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1、第六章化工过程的能量分析化工过程的能量分析各章的联系和化工热力学任务第第3章章 纯流体的热力学性质纯流体的热力学性质(H,S,U，难测；由，难测；由EOS+Cp得到）得到）第第5章章 相平衡相平衡平衡问题平衡问题能量问题能量问题第第4章章 流体混合物的热力学性质流体混合物的热力学性质第第2章章 流体的流体的PVT关系关系(p-V-T,EOS)pypxiiiiiiVssMG faiiiiii(,)第第6章章 化工过程能量分析化工过程能量分析(H,S,W，Ex)第第7章压缩膨胀动力循环与制冷循环章压缩膨胀动力循环与制冷循环(H,S,Q,W,)化学反应平衡化学反应平衡6 化工过程的能量分析化工过程的
2、能量分析6.1 能量平衡方程及其应用能量平衡方程及其应用 6.2 熵方程熵方程 6.3 理想功、损失功及热力学效率理想功、损失功及热力学效率 6.4 Ex和和 6.5 Ex衡算和衡算和Ex效率效率 6.6 化工过程与系统的化工过程与系统的Ex分析分析 本章目的本章目的运用热力学第一运用热力学第一、第二定律以及理想功第二定律以及理想功、损失功损失功、Ex等概念对化工过程中的能量转换等概念对化工过程中的能量转换、传递传递、使用情况进行热力学分析使用情况进行热力学分析，评价能量利评价能量利用的有效性用的有效性、合理性合理性，揭示能量损失的薄弱环揭示能量损失的薄弱环节与原因节与原因，为工艺和能量使用的
3、改进指明方向为工艺和能量使用的改进指明方向。化学与化工系化学与化工系 本章基本要求本章基本要求1、掌握能量平衡方程的形式及应用；、掌握能量平衡方程的形式及应用；2、掌握熵平衡方程的形式及应用；、掌握熵平衡方程的形式及应用；3、正确熟练地掌握理想功、损失功和热力学、正确熟练地掌握理想功、损失功和热力学效率的概念及计算；效率的概念及计算；4、正确熟练地掌握、正确熟练地掌握Ex、Ex衡算、衡算、Ex效率、效率、Ex分析；分析；5、了解系统、了解系统Ex分析的基本方法。分析的基本方法。Department of Chemistry and Chemical Engineering化学与化工系化学与化工
4、系 本章重点本章重点：1、稳流过程的能量平衡方程；、稳流过程的能量平衡方程；2、稳流过程的熵平衡方程；、稳流过程的熵平衡方程；3、稳流过程理想功、损失功计算；、稳流过程理想功、损失功计算；4、稳流过程、稳流过程Ex的计算、的计算、Ex效率；效率；5、水蒸气和典型化工过程的、水蒸气和典型化工过程的Ex分析。分析。本章难点本章难点：熵平衡方程；理想功；熵平衡方程；理想功；Ex济宁学院济宁学院Jining University Department of Chemistry and Chemical Engineering化学与化工系化学与化工系热力学第一定律即为能量守恒定律，它阐明了能量“量”的属
5、性。热力学第一定律即为能量守恒定律，它阐明了能量“量”的属性。人体的能量平衡热量平衡6.1 能量平衡方程（热力学第一定律及其应用）热力学第一定律及其应用）济宁学院济宁学院Jining University Department of Chemistry and Chemical Engineering化学与化工系化学与化工系一一 热力学第一定律的实质热力学第一定律的实质热力学第一定律的实质就是能量在数量上是守恒的热力学第一定律的实质就是能量在数量上是守恒的。基本形式为：基本形式为：（体系的能量体系的能量）（环境的能量环境的能量）0或或（体系的能量体系的能量）（环境的能量环境的能量）体系的能量的
6、增加等于环境的能量的减少。体系的能量的增加等于环境的能量的减少。对体系来说，也就是：对体系来说，也就是：进入体系能量进入体系能量-离开体系能量离开体系能量=体系累积的能量。体系累积的能量。济宁学院济宁学院Jining University Department of Chemistry and Chemical Engineering化学与化工系化学与化工系在实际生产中大都遇到两种体系在实际生产中大都遇到两种体系，即敞即敞开体系和封闭体系开体系和封闭体系。1.封闭体系：封闭体系：（限定质量体系限定质量体系）与环境仅有能量交换与环境仅有能量交换，没有质量交换没有质量交换。体系内部是固定的体系内部
7、是固定的。封闭体系是以固定的物封闭体系是以固定的物质为研究对象质为研究对象。2.敞开体系：敞开体系：（限定容积体系限定容积体系）与环境有能量交换，也有质量交换。与环境有能量交换，也有质量交换。济宁学院济宁学院Jining University Department of Chemistry and Chemical Engineering化学与化工系化学与化工系二二.能量平衡方程能量平衡方程1.一般形式一般形式对于敞开体系对于敞开体系，有物料进有物料进、出出，有热有热、功交换功交换的过程的过程，假设有一股物料进入体系假设有一股物料进入体系、一股物料离开一股物料离开体系体系（如果是多股物料就累计
8、如果是多股物料就累计），有一股换热过程有一股换热过程、有一股做功过程有一股做功过程(同样同样，如果是多股就累计如果是多股就累计)。还可以还可以有其他单元过程有其他单元过程。如下图所示：如下图所示：济宁学院济宁学院Jining University Department of Chemistry and Chemical Engineering化学与化工系化学与化工系图图 6-1 敞开体系敞开体系换换热热器器透平机透平机、mVPUT11111、mVPUT22222u1QZ1WsZ2基准水平面基准水平面IIIu2济宁学院济宁学院Jining University Department of Che
9、mistry and Chemical Engineering化学与化工系化学与化工系（1）物料平衡方程：根据上式：得到）物料平衡方程：根据上式：得到m1-m2=m体系体系（2）能量平衡方程）能量平衡方程进入体系的能量离开体系的能量进入体系的能量离开体系的能量=体系积累的能量体系积累的能量进入体系的能量进入体系的能量:微元体本身具有的能量微元体本身具有的能量 E1m1 环境对微元体所作的流动功环境对微元体所作的流动功 P1V1m1 环境传入的热量环境传入的热量 Q环境对体系所作的轴功环境对体系所作的轴功Ws济宁学院济宁学院Jining University Department of Chem
10、istry and Chemical Engineering化学与化工系化学与化工系离开体系的能量离开体系的能量:微元体带出能量微元体带出能量E2m2 流体对环境所作的流动功流体对环境所作的流动功 P2V2m2 体系积累的能量体系积累的能量 d（mE）能量恒等式为：能量恒等式为：E1m1+P1V1m1+Q+Ws-E2m2-P2V2m2=d(mE)(A)济宁学院济宁学院Jining University Department of Chemistry and Chemical Engineering化学与化工系化学与化工系1)E单位质量流体的总能量，它包含有热力学能、单位质量流体的总能量，它包含
11、有热力学能、动能和位能。动能和位能。注意：注意：22EUugZ2)PV流动功流动功，表示单位质量流体对环境或环境表示单位质量流体对环境或环境对流体所作的功对流体所作的功功力功力*距离距离P*A*V/A=PVP1V1输入流动功输入流动功，环境对体系作功环境对体系作功P2V2输出流动功输出流动功，体系对环境作功体系对环境作功。济宁学院济宁学院Jining University Department of Chemistry and Chemical Engineering化学与化工系化学与化工系3)Ws单位流体通过机器时所作的轴功单位流体通过机器时所作的轴功。2.能量平衡方程一般形式能量平衡方程一
12、般形式代入（代入（A）式，整理，得到）式，整理，得到22EUugZ将将H=U+PVHugZm(2)11211(2)22222HugZmQWsd m UugZ2(2)(6-9)济宁学院济宁学院Jining University Department of Chemistry and Chemical Engineering化学与化工系化学与化工系三三.能量平衡方程的应用能量平衡方程的应用1.封闭体系：无质量交换，限定质量体系封闭体系：无质量交换，限定质量体系m1=m2=m m1=m2=dm=0 Q+Ws=mdE 不存在流动功不存在流动功du2(2)0d gZ 0若若，Ws=WQ+Ws=mdU 或
13、或 Q+W=mdU(6-11)积分：积分：Q+W=U济宁学院济宁学院Jining University Department of Chemistry and Chemical Engineering化学与化工系化学与化工系2.稳定流动体系稳定流动体系稳定流动过程，表现在流动过程中体系内。稳定流动过程，表现在流动过程中体系内。(1)每点状态不随时间变化；每点状态不随时间变化；(2)没有质量和能量的积累没有质量和能量的积累。由式由式(6-9)可得到稳流体系的一般能量平衡方可得到稳流体系的一般能量平衡方程。程。济宁学院济宁学院Jining University Department of Chem
14、istry and Chemical Engineering化学与化工系化学与化工系(1)一般能量平衡方程一般能量平衡方程对稳流体系，由式对稳流体系，由式(6-9)得：得：HugZm(2)11211(2)22222HugZmQWs=0m1=m2=dm(H2-H1)m+(u22-u12)m+g(Z2-Z1)m-Ws-Q=0 12积分：积分：122 Hug ZQ Ws（613）济宁学院济宁学院Jining University Department of Chemistry and Chemical Engineering化学与化工系化学与化工系3)式（式（6-13）应用条件是稳流体系，不受过程是
15、否可逆）应用条件是稳流体系，不受过程是否可逆以及流体性质的影响。以及流体性质的影响。注意：注意：1).单位要一致，且用单位要一致，且用SI单位制单位制.H、Q、Ws 能量单位，能量单位，J/Kg；u m/s；流量流量G Kg/h（min、s）。）。2)式中式中Q和和Ws为代数值，即：为代数值，即：Q以体系吸收为正，以体系吸收为正，Ws以环境对体系作功为正。以环境对体系作功为正。济宁学院济宁学院Jining University Department of Chemistry and Chemical Engineering化学与化工系化学与化工系常见的属于稳流体系的装置常见的属于稳流体系的装置
16、喷嘴扩压管节流阀透平机压缩机混合装置换热装置济宁学院济宁学院Jining University Department of Chemistry and Chemical Engineering化学与化工系化学与化工系（2）能量平衡方程的应用）能量平衡方程的应用1）对化工机器：如膨胀机对化工机器：如膨胀机，压缩机等压缩机等流体的动能流体的动能，位能变化量与体系焓值的变化量相比较位能变化量与体系焓值的变化量相比较，或者或者与流体与环境交换的热和功相比较与流体与环境交换的热和功相比较，大都可以忽略大都可以忽略。也即也即（616）HQWsu2120g Z 0济宁学院济宁学院Jining Univers
17、ity Department of Chemistry and Chemical Engineering化学与化工系化学与化工系2）对化工设备类：如反应器对化工设备类：如反应器，热交换器热交换器，传质阀传质阀门门，管道等管道等g Z 0u2120HQ且且Ws=0(6-17)这个式子的物理意义表现在：体系状态变化这个式子的物理意义表现在：体系状态变化，如发生如发生化学反应化学反应，相变化相变化，温度变化时温度变化时，与环境交换的热量与环境交换的热量（反应热反应热，相变热相变热，显热显热）等于体系的焓差等于体系的焓差。体系状态变化，如体系状态变化，如化学反应化学反应相变化相变化温度变化温度变化反应
18、热反应热相变热相变热显热显热Q H济宁学院济宁学院Jining University Department of Chemistry and Chemical Engineering化学与化工系化学与化工系3)对化工机器的绝热过程对化工机器的绝热过程当体系在绝热情况下当体系在绝热情况下，与环境进行功的交换时与环境进行功的交换时，g Z 0u2120Q=0 WsH此式说明了在绝热情况下，当动能和位能的变化相对此式说明了在绝热情况下，当动能和位能的变化相对很小时，体系与环境交换的功量等于体系焓的减少。很小时，体系与环境交换的功量等于体系焓的减少。济宁学院济宁学院Jining University
19、Department of Chemistry and Chemical Engineering化学与化工系化学与化工系4)对喷嘴，如喷射器是通过改变流体截面以使流体对喷嘴，如喷射器是通过改变流体截面以使流体的动能与内能发生变化的一种装置的动能与内能发生变化的一种装置对于这种装置对于这种装置，Ws=0，gZ0 水平放水平放gZ=0垂直放垂直放gZ0 流体通过喷嘴速度很快来不及换热，可视为绝热过程，流体通过喷嘴速度很快来不及换热，可视为绝热过程，Q=0 Hu122Huu122212()uHu2212 HHu2()1212济宁学院济宁学院Jining University Department o
20、f Chemistry and Chemical Engineering化学与化工系化学与化工系5）Bernoulli 方程方程22Hug zQ WsHUPVU V P实际流体的流动过程存在摩擦损耗，意味机械能转变为实际流体的流动过程存在摩擦损耗，意味机械能转变为热力学能，有摩擦损耗热力学能，有摩擦损耗FU对于无热、对于无热、无轴功交换、无轴功交换、UP/不可压缩流体的稳流过程不可压缩流体的稳流过程济宁学院济宁学院Jining University Department of Chemistry and Chemical Engineering化学与化工系化学与化工系FPg zu220对于非粘
21、性流体或简化的理想情况，可忽略摩擦损耗，则对于非粘性流体或简化的理想情况，可忽略摩擦损耗，则Pg zu220济宁学院济宁学院Jining University Department of Chemistry and Chemical Engineering化学与化工系化学与化工系3.应用举例应用举例P148 例例6-16-2济宁学院济宁学院Jining University Department of Chemistry and Chemical Engineering化学与化工系化学与化工系6.2热力学第二定律及熵平衡方程热力学第二定律及熵平衡方程物化知：物化知：dSt 0不可逆不可逆=可逆
22、可逆一一.基本概念基本概念才可进行的过程才可进行的过程自发过程：不消耗功自发过程：不消耗功非自发过程：消耗功非自发过程：消耗功030冰冰冬天冬天 气温气温-10自发自发，具有产功能力具有产功能力如如 夏天夏天气温气温30-30非自发非自发水水水水冰冰济宁学院济宁学院Jining University Department of Chemistry and Chemical Engineering化学与化工系化学与化工系可逆过程：可逆过程：没有摩擦没有摩擦，推动力无限小推动力无限小,过程进行无限慢过程进行无限慢;体系内部均匀一致体系内部均匀一致，处于热力学平衡处于热力学平衡;对产功的可逆过程对产
23、功的可逆过程，其产功最大其产功最大，对耗功的可逆过程对耗功的可逆过程，其耗功最小其耗功最小;逆向进行时逆向进行时，体系恢复始态体系恢复始态，环境不留下任何痕迹环境不留下任何痕迹。（也即没有功热得失及状态变化）（也即没有功热得失及状态变化）不可逆过程：不可逆过程：有摩擦，过程进行有一定速度有摩擦，过程进行有一定速度;体系内部不均匀（有扰动，涡流等现象）体系内部不均匀（有扰动，涡流等现象）;逆向进行时，体系恢复始态，环境留下痕迹逆向进行时，体系恢复始态，环境留下痕迹;如果与相同始终态的可逆过程相比较，产功小于可逆过程，耗功大于如果与相同始终态的可逆过程相比较，产功小于可逆过程，耗功大于可逆过程。可
24、逆过程。济宁学院济宁学院Jining University Department of Chemistry and Chemical Engineering化学与化工系化学与化工系自发、非自发和可逆、非可逆之间的区别？自发、非自发和可逆、非可逆之间的区别？自发与非自发过程决定物系的始、终态与环境自发与非自发过程决定物系的始、终态与环境状态；状态；可逆与非可逆过程是（考虑）过程完成的方式，可逆与非可逆过程是（考虑）过程完成的方式，与状态没有关系。与状态没有关系。济宁学院济宁学院Jining University Department of Chemistry and Chemical Engin
25、eering化学与化工系化学与化工系可逆过程可逆过程是一个是一个理想过程理想过程，实际过程实际过程都是都是不可逆不可逆的。的。可逆过程具有过程的进行的任一瞬间体系都处于热可逆过程具有过程的进行的任一瞬间体系都处于热力学平衡态的特征，因次，力学平衡态的特征，因次，体系的状态可以用状态参体系的状态可以用状态参数来描述。数来描述。-RWPdVRQTdSSRWVdP济宁学院济宁学院Jining University Department of Chemistry and Chemical Engineering化学与化工系化学与化工系二二.热功转换与热量传递的方向和限度热功转换与热量传递的方向和限度1
26、.热量传递的方向和限度热量传递的方向和限度高温高温低温低温自发自发非自发非自发限度：限度：t=0 2.热功转化的方向热功转化的方向功功热热100%非自发非自发100%自发自发热功转化的限度要由卡诺循环的热机效率来解决。热功转化的限度要由卡诺循环的热机效率来解决。济宁学院济宁学院Jining University Department of Chemistry and Chemical Engineering化学与化工系化学与化工系3.热与功转化的限度热与功转化的限度卡诺循环卡诺循环卡诺循环：卡诺循环：热机热机;高温热源（恒高温热源（恒TH）;低温热源（恒低温热源（恒TL）。）。图形图形工质从高
27、温热源工质从高温热源TH吸收吸收热量，部分转化为功，热量，部分转化为功，其余排至低温热源其余排至低温热源TL。THTLQHQLWC济宁学院济宁学院Jining University Department of Chemistry and Chemical Engineering化学与化工系化学与化工系卡诺循环由四个过程组成。卡诺循环由四个过程组成。可逆等温膨胀可逆等温膨胀可逆绝热膨胀可逆绝热膨胀可逆等温压缩可逆等温压缩可逆绝热压缩可逆绝热压缩TSPV11234234QHQHQLWcWcQL济宁学院济宁学院Jining University Department of Chemistry and
28、 Chemical Engineering化学与化工系化学与化工系工质吸热温度大于工质排热温度，产功工质吸热温度大于工质排热温度，产功过程过程正卡诺循环的结果是热部分地转化为功，用热效率正卡诺循环的结果是热部分地转化为功，用热效率来评价循环的经济性来评价循环的经济性热效率热效率:WQCH移走净功热量输入热效率的物理意义：热效率的物理意义：工质从高温热源吸收的热量转化为净功的比率。工质从高温热源吸收的热量转化为净功的比率。正卡诺循环：正卡诺循环：济宁学院济宁学院Jining University Department of Chemistry and Chemical Engineering化学
29、与化工系化学与化工系H 为状态函数为状态函数，工质通过一个循环工质通过一个循环HQWS据热一律据热一律:H=0Q=QH+QLWWWSCWQQCHLWQQQQCCHHLH又又HHQTSS21()LLLLQT SST SST SS431221()()()212121()()()1 TSSTSSTSSTTTTTCHLHHLHLH由卡诺循环知由卡诺循环知(6-25)济宁学院济宁学院Jining University Department of Chemistry and Chemical Engineering化学与化工系化学与化工系注意以下几点：注意以下几点：1TH若使若使或或TL=0实际当中是不可
30、能实际当中是不可能(1)(2)=f(TH,TC),若使若使，则，则 TH,TL工程上采用高温高压，提高吸热温度工程上采用高温高压，提高吸热温度TH，但又受到材质影响，但又受到材质影响.(3)若若TH=TL，=0,W=0 这就说明了单一热源不能转换为功，必须有两个热源。这就说明了单一热源不能转换为功，必须有两个热源。(4)卡诺循环，卡诺循环，可逆可逆最大，相同最大，相同TH,TL无论经过何种过程，无论经过何种过程，可逆可逆是是相同的，实际热机只能接近，不能达到相同的，实际热机只能接近，不能达到济宁学院济宁学院Jining University Department of Chemistry an
31、d Chemical Engineering化学与化工系化学与化工系三三熵函数与熵增原理熵函数与熵增原理1.熵函数熵函数通过研究热机效率推导出熵函数的定义式通过研究热机效率推导出熵函数的定义式对于可逆热机有对于可逆热机有QQQTTTCHLHHLH 11LQQTTLHHHHLLQTQTORQT 0也即也即RdSQT熵定义熵定义济宁学院济宁学院Jining University Department of Chemistry and Chemical Engineering化学与化工系化学与化工系2.热力学第二定律热力学第二定律的数学表达式的数学表达式可逆 不可逆QQQQQHLHHLHLHH()(
32、T-TT)(Q)可可逆可逆不可逆对不可逆过程：对不可逆过程：对可逆过程：对可逆过程：可逆dSQT不可逆dSQT热力学第二定律的数热力学第二定律的数学表达式学表达式：dSQT 不可逆不可逆=可逆可逆济宁学院济宁学院Jining University Department of Chemistry and Chemical Engineering化学与化工系化学与化工系注意：注意：熵熵是是状态函数状态函数,只要初只要初，终态相同终态相同。SS可逆不可逆对于不可逆过程应设计一个可逆过程，利用对于不可逆过程应设计一个可逆过程，利用可逆过程的热温熵积分进行熵变计算。可逆过程的热温熵积分进行熵变计算。济宁
33、学院济宁学院Jining University Department of Chemistry and Chemical Engineering化学与化工系化学与化工系3.熵增原理熵增原理对于孤立体系对于孤立体系（或绝热体系或绝热体系）Q0dSQTdS 0St 0说明：说明：由由熵增原理表达式熵增原理表达式0不可逆过程不可逆过程St 0=0 可逆过程可逆过程济宁学院济宁学院Jining University Department of Chemistry and Chemical Engineering化学与化工系化学与化工系结论：结论：自然界的一切自发进行的过程都是熵增大的过程；自然界的一切
34、自发进行的过程都是熵增大的过程；tSotSotSSSsyssur同时满足热一律，热二律的过程，实际当中才能实现，同时满足热一律，热二律的过程，实际当中才能实现，违背其中任一定律，其过程就不可能实现。违背其中任一定律，其过程就不可能实现。总熵变为总熵变为自发进行的限度自发进行的限度自发进行的方向自发进行的方向济宁学院济宁学院Jining University Department of Chemistry and Chemical Engineering化学与化工系化学与化工系热力学第二定律的表述热力学第二定律的表述克劳修斯说法：热不可能自动从低温物体传给高温物体。克劳修斯说法：热不可能自动从低
35、温物体传给高温物体。开尔文说法：不可能从单一热源吸热使之完全变为有用的功开尔文说法：不可能从单一热源吸热使之完全变为有用的功而不引起其他变化。而不引起其他变化。熵增原理熵增原理St 0济宁学院济宁学院Jining University Department of Chemistry and Chemical Engineering化学与化工系化学与化工系四四熵变的计算熵变的计算1.可逆过程的热可逆过程的热温熵计算温熵计算可QTTdSQQR据热一律据热一律dHQWSdHQWRSR可逆过程可逆过程同除同除 T 得：得：RSRdHTQTWTRSRdSQTdHTWT又又 SRWVdP对理想气体对理想气
36、体:dHdH=C=Cp pdTdTVRTP CTRTPpdSTddP SCpTTRPPlnln2121济宁学院济宁学院Jining University Department of Chemistry and Chemical Engineering化学与化工系化学与化工系2.相变相变化熵变化熵变HQSHTVV相变化的熵变相变化的熵变相变化皆属于可逆过程，相变化皆属于可逆过程，并且相变化的热并且相变化的热量，据能量平衡方程知：量，据能量平衡方程知：3.环境熵变环境熵变热力学环境：一般指周围大自然热力学环境：一般指周围大自然（可视为恒温热源可视为恒温热源）。sursuOsysSQTQTr0济宁学
37、院济宁学院Jining University Department of Chemistry and Chemical Engineering化学与化工系化学与化工系4.应用应用举例举例 P150(例6-3、6-4)。济宁学院济宁学院Jining University Department of Chemistry and Chemical Engineering化学与化工系化学与化工系五五 熵平衡方程熵平衡方程1.熵平衡方程熵平衡方程将容量性质衡算通式用于熵将容量性质衡算通式用于熵，得得:S入iS出iS产生S积累=-+济宁学院济宁学院Jining University Department
38、of Chemistry and Chemical Engineering化学与化工系化学与化工系T 限制表面上热流通过处的温度限制表面上热流通过处的温度。物料物料热量热量QTS 单位质量物料的熵；单位质量物料的熵；熵携带者熵携带者功与熵变化无关，功不携带熵功与熵变化无关，功不携带熵。物料携带的熵物料携带的熵=mS热流携带的熵热流携带的熵=式中式中:m 物料的质量；物料的质量；济宁学院济宁学院Jining University Department of Chemistry and Chemical Engineering化学与化工系化学与化工系Q是代数值是代数值，以体系收入者为正以体系收入者
39、为正，体系支出者为负体系支出者为负。于是于是:S入m sii()入QTS出msi i()出熵平衡方程为熵平衡方程为:S体系m si i)（入QTS产生m sii()出(6-33)注意：注意：m siiQT济宁学院济宁学院Jining University Department of Chemistry and Chemical Engineering化学与化工系化学与化工系2.熵产生熵产生S体系m si iQTS产生上式中：上式中：体系的总熵变；体系的总熵变；因物流流进，流出限定容积而引起的熵变化；因物流流进，流出限定容积而引起的熵变化；因热流流进因热流流进,流出限定容积而引起的熵变化；流出限
40、定容积而引起的熵变化；因体系的内在原因引起的熵变化，与环境无关，因体系的内在原因引起的熵变化，与环境无关，属于内因熵变。属于内因熵变。引起熵产生的内在原因实际上是由于体系内部不可逆引起熵产生的内在原因实际上是由于体系内部不可逆性而引起的熵变化。这可以用孤立体系的熵平衡方程来证性而引起的熵变化。这可以用孤立体系的熵平衡方程来证实。实。济宁学院济宁学院Jining University Department of Chemistry and Chemical Engineering化学与化工系化学与化工系对孤立体系：因与环境没有质量交换，也没有能量交换对孤立体系：因与环境没有质量交换，也没有能量交
41、换Qmsi i0QT 0入S0出S0代入熵平衡方程中代入熵平衡方程中S产S体系S孤=由热二律知由热二律知:可逆过程可逆过程孤S0产S0不可逆过程不可逆过程孤S0产S0济宁学院济宁学院Jining University Department of Chemistry and Chemical Engineering化学与化工系化学与化工系结论结论：熵产生可以用作判断过程方向的准则熵产生可以用作判断过程方向的准则0 时，体系内部的过程不可逆或自发；时，体系内部的过程不可逆或自发；=0 时，体系内部的过程可逆或平衡；时，体系内部的过程可逆或平衡；济宁学院济宁学院Jining University D
42、epartment of Chemistry and Chemical Engineering化学与化工系化学与化工系3.熵平衡方程的特殊形式熵平衡方程的特殊形式inout()()QT m sm sSi ii isysQTS Sgsysm sm si ii iginout()()QTS0绝热过程绝热过程QT 0inout()()S msmsSi ii igsys可逆过程可逆过程S产生 0稳流过程稳流过程S体系 0封闭体系封闭体系m si i()0济宁学院济宁学院Jining University Department of Chemistry and Chemical Engineering化
43、学与化工系化学与化工系济宁学院济宁学院Jining University Department of Chemistry and Chemical Engineering化学与化工系化学与化工系4.应用举例应用举例 P153(例6-5)。6.3 理想功和损失功理想功和损失功损失功法：损失功法：是以是以热力学第一定律为基础热力学第一定律为基础，与理想与理想功进行比较功进行比较，用热效率评价用热效率评价。ExEx分析法：分析法：将将热力学第一定律热力学第一定律，热力学第二定律热力学第二定律结合起来结合起来，对化工过程每一股物料进行分析对化工过程每一股物料进行分析，是是用用ExEx效率评价效率评价。
44、目前进行化工过程热力学分析的方法大致目前进行化工过程热力学分析的方法大致有有两种两种：济宁学院济宁学院Jining University Department of Chemistry and Chemical Engineering化学与化工系化学与化工系一一.理想功理想功(Ideal Work)1.定义：定义：体系以可逆方式完成一定的状态变化，理论上体系以可逆方式完成一定的状态变化，理论上可产生的最大功可产生的最大功(对产功过程对产功过程)，或者理论上必须消耗的最，或者理论上必须消耗的最小功小功(消耗过程消耗过程)，称为理想功。，称为理想功。Wmax (Wmin)体系以状态体系以状态1状态
45、状态2完全可逆完全可逆要注意要注意:完全可逆完全可逆状态变化可逆；状态变化可逆；传热可逆传热可逆(物系与环境物系与环境)济宁学院济宁学院Jining University Department of Chemistry and Chemical Engineering化学与化工系化学与化工系2.理想功理想功的计算式的计算式(1)非流动体系理想功的计算式非流动体系理想功的计算式若过程可逆若过程可逆SSStsyssur 0 SSsyssur由热一律：由热一律：U=Q+WW=U-QQTSQsur0000 sursysQTSTSTS RWTSUT SSUU002121Wid=-T0(S2-S1)+(U
46、2-U1)+P0(V2-V1)(6-39)(6-38)济宁学院济宁学院Jining University Department of Chemistry and Chemical Engineering化学与化工系化学与化工系结论：结论：体系发生状态变化的每一个实际过程都有其体系发生状态变化的每一个实际过程都有其对应的理想功。对应的理想功。理想功决定于体系的始、终态和环境状态，理想功决定于体系的始、终态和环境状态，与过程无关；与过程无关；济宁学院济宁学院Jining University Department of Chemistry and Chemical Engineering化学与化工
47、系化学与化工系（2）流动过程理想功的计算式）流动过程理想功的计算式对于稳流过程，热一律表达式为：对于稳流过程，热一律表达式为：122 Hug ZQ WS忽略动，势能变化忽略动，势能变化HQ WS若可逆若可逆0QTS0 idWHTS(6-41)稳流过程理想功稳流过程理想功济宁学院济宁学院Jining University Department of Chemistry and Chemical Engineering化学与化工系化学与化工系注意点：注意点：式（式（6-41）忽略了进出口的动能，势能的变化。完整的）忽略了进出口的动能，势能的变化。完整的表达式为：表达式为：体系经历一个稳流过程，状态
48、发生变化，即可计算其体系经历一个稳流过程，状态发生变化，即可计算其理想功，理想功的值决定于体系的始、终态与环境温度，理想功，理想功的值决定于体系的始、终态与环境温度，而与实际变化途径无关。而与实际变化途径无关。要区别可逆轴功与理想功这两个概念要区别可逆轴功与理想功这两个概念对绝热过程对绝热过程对不做轴功的过程对不做轴功的过程1202 idWHTSug ZWWWidSRcWC 0WSR 0WWidSRWWidc济宁学院济宁学院Jining University Department of Chemistry and Chemical Engineering化学与化工系化学与化工系二二损失功损失功
49、WL(Lost Work)1.定义：体系完成相同状态变化时定义：体系完成相同状态变化时，实际功和理想功实际功和理想功的差值的差值。数学式：数学式：WWWLacid对稳流体系对稳流体系 idOWTSH acSWWQH LOOWHQHTSTSQ(6-43)QQTSOsurWTSTSTSLOsysOsurOt(6-44a)济宁学院济宁学院Jining University Department of Chemistry and Chemical Engineering化学与化工系化学与化工系结论：结论：StWLTOWLSt 0WL 0St 0WL 0WWidacWWacid1WWidacWWidac
50、1（1）（2）（3）可逆过程）可逆过程有关有关与与有关有关与与实际过程实际过程对产功过程：对产功过程：对耗功过程：对耗功过程：济宁学院济宁学院Jining University Department of Chemistry and Chemical Engineering化学与化工系化学与化工系三三.应用举例应用举例 P156(例6-7、6-8)。济宁学院济宁学院Jining University Department of Chemistry and Chemical Engineering化学与化工系化学与化工系6.4 Ex(Exergy)一一、Ex的概念的概念1.能量的分类能量的分类按