化工热力学 陈钟秀版 第三版 总复习PPT参考课件.ppt

化工热力学总复习1,讲授人：王仁舒,1,2,课程位置,化工热力学在课程链上的位置,基础课：高等数学、化工制图、无机化学、有机化学、分析化学、物理化学,化学热力学,化学动力学,专业基础课：、化工原理、仪表及自动化,专业课：分离工程、化学工艺学等等,化工热力学,反应工程,2,2020/6/1,课程知识分类：,化工热力学,能量分析,流体的热力学性质,3,2020/6/1,常用的化工热力学研究方法,课程研究方法：,比例系数法,代数法,利用抽象概括、理想方法来处理问题，用于实际问题时，加以适当修正。,压缩因子、逸度系数、活度、热力学效率,剩余函数、超额函数,4,2020/6/1,一、流体的热力学性质,两类热力学基本性质,引述：,p,V,T,x,U,H,S,G,易测,难测,？,由易测数据，来推算难测数据,需要先行研究流体的p,V,T,x关系,5,2020/6/1,纯物质的p-V-T相图,1.1流体的p,V,T,x关系,定组成混合物的p-T相图,1.1.1流体的相图及临界点,a、临界点：Tc临界温度；Pc临界压力；Vc临界体积注意：如果TTc，则不存在液体；临界等温的数学特征,定义：气液两相共存的最高温度或最高压力，称之临界点。,6,2020/6/1,b.超临界流体（SupercriticalFluid,SCF）定义：在TTc和PPc区域内，形成的一种特殊状态的流体,性质：（1）多种物理化学性质介于气体和液体之间,并兼具两者的优点。具有液体一样的密度、溶解能力和传热系数,具有气体一样的低粘度和高扩散系数。（2）物质的溶解度对T、P的变化很敏感，特别是在临界状态附近，T、P微小变化会导致溶质的溶解度发生几个数量级的突变，超临界流体正是利用了这一特性，通过对T、P的调控来进行物质的分离。,7,2020/6/1,c.超临界萃取技术的工业应用,研究较多的超临界流体包括:CO2、H2O、NH3、甲醇、乙醇、戊烷、乙烷、乙烯等。,药剂来源、价格、安全性等因素限制。只有CO2应用最多,临界条件温和Tc=31；Pc=7.4MPa。萃取温度低(3050)能保留产品的天然有效活性。溶解能力强。惰性（不污染产品）、价廉易得、选择性良好和产物易从反应混合物中分离出来。大规模超临界流体萃取的兴起于用超临界CO2成功地从咖啡中提取咖啡因。用超临界戊烷流体从石油中分离重油组分。现在用于提取油脂、香精、色素、药物、酶的有效成分，制造出真正的天然“绿色食品”。鱼油、小麦胚芽油、沙棘油、啤酒花浸膏等天然的医药保健品。,8,2020/6/1,大型超临界流体萃取装置图,9,2020/6/1,1.1流体的p,V,T,x关系,状态方程（EOS）的定义（状态方程：EquationofState）EOS是物质p-V-T关系的解析式；能反映物质的微观特征或宏观的P-V-T特征。,根据相律，纯物质在单相区的自由度F=CP+2为2，因此p,V,T中任意两个指定后，状态就确定了。,1.1.2纯流体的p,V,T关系,1.1.2.1状态方程：,10,2020/6/1,1.1.2.2气体的状态方程,理想气体的状态方程理想气体状态方程：理想气体：分子间的相互作用力可忽略不计；气体分子本身的体积可忽略不计。理想气体EOS是f(P,V,T)=0中最简单的一种形式。R=8.314m3.pa/mol.K的量纲等价于J/mol.K,pV=nRT,11,2020/6/1,b.Redlich-Kwong（RK）EOS,RK方程明显优于vdW方程，是真正实用的EOS。,12,2020/6/1,RK方程计算气相体积准确性有了很大提高；*RK方程计算液相体积的准确性不够，不能同时用于汽、液两相；*RK方程用于烃类、氮、氢等非极性气体时精度较高，即使在几百大气压；但对于氨、水蒸气等极性较强的气体则精度较差。*液相的效果较差，也不能预测纯流体的蒸汽压(即汽液平衡)。,RK方程适用范围及特点,13,2020/6/1,c.Soave-Redlich-Kwong(SRK)方程,与RK方程相比，SRK方程大大提高了表达纯物质汽液平衡的能力，使之能用于混合物的汽液平衡计算，故在工业上获得了广泛的应用。,14,2020/6/1,d.Virial方程,实际气体的压缩因子Z,理气EOS：pV=RT实气EOS：pV=ZRT将所有偏差全集中到Z压缩因子。,说明：实气状态改变，则随状态而变。即Z=f（T,P），是个无因次状态物理量。,15,2020/6/1,Virial方程的两种形式,对于低、中压气体，二项式的精度符合工程的要求。,16,2020/6/1,e.普遍化的状态方程,pV=ZRT将所有偏差全集中到Z压缩因子。,对比(应)态原理(CSP-CorrespondingStatePrinciple)对比态原理：在相同对比温度、对比压力下，任何气体或液体的对比体积（或压缩因子）是相同的。写成状态方程为：f(pr，Tr，Vr)=0对比状态方程,对比参数：,17,2020/6/1,.普遍化压缩因子法,Z=f(Tr,Pr,),Pitzer将其写成：,Z0=f(Pr,Tr)-是简单流体的压缩因子；Z1=f(Pr,Tr)-是非简单流体压缩因子Z的校正值。,pV=ZRT,适用范围：对非极性流体误差3%,极性流体误差510%缔合气体，误差大。,18,2020/6/1,.普遍化维里系数法,普遍化第二维里系数关系式,把项看成是第二维力系数。,适用范围：对非极性流体误差3%,极性流体误差510%缔合气体，误差大中、低压。,Pitzer定义：,19,2020/6/1,普遍化关系使用区域：,20,2020/6/1,1.2纯流体的热力学性质,记忆辅助图,1.2.1热力学性质间的关系热力学基本关系式,21,2020/6/1,麦克斯韦关系式:,将难测的量用易测的量代替，建立函数关系S=f(T，P)。,22,2020/6/1,热力学偏导数关系式:,从公式(1)，(2)导出从公式(1)，(3)导出从公式(2)，(4)导出从公式(3)，(4)导出,23,2020/6/1,描述单组分体系的8个热力学量P、V、T、U、H、S、A、G，每3个均可构成一个偏导数，可构成336个偏导数。而独立的一阶偏导数共112个，而其中只有两类可通过实验直接测定。,（共6个）,24,2020/6/1,6个可测的偏导数热力学基本方程的偏导数关系式Maxwell方程,由易测数据来推算难测数据,熵变的普遍关系,焓变的普遍关系,内能变化的普遍关系,25,2020/6/1,a.熵变的普遍关系,理想气体：,26,2020/6/1,液体：,27,2020/6/1,b.焓变的普遍关系,理想气体：,等温：,等压：,28,2020/6/1,液体：,29,2020/6/1,c.内能变化的普遍关系,恒容过程：,30,2020/6/1,剩余性质MR（ResidualProperty）：是指在相同T和P下，真实气体状态热力学函数值MR与理想气体状态热力学函数值Mig之差。其中：M=V、U、H、S、A、G、Cp、CV,MR=M-Mig,1.2.2剩余性质,31,2020/6/1,对于焓和熵H=Mig+HRS=Mig+SR,1.2.2剩余性质,理想气体,32,2020/6/1,剩余性质的计算公式（等温）,1.2.2剩余性质,33,2020/6/1,剩余焓和剩余熵的计算方法根据P-V-T实验数据计算（作图法）状态方程法普遍化关系法,1.2.2剩余性质,34,2020/6/1,状态方程法,a.,部分常用状态方程的剩余焓和剩余熵的计算式,35,2020/6/1,b.普遍化关系法,(1)由普遍化压缩因子法关联图表,36,2020/6/1,(2)普遍化维里系数法,b.普遍化关系法,37,2020/6/1,1.2.3真实气体焓、熵的计算,真实气体T1，p1，M1,真实气体T2，p2，M2,理想气体T1，p1，M1ig,理想气体T1，p2,理想气体T2，p2，M2ig,38,2020/6/1,1.2.4逸度和逸度系数,（等温）,定义：,1.2.4.1逸度,39,2020/6/1,纯组分i的逸度系数定义：,逸度和逸度系数的物理意义,（1）对于纯物质，理想气体fi=P对于纯物质，真实气体fi=i*Pfi是“校正压力”或“有效压力”。i表示真实气体与理想气体的偏差。（2）物质在任何状态下都有逃逸该状态的趋势，逸度fi表示分子的逃逸趋势，相间的传递推动力。如：一定T下，液相的水分子有逃入气相的趋势；同时，气相的水分子也有逃入液相的趋势。当两个趋势相等时，气液两相达到平衡。,1.2.4.2逸度系数,40,2020/6/1,1.2.4.3纯气体逸度的计算,纯气体逸度的计算通式：,若引入“剩余体积”的概念，可以得到用剩余体积表示的计算式：,剩余体积,（等温）,（等温）,41,2020/6/1,纯气体逸度的计算方法根据p-V-T实验数据作图法状态方程法普遍化关系法H、S数据计算法,42,2020/6/1,a.状态方程法,43,2020/6/1,b.普遍化关系法,Lee-Kesler方程：,（1）对应态原理（三参数压缩因子法）,由Tr，pr值，查附表三D1、D2由附表三D1、D2得lg0、lg1由lg0、lg1值代入Lee-Kesler方程，即解,步骤：,44,2020/6/1,（2）普遍化维里系数法,（纯、混通用）,45,2020/6/1,c.H、S数据计算法,注意：1）必须有所求状态的值2）有最低P*下的,46,2020/6/1,1.3混合流体的热力学性质,1.3.1偏摩尔性质,纯物质摩尔性质Mi不能代表物质后在溶液中的贡献值，则非常有必要引入一个新的性质代替之，它能代表该物质对溶液性质的真正贡献。这个新的性质就是偏摩尔性质（Partialmolarproperty）,47,2020/6/1,敞开、变组成体系的广度性U、H、A、G、V、S与T、P，组成有关,偏摩尔性质,定义：,恒温恒压下，广度性质随组分i摩尔数的变化率。,48,2020/6/1,1.3.1.1化学位,在相平衡、化学平衡问题中用处很大,49,2020/6/1,1.3.1.2集合公式,注意区分混合物三类性质：M，Mi，,50,2020/6/1,对于二元溶液，摩尔性质和偏摩尔性质间存在如下关系：,或,51,2020/6/1,1.3.1.3Gibbs-Duhem方程,52,2020/6/1,比较式（4-18）和式（4-19）可得,Gibbs-Duhem方程的一般形式,当T、P恒定时,53,2020/6/1,二元系等温、等压条件下,54,2020/6/1,1.3.2混合规则,二次型混合规则:,式中：m-混合物性质，即临界参数（Tc、Pc、Vc）、偏心因子等其它参数；y-混合物中各组分的摩尔分数；ij-相互作用项，代表混合过程引起的非理想性。,55,2020/6/1,以常见二元体系混合规则：,56,2020/6/1,Kay规则,适用范围当0.5Tci/Tcj2、0.5Pci/Pcj2时，Kay规则与其它较复杂的规则比较，计算cm值的差别小于2。对于组分差别很大的，特别是含有极性组分或有缔合成二聚体倾向的混合物体系，不适用。,57,2020/6/1,a.virial方程的混合法则：,virial方程的混合法则，对建立其它方程的混合法则有指导意义。,对于混合物的状态方程PV=ZRT，可用virial方程的混合规则计算Z,58,2020/6/1,b.RK方程的混合规则：,kij-相互作用参数，一般由实验数据拟合得。对于组分性质相近的混合物，可取0。,PR方程的混合法则与RK方程的混合法则相同。,59,2020/6/1,流体混合物中组分逸度的计算是气液平衡计算的基础，也是化学反应平衡计算中必不可少的。我们是在纯流体逸度的基础上讨论混合物的逸度和逸度系数。,1.3.3混合物的逸度与逸度系数,60,2020/6/1,混合物中组分i的逸度的定义为,混合物中组分i的逸度系数的定义为,61,2020/6/1,(恒T，x),(恒T，x),混合物的逸度与逸度系数的计算基本式,62,2020/6/1,V为显函数,p为显函数,混合物总体积,混合物压缩因子,63,2020/6/1,混合物逸度的计算方法,RK方程法维里方程计算,用RK方程计算组分逸度系数,64,2020/6/1,用维里方程计算组分逸度系数,65,2020/6/1,二元系:,66,2020/6/1,1.3.3.2混合物的逸度与其组分逸度之间的关系,纯物质的逸度混合物的逸度混合物中组分的逸度纯物质的逸度系数混合物的逸度系数混合物中组分的逸度系数,67,2020/6/1,对照偏摩尔性质的定义:,68,2020/6/1,混合物的逸度与其组分逸度之间的关系,69,2020/6/1,1.3.3.3压力和温度对逸度的影响,（1）压力对逸度的影响,压力对纯组分逸度的影响,压力对混合物中组分逸度的影响,70,2020/6/1,（2）温度对逸度的影响,温度对纯组分逸度的影响,温度对混合物中组分逸度的影响,71,2020/6/1,1.3.4理想溶液和标准态,（1）以Lewis-Randall定则为基础规定标准态：,（2）以Henry定律为基础规定标准态,ki为Henry常数,72,2020/6/1,1.3.4.1理想溶液,理想溶液表现出特殊的物理性质，其主要的特征表现在四个方面。,分子结构相似，大小一样；分子间的作用力相同；混合时没有热效应；混合时没有体积变化。,符合上述四个条件者,皆为理想溶液,缺一不可,73,2020/6/1,1.3.5活度与活度系数,活度的定义：,对于理想溶液：,活度系数：,74,2020/6/1,1.3.6混合过程性质变化,75,2020/6/1,1.3.6.1混合过程自由焓变化,活度与G的关联,76,2020/6/1,方程的右端都包含有,V,H,S与活度的关联详见教材P82公式4-65至4-67,1.3.6.2混合过程体积、焓、熵的变化,77,2020/6/1,1.3.6.3理想溶液的混合性质变化,78,2020/6/1,1.3.7超额性质,超额性质(ExcessProperties)，定义为相同的温度、压力和组成条件下真实溶液性质与理想溶液性质之差。,79,2020/6/1,考虑到：,故而：,又：,综上述：,80,2020/6/1,1.3.7.1超额自由焓,活度与G的关联,即：,81,2020/6/1,对照,和,即,82,2020/6/1,1.3.8.1非理想溶液的模型,非理想溶液就其模型的建立来讲，大致分为三种情况：1、正规溶液模型;2、无热溶液模型;3、基团溶液模型；,1.3.8活度系数与组成的关联,83,2020/6/1,过量自由焓模型以无热溶液作为基础的Wilson方程,由于分子间作用力不同提出了局部组成的概念;利用Boltzmann因子引入描述不同分子间的作用能，将微观与宏观联系起来;把局部组成概念引入FloryHuggins提出的无热溶液，用微观组成代替宏观组成。,1.3.8.2活度系数与组成关联的方程,84,2020/6/1,Wilson参数：,二元溶液的Wilson方程：,液相摩尔体积,分子间相互作用能,85,2020/6/1,化工热力学总复习2,讲授人：王仁舒,86,2020/6/1,1.4相平衡（PhaseEquilibrium）,平衡状态：在没有外界影响的条件下，体系的宏观状态不随时间而改变。-热平衡、力平衡、相平衡、化学平衡,两相接触时，相间将发生物质、能量的交换，直至相的性质如温度、压力、组成等保持恒定，即处于相平衡。,相平衡：,87,2020/6/1,1.4.1相平衡的判据,含有个相和N个组分的体系达到相平衡时,由逸度的定义,和上式可得,系统达到相平衡时，除各相的温度、压力相同外，每个组分在各相中的逸度应相等。,88,2020/6/1,1.4.2相图,1.4.2.1汽液平衡的立体相图,对于二元组分，它没有固定的沸点，沸点是对于纯物质而言的；对于混合物，只有泡点与露点：泡点：在一定压力下第一个气泡出现时的温度；露点：在一定压力下第一个液滴出现时的温度。,89,2020/6/1,1.4.2.2二元体系汽液平衡二维的相图,90,2020/6/1,（1）逆向冷凝,逆向冷凝和逆向气化是烃类混合物尤其是含氢或氮等气体的烃类混合物在特定压力、温度和组成下所产生的一类特殊相平衡现象。,逆向冷凝示意图,91,2020/6/1,逆向冷凝原理与现象对于石油工业有实用价值。石油开采时，地下压力很高，油喷时间长，当压力发生变化，油气出来多，液相馏分油出来相对较少。油井温度变化一般不大，对于老油井通常采用往井中注水的方法，使其处于逆向冷凝区，以提高原油产量。此外，从高压天然气回收凝析油，高压气井的地下压力较高，如100-200atm，当井口压力降至最大液相点附近时，就可以获得相当数量的凝析油。但若减压过度，则液相重新汽化难以分离出凝析油。,逆向冷凝现象的实际意义,92,2020/6/1,1.4.3汽液平衡的计算,汽液平衡计算,基本计算方式：迭代试差,93,2020/6/1,（1）活度系数法（中低压）,液相：以Lewis-Randall定则为基准的标准态：,Poynting因子，对压力影响的校正,94,2020/6/1,气相：,根据相平衡判据：,由于溶液理论推导的i计算式未考虑p的影响，活度系数法仅适应于远离临界点的中低压范围。,95,2020/6/1,低压至中压时：,96,2020/6/1,的计算,纯组分的饱和蒸汽压由Antoine方程等饱和蒸汽压方程求。Antoine方程：,97,2020/6/1,的计算,1.3.3.1混合物的逸度与逸度系数的计算,98,2020/6/1,的计算,1.2.4.3纯组分逸度系数的计算：,99,2020/6/1,的计算,1.3.8活度系数与组成的关联：,100,2020/6/1,（2）状态方程法（高压）,实际应用中，可根据具体情况，对汽液平衡的计算进行简化！,101,2020/6/1,1.4.3.1汽液平衡计算的类型,等温泡点计算已知体系温度T与液相组成xi，求泡点压力P与汽相组成yi。等压泡点计算已知体系压力P与液相组成xi，求泡点温度T与汽相组成yi。等温露点计算已知体系温度T与汽相组成yi，求露点压力P与液相组成xi。等压露点计算已知体系压力P与汽相组成yi，求露点温度T与液相组成xi。,两大类，四小类：变量为：T、p、x、y,102,2020/6/1,1.4.3.2典型的气液平衡计算式,理想系汽液平衡：低压系汽液平衡：中压系汽液平衡：高压系汽液平衡：,理想气体+理想溶液,理想气体+非理想溶液,非理想气体+非理想溶液,汽液两相均为非理想系统,103,2020/6/1,（1）理想系汽液平衡：,a.等温泡点计算,已知T与xi，求P与yi,基本计算式,104,2020/6/1,计算步骤：,105,2020/6/1,b.等温露点计算,已知T与yi，求P与xi。,基本计算式,106,2020/6/1,计算步骤：,107,2020/6/1,c.等压泡点计算,已知P与xi，求T与yi。,求温度需要试差。任选一个k组分：,基本计算式,108,2020/6/1,计算步骤：,Antoine方程,令pis=p,N,Y,get,是试差的允许偏差，手算中一般取0.010.001,109,2020/6/1,d.等压露点计算,已知P与xi，求T与yi。,基本计算式,求温度需要试差。任选一个k组分：,110,2020/6/1,计算步骤：,Antoine方程,令pis=p,N,Y,get,111,2020/6/1,（1）低压汽液平衡计算：,汽相为理想气体，液相非理想溶液。,基本计算式,1等温泡点计算,已知T与xi，求P与yi。,112,2020/6/1,计算步骤：,113,2020/6/1,汽相为理想气体，液相非理想溶液。,基本计算式,2等温露点计算,已知T与yi，求P与xi。,114,2020/6/1,计算步骤：,Antoine方程,令各i=1,N,Y,get,Wilson方程,115,2020/6/1,3等压泡点计算,已知P与xi，求T与yi。,基本计算式,求温度需要试差。任选一个k组分：,116,2020/6/1,计算步骤：,Antoine方程,Wilson方程,N,Y,get,117,2020/6/1,4等压露点计算已知P与yi，求T与xi。,基本计算式,求温度需要试差。任选一个k组分：,118,2020/6/1,1.4.3.3简化K进行汽液平衡计算,Ki应是T、P、yi、xi的函数，但对轻烃类体系，组成对Ki值影响较小，可将Ki看作T、P的函数，利用PTK列线图查Ki值。,119,2020/6/1,1.4.3.4二元共沸物的计算,基本计算式,汽相为理想气体，液相非理想溶液。,对于二元共沸物系，恒沸点时：,120,2020/6/1,1.4.4汽液平衡数据的热力学一致性检验,基本方式,点检验法,面积检验法,1.4.4.1由i表示的Gibbs-Duhem方程,Gibbs-Duhem方程的一般形式：,121,2020/6/1,122,2020/6/1,123,2020/6/1,二、能量分析,2.1化工过程的能量分析,能量守恒与转化一切物质都具有能量，能量是物质固有的特性。通常，能量可分为两大类，一类是系统蓄积的能量，如动能、势能和热力学能，它们都是系统状态的函数。另一类是过程中系统和环境传递的能量，常见有功和热量，它们就不是状态函数，而与过程有关。热量是因为温度差别引起的能量传递，而做功是由势差引起的能量传递。因此，热和功是两种本质不同且与过程传递方式有关的能量形式。,2.1.1能量平衡方程,124,2020/6/1,规定：系统得功，其值为正；反之为负。对流动系统：轴功Ws：流体通过机械设备的旋转轴与环境所交换的能量。流动功Wf：物料连续流动时，因流体内部相互推动所交换的功。,流动功WfF.S=（P.A）.(V/A)=P.VJ/Kg,（1）功W：,125,2020/6/1,对非流动系统体积功W：特定设备（如带活塞的气缸）中，因流体体积改变而与环境交换的能量。,注意：热和功仅在能量传递中出现，并非系统本身具有的能量。当能量以热和功的形式传入体系后，增加的是体系内能。热和功是过程函数，非状态函数。,126,2020/6/1,（2）能量平衡方程,一些常见的属于稳流体系的装置,127,2020/6/1,喷嘴与扩压管：透平机和压缩机：节流阀：,常见的属于稳流体系的装置的能量平衡分析：,eg：,128,2020/6/1,2.1.2熵方程,2.1.2.1热机的热效率,卡诺热机的效率,129,2020/6/1,2.1.2.1熵增原理,2.1.2.1熵增原理,敞开体系,a.敞开体系熵平衡方程,内因熵变化,外因熵变化,130,2020/6/1,b.封闭体系熵平衡方程,封闭体系：,稳态流动体系：,131,2020/6/1,封闭体系：,132,2020/6/1,2.1.3理想功、损失功及热力学效率,系统在变化过程中，由于途径的不同，所产生(或消耗)的功是不一样的。理想功就是系统的状态变化以完全可逆方式完成，理论上产生最大功或者消耗最小功。,133,2020/6/1,系统在相同的状态变化过程中，不可逆过程的实际功与完全可逆过程的理想功之差称为损失功。（由于过程的不可逆性而引起的做功能力的损失。）,134,2020/6/1,热力学效率：,135,2020/6/1,2.1.4与火无,有效能的概念,以平衡的环境状态（寂态）为基准，理论上能够最大限度地转化为功的能量称为有效能，理论上不能转化为功的能量称为无效能。,136,2020/6/1,2.1.4.1有效能的计算,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（环境状态）过程所作的理想功。,当系统由任意状态(T,P)变到基态(T0,P0)时稳流系统的有效能EX为:,137,2020/6/1,（1）机械能、电能的有效能机械能和电能全部是有效能，即：EX=W（或WS）动能和位能也全部是有效能。,138,2020/6/1,等压变温过程的热有效能,（2）热有效能温度为T的恒温热源的热量Q,有效能按卡诺热机所能做的最大功计算：,139,2020/6/1,（3）压力有效能,每摩尔理想气体的压力有效能,对于理想气体,140,2020/6/1,（4）化学有效能处于环境温度与压力下的系统，与环境之间进行物质交换（物理扩散或化学反应），最后达到与环境平衡，此过程所能做的最大功为化学有效能,例题6-9！,141,2020/6/1,2.1.4.2过程的不可逆性和有效能损失,EX2EX1=（H2H1）T0（S2S1）=Wid,即EX=EX2EX1=Wid,也即EX=WS+WL=WS+T0S总,EL=T0S总,142,2020/6/1,稳流体系：对稳流体系，若忽略掉动能和势能HQ-Ws，对管道流动，一般情况下，Q0（无热交换）Ws0（无轴功）,有效能损分析,dH=0,H0,dH=TdS+VdP,TdS总=-VdP,由前知：EL=T0S总,dS总=(-V/T)dP,EL=T0dSt=T0(-V/T)dp,结论：ELP压力降；减少弯头及缩扩；适当增加管径。,143,2020/6/1,2.1.4.3衡算,144,2020/6/1,2.1.4.4效率,a.普通效率,b.目的效率,145,2020/6/1,2.2蒸汽动力循环与制冷循环,2.2.1两相系统的热力学性质及图表,常用的有水和水蒸气热力学性质表（附录四）温熵图（T-S图），压焓（lnP-H）图，焓熵(H-S)图。,146,2020/6/1,对于热力学的容量性质有：,X气相的质量或摩尔分数,147,2020/6/1,单组份两相区的V，H，S计算,单组份体系平衡的两相混合物的性质，与每相的性质和每相的相对量有关。由于V，H，S都是容量性质，故两相数值之和就为两相混合物的相应值。,汽液两相平衡：,式中：g气相l液相x气相的重量分率或摩尔分率，在工程上，常称为干度,148,2020/6/1,（1）T-S图,水的T-S图，其他物质的T-S图也具有相同的图形,作用：帮助解决热功效率问题,149,2020/6/1,完整的图具有以下曲线,B,C,D,S,饱和曲线,BC饱和液体线,CD饱和蒸汽线,等线，以蓝紫线表示,等线，以黄线表示,等容线，以蓝紫虚线表示,等干度线，以红虚线表示,干度：汽相的重量分率或摩尔分率,等线，平行于横坐标,等线，平行于纵坐标,P,H,V,x,150,2020/6/1,C,A,B,D,T,S,固,固+液,液,汽+液,气,图的相区：,151,2020/6/1,等压线变化规律,S,T,小,152,2020/6/1,等焓线变化规律,T，H焓值大的等H线在上边,S,T,大,在P一定时,153,2020/6/1,等容线变化规律,在等T下，由Maxwell式知:,S,T,大,对任何气体，在V一定时，T，P它说明了在T一定时，随V，S较大的等容线位于熵值较大的一边。,154,2020/6/1,（2）P-H图,这种图主要用于计算制冷系数,制冷机的循环量及物流所作的功。,155,2020/6/1,完整的lnPH图具有,压焓图中共有八种线条，六个参数：（1）饱和液体线（x=0）；（2）干饱和蒸气线（x=1）；（3）等干度线，参数为x（x=定值）；（4）等压线，参数为p（p=定值）；（5）等温线，参数为t（t=定值）；（6）等焓线，参数为i（i=定值）；（7）等熵线，参数为s（s=定值）（8）等容线，参数为v（v=定值）。饱和液体线与干饱和蒸气线将lnp-h图分成三个区域：饱和液体线的左边：过冷液体区域；饱和液体线与干饱和线之间：湿饱和蒸气区域；干饱和线的右边：过热区域。,156,2020/6/1,2.2.2蒸汽动力循环,W.J.M.Rankine,1820-1872,157,2020/6/1,a.能量分析,158,2020/6/1,Turbine汽轮机:Condensor冷凝器:Pump水泵:Boiler锅炉:,159,2020/6/1,理想Rankine循环的热效率,蒸汽动力循环中，水泵的耗功量远小于汽轮机的做功量,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。,b.Rankine循环参数：,160,2020/6/1,汽耗率,作出单位量净功所消耗的蒸汽量称为汽耗率，用SSC(SpecificSteamConsumption)表示。,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寸大小和过程的经济