中作_____膨胀 A ) A ) 等温 等温 B) 等压 B) 等压 B )降低C )等焓 C )等焓 C )不变D )等熵 D )等熵6、(1分)节流膨胀的过程是不计流体位差等速度变化,可近似看作______过程7、(1分)流体作节能膨胀时,当μ>0,节流后温度A )升高B. μ<0).).8、(1分)气体经过稳流绝热过程,对外作功,如忽略动能和位能变化,无摩擦损失,则此过程 气体焓值() A. 增加B . 减少 C .不变D. 不能确定9、(1分)Rankine 循环是由锅炉、过热器、汽轮机、冷凝器和水泵组成 A ) A ) A ) 正确 正确 正确B) 错误 B) 错误 B) 错误10、(1分)吸收式制冷将热由低温物体向高温物体,冷凝器置于低温空间 11、(1分)蒸汽压缩制冷中蒸发器置于高温空间,冷凝器置于低温空间 12、(1分)单级蒸汽压缩制冷是由冷凝器、节流阀、蒸发器、过热器组成 A ) 正确B ) 错误13、(1分)在相同的温度区间工作的制冷循环,制冷系数以卡诺循环为最大 A ) 正确 B) 错误14、(1分)吸收式制冷采用吸收器、解吸器、溶液泵和换热器,替代蒸汽压缩制冷装置中的压缩机构成 A ) 正确 B) 错误15、(1分)热泵的工作目的是供热,有效的利用低品味的能量,因此热泵的工作原理循环过程不同于制冷装置。

化工热力学第六章课后答案

化工热力学第六章课后答案

一、填空、选择、判断1、有两股压力分别是12.0 MPa 的饱和蒸汽和1.5 Mpa 的饱和蒸汽。

在化工设计和生产过程中从合理用能的角度考虑:12.0MPa 饱和蒸汽用于膨胀做功、1.5Mpa 的饱和蒸汽用于换热器做加热介质。

环境温度25℃表1各状态点一些热力学参数2、最简单的蒸汽动力循环是Rankin 循环,由锅炉、过热器、透平机(或汽轮机)、冷凝器、水泵这几个基本装置所组成。

对Rankin 蒸汽动力循环中的各个过程进行功热转化分析时,使用稳流过程热力学定律,其热效率 小于Carnot 循环的热效率。

3、当过程不可逆时,孤立系统的△S 总〉0, 工质的△S 产生〉0。

4、空气在封闭的气缸内经历一过程,相应其内能增加15kJ ,对外界作功15kJ ,则此过程中工质与外界交换热量Q =30 kJ 。

5、有一电能大小为1000KJ ,另有一恒温热源其热量大小为1000KJ ,则电能的有效能大于恒温热源的有效能。

6、当过程不可逆时,体系的△S 总〉0,工质的△S 产生〉0,损失功W L 〉0。

7、热力学第二定律的克劳修斯说法是 热不可能自动从低温物体传给高温物体,开尔文说法是不可能从单一热源吸热使之完全变为有用功,而不引起其他变化。

8、理想功:系统的状态变化以完全可逆方式完成,理论上产生的最大功或消耗的最小功,用符号Wid 来表示:Wid=△H -T 0△S9、有效能:系统在一定状态下的有效能,就是系统从该状态变化到基态过程所作的理想功,用符号B 号表示:B=(H -H 0)-T 0(S -S 0)10、制冷系数:制冷系数是指消耗单位量的净功所获得的冷量,用符号ξ表示:NW Q 0=消耗的净功从低温物体吸收的热量=ξ 11、在温度为800K 的高温热源和温度为300K 的低温热源之间工作的一切可逆热机,其循环热效率等于62.5%。

12、对有限温差下的不可逆传热过程,传热温差越大,有效能损失越大。

13、在门窗紧闭房间有一台电冰箱正在运行。

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

化工热力学课件之——化工过程能量分析

化工热力学课件之——化工过程能量分析

• 不可逆过程:一个单向过程发生之后一定留下一 些痕迹,无论用何种方法也不能将此痕迹完全消 除,在热力学上称为不可逆过程.
– 凡是不需要外加功而自然发生的过程皆是不可逆过 程(自发过程)。 – 如:爆炸、节流、气体向真空自由膨胀等
§6.0 热力学基本概念复习
• 可逆过程:当体系完成某一过程后,如果令过程逆 行而能使过程中所涉及的一切(体系及环境)都回复 到原始状态而不留下任何变化,则此过程称为可逆 过程.
5)可逆过程是效率最高的过程。 体系对外做最大功。 体系对外吸收最小功。 6)很多热力学关系式是在可逆过程的前提下推 导出来的。如: Q
dS T
§6.0 热力学基本概念复习
• 4、热和功
– 1)热和功不是状态函数,与途径有关。 – 2)热和功只是能量的传递形式,而不是贮存形式。 当能量以热和功的形式传入体系后,增加的是内能 。 ΔU=Q+W 热力学第一定律 – 3) 按照国际规定:
o H 298
若 以1t 100%H 2 SO4 为 计 算 基 准 则 有 ,
( 1 )4FeS2 11O2 900 8 SO2 2Fe 2O3 0 C Q1 4.22 10 KJ / t
6
( 高 温 余 热) ( 中 温 余 热) ( 低 温 余 热)
( 2 )SO2 0.5O2 590 SO3 0C 420 Q2 1.00 10 KJ / t
– 4) 热的推动力是温差
功的推动力是除温差以外的势的梯度
– 5) 热量的传递是无序的,热量是规格低的能量
功的传递是有序的, 功是规格高的能量
化工过程能量分析实例
• 乙苯脱氢制苯乙烯
C 2H 3 苯乙烯 C2 H 5 乙苯

矿大(北京)化工热力学06第六章(3-28)

矿大(北京)化工热力学06第六章(3-28)
2
泵 水
例:现利用功率为
2.0kW的泵将95℃、流
量为3.5kg·S-1的热水从
低位贮水槽抽出,经过
热交换器以698kJ ·S-1
的速率冷却,送入高出
15m的高位贮水槽,试
求高位贮水槽的水温。
H
u 2
如:钢瓶充气或排气的过程
6.1.2 能量平衡方程
“物化”中我们已经讨论了封闭体系的能量平衡
方程,形式为:
△U = Q +W
体积膨胀功
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。
WR
V2 V1
pdV
能量通常有以下几种(储存能和传递能)
(1) 内能U
系统内部所有粒子除整体势能和整体动能外, 全部能量的总和。
(3) 重力势能Ep 物质具有质量m,并且与势能基准面的垂直距离为z,物系 就具有势能EK =mgz 。
(4) 热Q 由于温差而引起的能量传递叫做热。规定物系得到热时Q 为正值,物系向环境放热时Q 为负值。
(5) 功W 除热Q 之外的能量传递均叫做功。物系得到功作用,记为正 值;而物系向环境做功,记为负值。
⑴ E —单位质量流体的总能量,它包含有内能、动 能和位能。
EUE kEpUu 2 2gZ
⑵ pV — 流动功,表示单位质量流体对环境或环境对 流体所作的功。
W流 =力×距离= pA dl = pV
如:W1
p1 A1
V1 A1
p1V1
p1V1—输入流动功,环境对体系做功
p2V2—输出流动功,体系对环境做功
1.5MPa 饱和液体焓值 Hl=844.9 饱和蒸汽焓值 Hg=2792.2
H1 H l 1 x H g x

化工热力学

化工热力学

流动系统的热力学原理及应用
总目录
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一个过程发生之后,所产生的熵包括体系所产生的熵和与 体系相互作用的环境所产生的熵之和。 注意:用熵变来判断过程是否可逆时,是把体系和环境 作为一个整体—孤立体系来考虑的。它实际上要求不仅体 系内部所进行的过程是可逆的,体系外部所进行的过程也 是可逆的,即要求过程是完全可逆。 熵增的意义:代表体系做功能力的减少或能量的降级。 熵增越大,体系所进行过程的不可逆程度越大,损失功越 多。
第6章 流动系统的热力学原理及应用
6.1 引言 6.2 热力学第一定律 6.3 热力学第二定律和熵平衡 6.4 有效能与过程的热力学分析 6.5 气体的压缩与膨胀 6.6 动力循环 6.7 制冷循环 6.8 热泵
流动系统的热力学原理及应用
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6.1 引言 本章重点:
稳定流动过程及其热力学原理 热力学第一定律和第二定律对化工 过程的能量转化、传递、使用和损 失情况进行分析 能量消耗、大小、原因和部位
流动系统的热力学原理及应用
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6.2 热力学第一定律 6.2.1 封闭系统热力学第一定律
数学表达式为:
U Q W
dU Q W
流动系统的热力学原理及应用
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6.2.2 稳定流动系统的热力学第一定律 稳定流动状态: 是指流体流动途径中所有各点的状态(如物流的内 能、焓、熵)都不随时间而变化,即所有质量和能量的 流率均为常量,系统中没有物料和能量的积累。 Q
m
j
j
S j miSi S
i
f
Sg
上述式子实际说明体系本身熵变与熵流和熵产的关系。 即:稳流体系熵变等于体系与环境之间交换的热量所携带 的熵流与体系内由于不可逆因素引起的熵产生之和。 上式左端实际上是所研究的体系(具体物质)的性质, 右端是体系与环境之间熵的相互作用。 实际上说明体系的熵与环境相互作用时熵的相互关系。

化工热力学第六章

化工热力学第六章

W id T 0 S H
比较理想功与实际功,可以评价实际 过程的不可逆程度
2
损失功
1)定义:
损失功定义为系统在相同的状态变化
过程中,实际过程所作的功(产生或消
耗)与完全可逆过程所作的理想功之差。
对稳流过程表示为:
W L W id W S
T0 S H
0 0 0
2


2
有效能效率和有效能分析 1)有效能效率 从状态1 变到状态2,有效能变化为
4
B B 2 B 1 ( H 2 H 1 ) T0 ( S 2 S 1 ) H T0 S 或 B W id
• 当ΔB<0,减少的有效能全部用于做可逆 功,所作的最大功为Wid • 当ΔB>0,增加的有效能等于外界消耗的 最小功
1 高温烟道气 流量500kJ•h-1 800℃ Cp=0.8kJ•kg-1•K-1
环境 298K
2 低温排水 流量1348kJ•h-1 80℃ Cp=4.18kJ•kg-1•K-1
B1
H
H 0 T0 S S 0 d T T0
T1 T0
T1 m1 C T0 m 1C
m
j
j
Sj

ΔSf为熵流,伴随热量流动而产生的相应
的熵变化。可正、可负、可零。规定流入
体系为正,流出体系为负;
• ΔSg为熵产生
•该式适用于任何热力学系统
对于不同系统可进一步简化
对稳定流动系统
S 0 S f S g S g
m
i j
i
Si
m
j i
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S C p T p T
说明了任何气体在任何状 态下经绝热膨胀,都可致
T V
冷。这与节流膨胀不同。
S
T p
S
T Cp
T 0 Cp 0
(6-16)
V T
p
0
∴μS衡大于0
将(6-16)式与(6-13)式比较,得
S
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
J
V Cp
∵ 任何气体均有V>0 Cp>0
∴ S J 恒大于零.
S
耗功过程:耗功量最小。
实际过程的耗功量要大于逆向卡诺循环
二.蒸汽压缩制冷循环
1. 工作原理及T-S图 主要设备有: 压缩机 冷凝器 膨胀机(节流阀) 蒸发器 四部分组成。
在制冷过程中,要涉及到相变、工质、压力、沸点等问题
(1)卡诺压缩制冷循环
特点: 传热过程可逆
T
T放 3
T吸 4
压缩、膨胀过程可逆
由热力学第一定律: H Q Ws
2 WS
1
S
H 0 循环过程
Q Ws Q Q放 Q吸
Q放 TH S3 S2 TH(S4 S1)
Q吸 T(L S1 S4) T(L S4 S1)
故:
Q (TH TL)(S4 S1) Ws (TH TL)(S4 S1)
衡量制冷效果好坏的一个技术指标是制冷系数。
(1)工质进汽轮机状态不同
卡诺循环:湿蒸汽 郎肯循环:干蒸汽
(2)膨胀过程不同
卡诺循环:等熵过程 郎肯循环:不可逆绝热过程
(3)工质出冷凝器状态不同 卡诺循环:气液共存
(4)压缩过程不同 (5)工作介质吸热过程不同
郎肯循环:饱和水
卡诺循环:等熵过程 郎肯循环:不可逆绝热过程,若忽 略掉工作介质水的摩擦与散热,可 简化为可逆过程。
(2)热效率提高,但设备成本提高。
3. 热电循环
分为两种: (1) 背压式汽轮机联合供电供热循环
特点: ① 冷凝器中冷却工质的介质为热用户的介质(不一定是冷却水)
冷凝温度由供热温度决定,QL得以利用; ② 排气压力受供热温度影响,较郎肯循环排气压力高,大于大气
压力; ③ 热电循环效率 =循环热效率+提供热用户的热量/输入的总热量。
问题在于: (1)湿蒸汽对 汽轮机和水泵有浸蚀 作用,汽轮机带水量 不 得 超 过 10% , 水 泵 不能带入蒸汽进泵; (2)绝热可逆 过程实际上难以实现 。
第一个具有 实际意义的蒸汽动力 循环是郎肯循环。
T-S图
T
T吸
4
T放
3
QH 1 Ws
2 QL
S
2. 郎肯循环
郎肯循环也是由四个步骤组成,与卡诺循环不同表现在
第六章
蒸汽动力循环与制冷循环
6.1 蒸汽动力循环
一. 蒸汽动力循环为正向卡诺循环 二. 蒸汽动力循环
1. 工作原理及T-S图 蒸汽动力循环的主要设备有:
透平机(汽轮机) 冷凝器 水泵 锅炉、过热器等组成 工作介质一般为水
锅炉
4
1
气 轮 机
2
冷 凝 器
3
水泵
P1T1的高压高温蒸汽进入 气轮机等熵膨胀到状态2, 同时对外做功,2点状态 为乏汽从汽轮机流出后进 入冷凝器,乏汽在冷凝器 中放出汽化潜热而变为该 压力下的饱和水,放出的 热量由冷却水带走,达到 状态3,饱和水经水泵升 压到P1进入锅炉,在锅炉 吸收热量,使工质变化到 状态1,完成一个循环。
(5) 热效率
定义:锅炉中所提供的热量中转化为净功的量
数学式: ws wp H2' H1 H4 H3
QH
H1 H4
wp ws
ws
QH
4. 应用举例
[P135-138 例6-1~6-2]自看
例6-2 插图
t=320 ℃ 核 反 应 堆
4
1 汽轮机

2 或2’




3
二.对外作功的绝热膨胀
1. 可逆绝热膨胀
特点:等熵过程
(1) 微分等熵温度效应
定义式:
s
T p
S
(2) 等熵膨胀致冷的可能性
(6-15)
对于定组成单相体系,自由度为2,S=f(T,P)
对于等熵过程:
dS
S T
p
dT
S p
T
dP
0
T p
S
S p
T
S T
p
S p
T
V T
p
(Maxwell第一关系式)
QL
QH
(2) 抽气式汽轮机联合供电供热循环
特点: –① 工质部分供热,部分作功 –② 供热量与乏汽无关 –③ 热电循环效率
QRH
QH
QH H1 H 7
QRH H6 H 2 ws H1 H 2 (1 )H 2 H3
热效率 ws
QH
能量利用参数 ws Qh
(2) H1↑,提高汽轮机进口蒸汽的压力或温度 (3) 使吸热过程向卡诺循环靠近,以提高热效率
1.再热循环
再热循环的热效率
T
8 7 6
1 P1 3 p2
2 p3
45
S 结论:(1)η提高
ws wSH wSL wp wSH wSL
Q
QH QRH
QH QRH
1
2
wsh+wsL 34
卡诺循环:等温过程 郎肯循环:不可逆吸热过程, 沿着等压线变化
水 定压升温沸点 定温定压汽化饱和蒸汽 定压升温过热蒸汽
T
4 3
1 2 2’
S
1—2’ 对应于汽轮 机
2’—3 冷凝器进行 ,在冷凝器里冷却水把 工作介质的热量带走使 其由气体转变为液体。
3—4 水泵中进行 4—1 锅炉进行, 水在锅炉中恒压加热。
(2) T-S图法 T
TH T2 T1 T1
等H线
P1 P2
T2
S (3) 利用经验公式估算
对于空气,当压力变化不太大时,不考虑温度的
影响,可直接按下式近似估算:
TH 0.29( p2
p1
)
273 T1
2
式中:压力单位为大气压atm,温度单位为热力学温度开尔文。
对于不同的流体,其表达式不同。
对于H=f(T,P) ∵ P发生变化 之发生变化
∴T也随
2. 微分节流效应(焦汤效应)
(1) 定义式
流体节流时,由于压力变化而引起的温度变化,
称为微分节流效应
数学式:
J
T P H
(6-12)
∵H=f(T,P)
dH H dT H dP
T P P T
节流过程: dH 0
H
TH T2 '-T1
T P1
1 0
2’
P2 2
制冷量:QOS>QOH
S
QOS=Ho-H2=(Ho-H1)+(H1-H2)=QOH+WR
QOH=Ho-H2’= Ho-H1
3.设备与操作 节流膨胀:简单,针形阀 等熵膨胀:复杂,需要低温润滑油。
4.操作条件与运行情况
一般大、中型企业这两种都用,小型企业用节流膨胀
QR
H
(2)乏汽湿含量减少,干度增加。
2.回热循环
回热循环的热效率:
ws wp ws QH QL 1 (1)(H3 H2 )
QH
QH
QH
H1 H6
抽气量α取回热器作能量衡算
H 2, H 5 (1 )H 5 H 4
H5 H 4
H 2, H 4
结论:
(1)减少了工作介质吸热过程的温差(不可逆),由TH-T4 减少到TH-T6
这就说明了在相同条件下等熵膨胀系数大于节流 膨胀系数,因此由等熵膨胀可获得比节流膨胀更好的 致冷效果.
(3) 积分等熵温度效应
等熵膨胀时,压力变化为有限值所引起的温度变化,
称之。
p2
Ts T2 T1 s dp
p1
计算积分等熵温度效应的方法有4种:
① 利用积分等熵温度效应
Ts
p2
s dp
图示:
T
μJ =0
T↘ μJ >0 致冷区
等H线 T↗
μJ <0
制热区 P
4 积分节流效应
TH
p2
1
T
V
p1 Cp T
p
V dp
(6-14)
积分节流效应的求法:三种
(1) 公式法
若p变化不太大,μJ为常数 TH J ( p2 p1)
若p变化大,μJ不为常数,用式(6-14)计算, 但很麻烦,一般不用。
当μJ<0时,表示节流后压力下降,温度上升,
V T V 0 致热 T P
(3) 结论
① 节流膨胀过程的主要特征是等焓过程; ② 理想气体节流时温度不变,不能用于制
冷、制热; ③ 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。
3 转化点,转化曲线
转化点: 当
J
T P H
0
时,T,P所对应的点。
➢转化曲线:将各转化点 联结起来所组成的曲线. ➢在 转 化 曲 线 左 侧 , 等 焓 线 上 , 随 P↘ , T↘ , μJ >0,致冷区 ➢在 转 化 曲 线 右 侧 , 等 焓 线 上 , 随 P↘ , T↗ , μJ <0,制热区 ➢转化点上, μJ =0
WSR H12 H 2 H1

s
WS WSR
H1 H2' H1 H2
kJ/kg (理想)
∴ WS sWSR
(4) 水泵中工作介质的单位耗功量
wp H H 4 H3
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