第五章化工過程的能量分析08級ppt (1)

1、1 5.1 能量平衡方程能量平衡方程 5.2 功熱間的轉(zhuǎn)化功熱間的轉(zhuǎn)化 5.3 熵函數(shù)熵函數(shù) 5.4 理想功、損失功及熱力學效率理想功、損失功及熱力學效率 5.5 火用和火無火用和火無 5.6 火用衡算及火用效率火用衡算及火用效率 5.7 化工過程與系統(tǒng)的火用分析化工過程與系統(tǒng)的火用分析2 本章本章熱力學的第一與第二定律，應用熱力學的第一與第二定律，應用理想功、理想功、 損失功、損失功、 和和 等概念對化工過等概念對化工過程中能量的轉(zhuǎn)換、傳遞與使用進行熱力學分析，程中能量的轉(zhuǎn)換、傳遞與使用進行熱力學分析，過程或裝置能量利用的有效程度，確定其過程或裝置能量利用的有效程度，確定其能量利用的總效率，

2、能量利用的總效率，出能量損失的薄弱環(huán)出能量損失的薄弱環(huán)節(jié)與原因，為分析、改進工藝與設備，提高能節(jié)與原因，為分析、改進工藝與設備，提高能量利用率指明方向。量利用率指明方向。本章是本課程的重點和難點。本章是本課程的重點和難點。3 能量守恒與轉(zhuǎn)化定律是自然能量守恒與轉(zhuǎn)化定律是自然界的客觀規(guī)律。界的客觀規(guī)律。 自然界的一切物自然界的一切物質(zhì)都具有能量，能量有各種不同質(zhì)都具有能量，能量有各種不同的形式，可以從一種形式轉(zhuǎn)化為的形式，可以從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，但總能量是守恒的。另一種形式，但總能量是守恒的。（能量數(shù)量守恒）（能量數(shù)量守恒）Helmholtz(1821 - 1894) 1847年， 德國

3、物理學家和生物學家 Helmholtz 發(fā)表了 “ 論力的守衡” 一文，全面論證了能量守衡和轉(zhuǎn)化定律。4 在各種熱力學過程中，體系和環(huán)境之間往往發(fā)生在各種熱力學過程中，體系和環(huán)境之間往往發(fā)生能量的傳遞。能量傳遞的形式有兩種，即熱和功。能量的傳遞。能量傳遞的形式有兩種，即熱和功。 通過體系的邊界，體系與體系（或體系與環(huán)境）通過體系的邊界，體系與體系（或體系與環(huán)境）之間由于溫差而傳遞的能量叫做之間由于溫差而傳遞的能量叫做。 由于存在溫差以外的其它勢差而引起體系與環(huán)境由于存在溫差以外的其它勢差而引起體系與環(huán)境之間傳遞的能量叫做之間傳遞的能量叫做。 5v 熱和功不是狀態(tài)函數(shù)熱和功不是狀態(tài)函數(shù)，熱和功是

4、能量的傳遞形，熱和功是能量的傳遞形式。它們的值與過程進行的途徑和方式有關。不同式。它們的值與過程進行的途徑和方式有關。不同的途徑傳遞的熱和功是不同的。的途徑傳遞的熱和功是不同的。v 熱和功只有當體系由于過程的進行而發(fā)生變化熱和功只有當體系由于過程的進行而發(fā)生變化時才出現(xiàn)。它們只有在過程發(fā)生時才有意義，也只時才出現(xiàn)。它們只有在過程發(fā)生時才有意義，也只有聯(lián)系某一具體的變化過程時，才能夠計算出熱和有聯(lián)系某一具體的變化過程時，才能夠計算出熱和功來。功來。v 熱和功都是被傳遞的能量熱和功都是被傳遞的能量，當能量以熱的形式，當能量以熱的形式傳入體系后，不是以熱的形式儲存，而是增加了該傳入體系后，不是以熱的

5、形式儲存，而是增加了該體系的內(nèi)能。體系的內(nèi)能。6 有人形象地把熱比作雨，池中的水比作內(nèi)能，有人形象地把熱比作雨，池中的水比作內(nèi)能，雨落下變成池中的水，就像熱傳遞給體系后，變?yōu)橛曷湎伦兂沙刂械乃?，就像熱傳遞給體系后，變?yōu)閮?nèi)能一樣。內(nèi)能一樣。 就熱力學的觀點，功和熱是轉(zhuǎn)移中的能量，是就熱力學的觀點，功和熱是轉(zhuǎn)移中的能量，是不能貯存的，不轉(zhuǎn)移時能量總是貯存在體系和環(huán)境不能貯存的，不轉(zhuǎn)移時能量總是貯存在體系和環(huán)境內(nèi)。所以，體系在過程前后的能量變化內(nèi)。所以，體系在過程前后的能量變化E 應與體應與體系在該過程中傳遞的熱系在該過程中傳遞的熱Q與功與功W之代數(shù)和相等。如之代數(shù)和相等。如E1、E2分別代表體系始

6、、終態(tài)的總能量，則分別代表體系始、終態(tài)的總能量，則 E = E2E1 = QW (5-1) 式（式（5-1）就是熱力學第一定律的數(shù)學表達式。）就是熱力學第一定律的數(shù)學表達式。規(guī)定規(guī)定體系吸熱為正值，放熱為負值；體系得功為正體系吸熱為正值，放熱為負值；體系得功為正值，對環(huán)境做功為負值。值，對環(huán)境做功為負值。7 從熱力學第一定律可導出普遍條件下適用的能從熱力學第一定律可導出普遍條件下適用的能量平衡方程。先對量平衡方程。先對，即與環(huán)境既有質(zhì)，即與環(huán)境既有質(zhì)量又有能量交換的體系進行分析，分析中必須同量又有能量交換的體系進行分析，分析中必須同時考慮質(zhì)量平衡與能量平衡。時考慮質(zhì)量平衡與能量平衡。 圖圖5-

7、1所示為一敞開體系。虛線所包圍的區(qū)域為研所示為一敞開體系。虛線所包圍的區(qū)域為研究的體系。流體從截面究的體系。流體從截面1經(jīng)過設備流到截面經(jīng)過設備流到截面2。在截面。在截面1處流體進入設備所具有的狀況用下標處流體進入設備所具有的狀況用下標1表示。表示。 81m2m1u1z2u2z1dx1122SWQ1111EUPV2222E UPV 在該點處假設進入體系的物料為一微分量的質(zhì)在該點處假設進入體系的物料為一微分量的質(zhì)量量m1，流體處于距基準面，流體處于距基準面z1的高度處，的高度處，圖圖5-1 敞開體系示意圖敞開體系示意圖其單位質(zhì)量的其單位質(zhì)量的物料所具有的物料所具有的總能量為總能量為E1,平平均速

8、度為均速度為u1，比容為比容為V1，壓，壓力為力為P1,內(nèi)能為內(nèi)能為U1等。同樣在等。同樣在截面截面2處流體流處流體流出設備時所具出設備時所具有的狀況用下有的狀況用下標標2表示表示。9 對對而言，若體系內(nèi)沒有發(fā)生化學反而言，若體系內(nèi)沒有發(fā)生化學反應，對體系進行質(zhì)量恒算，則應，對體系進行質(zhì)量恒算，則進入體系的能量進入體系的能量 = 離開體系的能量離開體系的能量+體系內(nèi)積累的能量體系內(nèi)積累的能量 體系dmmm21 式中式中dm 體系體系為體系積累的質(zhì)量。為體系積累的質(zhì)量。 再根據(jù)能量守恒原理，則得再根據(jù)能量守恒原理，則得寫成微分式則為寫成微分式則為 體系)( ) () (21mEdWmEQmE移項

9、后得移項后得 21) () ( )(mEmEWQmEd體系（5-4）（5-3）（5-2）10 式（式（5-4）中）中W 是體系與環(huán)境交換的功，它是體系與環(huán)境交換的功，它包括與環(huán)境交換的軸功包括與環(huán)境交換的軸功Ws 和流動功和流動功Wf 。界面界面1 流動功流動功： 同理，界面同理，界面2 2： 111111) ( mpVAVApm2) (mpV 在連續(xù)流動過程中，流體內(nèi)部相互推動所交換的功在連續(xù)流動過程中，流體內(nèi)部相互推動所交換的功稱為稱為。 流體流動過程中，通過機械設備的旋轉(zhuǎn)軸在體系與流體流動過程中，通過機械設備的旋轉(zhuǎn)軸在體系與環(huán)境之間交換的功稱為環(huán)境之間交換的功稱為。用用Ws表示。表示。s

10、wVdpwp dVwpdV 可逆過程外11 流動功流動功W Wf f 是微分量質(zhì)量的流體進入體系時，環(huán)境是微分量質(zhì)量的流體進入體系時，環(huán)境對流體所作的流動功對流體所作的流動功( (pVpVm m) )1 1與微分量質(zhì)量的流體離開與微分量質(zhì)量的流體離開體系時，流體對環(huán)境所作的流動功體系時，流體對環(huán)境所作的流動功( (pVpVm m) )2 2 之差。之差。21)()(mpVmpVWWWWSfS2121)()()()()(mEmEmpVmpVWQmEdS體系所以所以將式（將式（5-5）代入式（）代入式（5-4），得），得 （5-5）（5-6）12單位質(zhì)量的物料的單位質(zhì)量的物料的總能量總能量 E E

11、： 式中，式中，U為單位質(zhì)量流體的為單位質(zhì)量流體的； EK為單位質(zhì)量流體為單位質(zhì)量流體；EK1/2u2； Ep為單位質(zhì)量流體為單位質(zhì)量流體，EpgZ， g為重力加速度，為重力加速度，Z為位高。為位高。 gZuUEEUEpK221（5-7）13將式（將式（5-7）代入式（）代入式（5-6），得），得SWQmgZupVUmgZupVUmEd222112)21()21()(體系（5-8）14因因H H U U pVpV，式（，式（5-85-8）可寫成）可寫成 式（式（5-9）是一個普遍化的能量平衡方程。應）是一個普遍化的能量平衡方程。應用時可視具體條件作進一步簡化。用時可視具體條件作進一步簡化。（5

12、-9）2112221()()21()2Sd mEHugZmHugZmQW體系0mm15 對一個過程進行能量恒算或能量分析時，應該根對一個過程進行能量恒算或能量分析時，應該根據(jù)過程的特征，正確而靈活地將能量平衡方程式應用據(jù)過程的特征，正確而靈活地將能量平衡方程式應用于不同的具體過程。于不同的具體過程。 （1 1） 封閉體系是指體系與環(huán)境之間的界面不允許傳遞封閉體系是指體系與環(huán)境之間的界面不允許傳遞物質(zhì)，而只有能量交換，即物質(zhì)，而只有能量交換，即m1=m2=0，于于是能量方是能量方程式（程式（5-95-9）變成）變成sWQmEd體系)(（5-10）16 進行的過程通常都不能引起外部的勢進行的過程通

13、常都不能引起外部的勢能或動能變化，而只能引起內(nèi)能變化，即能或動能變化，而只能引起內(nèi)能變化，即 又因封閉體系流動功為零，由式（又因封閉體系流動功為零，由式（5-55-5）得）得 W =WW =WS S ，于是有于是有 對單位質(zhì)量的體系對單位質(zhì)量的體系 0)(22gZdudsWQmdUWQmdUWQdU（5-12）又又m為常數(shù)，式（為常數(shù)，式（5-10）中）中d(mE)體系體系mdE=mdU，所以，所以 （5-11）第第12 次課結(jié)束次課結(jié)束200917 物料連續(xù)地通過設備，進入和流出的物料連續(xù)地通過設備，進入和流出的質(zhì)量流率質(zhì)量流率在在任何時刻都完全相等；任何時刻都完全相等； 但摩爾流率或體積流

14、率往往但摩爾流率或體積流率往往不相等。不相等。 體系中任一點的熱力學性質(zhì)都不隨時間而變，體體系中任一點的熱力學性質(zhì)都不隨時間而變，體系沒有物質(zhì)及能量的積累，系沒有物質(zhì)及能量的積累，（2 2） ()0d mE體系即即12mmm18 （5-13）sWQZguH221 積分上式，并以積分上式，并以m m 相除，得到單位質(zhì)量的相除，得到單位質(zhì)量的0)2()2(2212SWQmgZuHmgZuH 于是，將敞開體系的能量方程用于穩(wěn)流體系，于是，將敞開體系的能量方程用于穩(wěn)流體系，式（式（5-9）簡化為）簡化為 此公式是由能量守恒定律推導出來的。而此公式是由能量守恒定律推導出來的。而能量守恒能量守恒是自然界的

15、客觀規(guī)律。因而式是自然界的客觀規(guī)律。因而式(5-13)(5-13)對可逆過程和實際對可逆過程和實際過程均適用。過程均適用。19 對于微分流動過程，則對于微分流動過程，則 （5-15）如：如：221u的單位：的單位：公斤焦秒米2Zg的單位：的單位：2mJmkgSSWQgdZududH 式（式（5-135-13）與式（）與式（5-155-15）是穩(wěn)定流動體系的能）是穩(wěn)定流動體系的能量平衡方程。量平衡方程。第十一第十一 次課結(jié)束次課結(jié)束2010一些常見的屬于穩(wěn)流體系的裝置噴嘴噴嘴擴壓管擴壓管節(jié)流閥節(jié)流閥透平機透平機壓縮機壓縮機混合裝置混合裝置換熱裝置換熱裝置WsWs21 化工生產(chǎn)中，絕大多數(shù)過程都屬

16、于穩(wěn)流過程，化工生產(chǎn)中，絕大多數(shù)過程都屬于穩(wěn)流過程，在應用能量方程式時尚可根據(jù)具體情況作進一步的在應用能量方程式時尚可根據(jù)具體情況作進一步的?，F(xiàn)討論幾種常見情況。現(xiàn)討論幾種常見情況。 體系在設備，如流體流經(jīng)壓縮機、膨脹機，體系在設備，如流體流經(jīng)壓縮機、膨脹機，進、出口之間的進、出口之間的動能變化、位能變化與焓變相比較，動能變化、位能變化與焓變相比較，其值很小，可忽略不計。其值很小，可忽略不計。（動能為（動能為1 kJ/kg時，所需速時，所需速度為度為45m/s。位能為。位能為1 kJ/kg時，所需高度為時，所需高度為102米。在米。在許多工業(yè)裝置中，進出口物料一般沒有這樣大的變許多工業(yè)裝置中，

17、進出口物料一般沒有這樣大的變化。），則式（化。），則式（5-13）可簡化為）可簡化為 （5-16）sWQH22透平機和壓縮機透平機和壓縮機透平機是借助高壓流透平機是借助高壓流體的膨脹減壓過程來體的膨脹減壓過程來產(chǎn)出功產(chǎn)出功 壓縮機是靠消耗壓縮機是靠消耗功來提高流體的壓力功來提高流體的壓力 蒸汽透平蒸汽透平23動能是否變化動能是否變化?透平機和壓縮機透平機和壓縮機sWQZguH221是否存在軸功是否存在軸功?位能是否變化位能是否變化?通?？梢院雎酝ǔ？梢院雎允牵∈?！不變化或者可以忽略不變化或者可以忽略是否和環(huán)境交換熱量是否和環(huán)境交換熱量?通?？梢院雎酝ǔ？梢院雎詓HW24動能是否變化動能是否變化

18、?（5-17） 當流體流經(jīng)管道、閥門、換熱器與混合器等當流體流經(jīng)管道、閥門、換熱器與混合器等設備時，設備時，QH sWQZguH221是否存在軸功是否存在軸功?位能是否變化位能是否變化?通?？梢院雎酝ǔ？梢院雎苑穹裢ǔ？梢院雎酝ǔ？梢院雎?5 式（式（5-17）表明體系的焓變等于體系與環(huán)境交換）表明體系的焓變等于體系與環(huán)境交換的熱量。此式是不對環(huán)境作功的的熱量。此式是不對環(huán)境作功的穩(wěn)流體系進行熱量恒穩(wěn)流體系進行熱量恒算的基本關系式。算的基本關系式。（5-17）QH 26動能是否變化動能是否變化?（5-18） 流體經(jīng)過節(jié)流膨脹、絕熱反應、絕熱混合等流體經(jīng)過節(jié)流膨脹、絕熱反應、絕熱混合等絕熱過程絕

19、熱過程時時sWQZguH221是否存在軸功是否存在軸功?位能是否變化位能是否變化?通?？梢院雎酝ǔ？梢院雎苑穹穹穹袷欠窈铜h(huán)境交換熱量是否和環(huán)境交換熱量?通?？梢院雎酝ǔ？梢院雎?H270H（5-18） 通過節(jié)流膨脹，流體的焓值不變。通過節(jié)流膨脹，流體的焓值不變。根據(jù)此式可方便地求得絕熱過程中體系的溫度變化。根據(jù)此式可方便地求得絕熱過程中體系的溫度變化。12HH等焓過程等焓過程即即對節(jié)流膨脹對節(jié)流膨脹280H（5-18）1324ABABn Hn Hn Hn H換熱設備換熱設備0iijjHn Hn H出入即：即：若取整個換熱器作為體若取整個換熱器作為體系，忽略與環(huán)境交換的系，忽略與環(huán)境交換的熱量（

20、熱損失為零）：熱量（熱損失為零）：29 對真實流體而言，考慮流體摩擦而引起的機械能對真實流體而言，考慮流體摩擦而引起的機械能損失，需在方程中增加摩擦損失項損失，需在方程中增加摩擦損失項F，由此得到的，由此得到的方程稱為機械能平衡方程方程稱為機械能平衡方程假設流動過程為可逆，假設流動過程為可逆，dU=Q - pdV，代入上式，得，代入上式，得 因因H = U + pV，dH = dU + pdV + Vdp 將此式代入將此式代入（5-15）式，得）式，得（5-19）SdUpdVVdpudugdZQWSWgdZuduVdpFgdZuduVdpWS 機械能平衡方程機械能平衡方程30 式（式（5-19

21、5-19）在應用于無粘性和不可壓縮流體，）在應用于無粘性和不可壓縮流體，且流體與環(huán)境沒有軸功交換時，就得到了著名的且流體與環(huán)境沒有軸功交換時，就得到了著名的BernoulliBernoulli方程方程0gdZuduVdp（5-20） 式中式中是流體密度。值得說明的是是流體密度。值得說明的是Bernoulli方程的方程的提出比熱力學第一定律被確認大約還要早一百年。提出比熱力學第一定律被確認大約還要早一百年。022Zgup此式也可以寫成此式也可以寫成（5-21）31（5-22） 可壓縮性流體急速變速的穩(wěn)態(tài)流動。氣體在絕可壓縮性流體急速變速的穩(wěn)態(tài)流動。氣體在絕熱不做外功的流動過程中，如蒸汽噴射泵及高

22、壓蒸汽熱不做外功的流動過程中，如蒸汽噴射泵及高壓蒸汽在汽輪機在汽輪機噴嘴噴嘴中的噴射中的噴射sWQZguH221是否存在軸功是否存在軸功?位能是否變化位能是否變化?否否否否是否和環(huán)境交換熱量是否和環(huán)境交換熱量?通?？梢院雎酝ǔ？梢院雎訦u22132式（式（5-13）可簡化得到絕熱穩(wěn)定流動方程式）可簡化得到絕熱穩(wěn)定流動方程式 此式表明，氣體在絕熱不做軸功的穩(wěn)定流動過此式表明，氣體在絕熱不做軸功的穩(wěn)定流動過程中，動能的增加等于其焓值的減小。程中，動能的增加等于其焓值的減小。 （5-22）Hu22133可逆過程與不可逆過程可逆過程與不可逆過程 用熱力學的方法研究體系發(fā)生狀態(tài)變化時，在用熱力學的方法研

23、究體系發(fā)生狀態(tài)變化時，在怎樣的條件下能作出最大功或者需要最小功，具有怎樣的條件下能作出最大功或者需要最小功，具有重要意義。這里牽扯到一個熱力學上的重要概念，重要意義。這里牽扯到一個熱力學上的重要概念，可逆過程與不可逆過程?？赡孢^程與不可逆過程。 這里重點講講可逆過程的特點，學生容易出錯這里重點講講可逆過程的特點，學生容易出錯的地方，換一個角度闡明這個概念。的地方，換一個角度闡明這個概念。34 可逆過程的概念：可逆過程的概念： 某一體系經(jīng)過某一過程，由狀態(tài)某一體系經(jīng)過某一過程，由狀態(tài)1變到狀態(tài)變到狀態(tài)2之后，之后，如果能使體系和環(huán)境都如果能使體系和環(huán)境都完全復原完全復原（即體系回到原來（即體系回

24、到原來的狀態(tài)，同時消除了原來過程對環(huán)境所產(chǎn)生的一切的狀態(tài)，同時消除了原來過程對環(huán)境所產(chǎn)生的一切影響），則原來的過程就稱為可逆過程。影響），則原來的過程就稱為可逆過程。 反之，如果用任何方法都不可能使體系和環(huán)境完反之，如果用任何方法都不可能使體系和環(huán)境完全復原，則稱為不可逆過程。全復原，則稱為不可逆過程。35 可逆過程有以下特點：可逆過程有以下特點：1、可逆過程是以無限小的變化進行的，整個過程是可逆過程是以無限小的變化進行的，整個過程是由一連串非常接近于平衡的狀態(tài)所構(gòu)成，整個過由一連串非常接近于平衡的狀態(tài)所構(gòu)成，整個過程進行的速度是無限慢的，過程的推動力無限小。程進行的速度是無限慢的，過程的推動

25、力無限小。 過程的進行需要推動力：過程的進行需要推動力：膨脹或壓縮過膨脹或壓縮過程程 壓力壓力差差傳傳 熱熱 過過 程程 溫度溫度差差擴擴 散散 過過 程程 濃度濃度差差化學化學 反應反應 過過程程 化學化學位差位差362、在反向的過程中，用同樣的手續(xù)，循著原來過在反向的過程中，用同樣的手續(xù)，循著原來過程的逆過程，可以使體系和環(huán)境都完全恢復到原來程的逆過程，可以使體系和環(huán)境都完全恢復到原來的狀態(tài)。的狀態(tài)。3、可逆過程產(chǎn)功最大，需功最小?？赡孢^程產(chǎn)功最大，需功最小。 可逆過程是一種理想的過程，是一種科學的抽可逆過程是一種理想的過程，是一種科學的抽象。客觀世界中并不真正存在可逆過程，實際過程象?？?/p>

26、觀世界中并不真正存在可逆過程，實際過程只能無限地趨近于它。只能無限地趨近于它。 那么提出可逆過程的概念有什么意義呢？那么提出可逆過程的概念有什么意義呢？ 37 可逆過程的概念非常重要?？赡孢^程的概念非常重要。 首先首先，可逆過程將實際過程理想化，它忽略摩，可逆過程將實際過程理想化，它忽略摩擦和體系內(nèi)部溫度、壓力、濃度不均等因素，對擦和體系內(nèi)部溫度、壓力、濃度不均等因素，對復雜的實際過程進行簡化處理，突出主要矛盾，復雜的實際過程進行簡化處理，突出主要矛盾，以便于掌握過程的基本規(guī)律，這是熱力學上對過以便于掌握過程的基本規(guī)律，這是熱力學上對過程進行分析的重要方法。程進行分析的重要方法。 類似于理想氣

27、體的情況。類似于理想氣體的情況。38 其次其次，只有在可逆過程中，過程進行的每一步都，只有在可逆過程中，過程進行的每一步都極接近平衡狀態(tài)，這時體系才有確定的狀態(tài)，才可以極接近平衡狀態(tài)，這時體系才有確定的狀態(tài)，才可以用體系的狀態(tài)參數(shù)來描述過程。用體系的狀態(tài)參數(shù)來描述過程。例如：例如：氣體的體積功氣體的體積功 Wp dVWpdV 可逆程外過 通過可逆過程求狀態(tài)函數(shù)（利用狀態(tài)函數(shù)的變化通過可逆過程求狀態(tài)函數(shù)（利用狀態(tài)函數(shù)的變化值只與過程的始、終態(tài)有關，而與過程進行的具體值只與過程的始、終態(tài)有關，而與過程進行的具體途徑無關的特點），如途徑無關的特點），如H、S 、G等。等。39 再其次再其次，可逆過程

28、的概念，對于分析能量的利用，可逆過程的概念，對于分析能量的利用效率，有重要的實際意義。大家知道，熱和功不是狀效率，有重要的實際意義。大家知道，熱和功不是狀態(tài)函數(shù)，它們的值會因過程的不同而改變。但是可逆態(tài)函數(shù)，它們的值會因過程的不同而改變。但是可逆過程所作的最大功（或所需的最小功）卻只決定于狀過程所作的最大功（或所需的最小功）卻只決定于狀態(tài)的變化。態(tài)的變化。 從實用的觀點看，這種過程最經(jīng)濟，效率最高。從實用的觀點看，這種過程最經(jīng)濟，效率最高。因此，可逆過程為我們衡量實際過程的效率提供了一因此，可逆過程為我們衡量實際過程的效率提供了一個比較的標準，可逆過程體現(xiàn)了能量利用可能達到的個比較的標準，可逆

29、過程體現(xiàn)了能量利用可能達到的最高效率。因此如何創(chuàng)造條件，使實際過程盡可能地最高效率。因此如何創(chuàng)造條件，使實際過程盡可能地趨近可逆過程，是改進生產(chǎn)，提高能量利用效率和經(jīng)趨近可逆過程，是改進生產(chǎn)，提高能量利用效率和經(jīng)濟效益所要考慮的一個重要方面。濟效益所要考慮的一個重要方面。40 不要把不要把不可逆過程不可逆過程理解為根本不能向相反理解為根本不能向相反的方向進行。一個不可逆過程發(fā)生后，也可以的方向進行。一個不可逆過程發(fā)生后，也可以使體系恢復原態(tài)，但當體系恢復到原來的狀態(tài)使體系恢復原態(tài)，但當體系恢復到原來的狀態(tài)后，必定會在環(huán)境中留下某些變化，而且這種后，必定會在環(huán)境中留下某些變化，而且這種變化一定與

30、環(huán)境作功能力的損失相聯(lián)系。變化一定與環(huán)境作功能力的損失相聯(lián)系。 不可逆過程由于存在種種不可逆因素（推動不可逆過程由于存在種種不可逆因素（推動力不是無限小、存在摩擦、喘動、渦流等），力不是無限小、存在摩擦、喘動、渦流等），會使體系和環(huán)境總的作功能力下降，產(chǎn)生功的會使體系和環(huán)境總的作功能力下降，產(chǎn)生功的損耗。損耗。41第一節(jié)完第一節(jié)完42 功可以全部轉(zhuǎn)變?yōu)闊?，而熱要功可以全部轉(zhuǎn)變?yōu)闊幔鵁嵋咳?轉(zhuǎn)變?yōu)楣Ρ仨毾D(zhuǎn)變?yōu)楣Ρ仨毾耐獠康哪芰?，這已為大量實踐所證明。耗外部的能量，這已為大量實踐所證明。（功是高質(zhì)量的能量，而熱是低質(zhì)量的能量）是熱（功是高質(zhì)量的能量，而熱是低質(zhì)量的能量）是熱力學第二定律

31、的一個基本內(nèi)容。力學第二定律的一個基本內(nèi)容。 自然界提供的能源中，約自然界提供的能源中，約90一般要經(jīng)過熱轉(zhuǎn)化成一般要經(jīng)過熱轉(zhuǎn)化成各種功（如煤、石油、天然氣、核能、太陽能等），因各種功（如煤、石油、天然氣、核能、太陽能等），因此，熱成了能量轉(zhuǎn)化中必經(jīng)的此，熱成了能量轉(zhuǎn)化中必經(jīng)的“中間體中間體”，研究熱轉(zhuǎn)化，研究熱轉(zhuǎn)化為功的效率具有特殊重要的意義。為功的效率具有特殊重要的意義。43 熱量可以經(jīng)過熱機循環(huán)而轉(zhuǎn)化為功，圖熱量可以經(jīng)過熱機循環(huán)而轉(zhuǎn)化為功，圖5-3為一熱機為一熱機示意圖。它由高溫熱源示意圖。它由高溫熱源、熱機和低溫熱源三部分組成。熱機和低溫熱源三部分組成。圖圖5-3熱機的工質(zhì)從溫度為熱機

32、的工質(zhì)從溫度為T T1 1的的吸取熱量吸取熱量Q Q1 1，熱機向外作功熱機向外作功W W，然后，然后向溫度為向溫度為T T2 2 的的放出熱量放出熱量Q Q2 2，從而完，從而完成循環(huán)。根據(jù)熱力學第成循環(huán)。根據(jù)熱力學第一定律，并考慮到由于一定律，并考慮到由于完成循環(huán)后工質(zhì)回到原完成循環(huán)后工質(zhì)回到原來狀態(tài)內(nèi)能沒有變化，來狀態(tài)內(nèi)能沒有變化，44 由此可以看出由此可以看出, ,從高溫熱源吸收的熱量中，沒有從高溫熱源吸收的熱量中，沒有完全轉(zhuǎn)化為功，必有一部分能量要排放到低溫熱源中完全轉(zhuǎn)化為功，必有一部分能量要排放到低溫熱源中去。去。0U12QQW WQQ21（5-23）1211QQQQW（5-24）

33、0QW45 由熱力學第二定律知，熱機的由熱力學第二定律知，熱機的實際效率實際效率 10SSS總體系環(huán)境0S環(huán)境58 以熱力學第一定律為指導以熱力學第一定律為指導, ,以能量方程式為依據(jù)以能量方程式為依據(jù)的能量恒算法在分析與解決工程上的問題是十分重要的能量恒算法在分析與解決工程上的問題是十分重要的的, ,它從它從能量轉(zhuǎn)換的數(shù)量關系能量轉(zhuǎn)換的數(shù)量關系評價過程和裝置在能量評價過程和裝置在能量利用上的完善性；然而它對于揭示過程不可逆引起的利用上的完善性；然而它對于揭示過程不可逆引起的能量損耗，則毫無辦法。能量損耗，則毫無辦法。 根據(jù)熱力學第二定律，能量的傳遞和轉(zhuǎn)換必須加上根據(jù)熱力學第二定律，能量的傳遞

34、和轉(zhuǎn)換必須加上一些一些限制限制。熵就是用以計算這些限制的。熵平衡就是。熵就是用以計算這些限制的。熵平衡就是用來檢驗過程中熵的變化，它可以精確地衡量過程的用來檢驗過程中熵的變化，它可以精確地衡量過程的能量利用是否合理。能量利用是否合理。59 體系經(jīng)歷一個過程后，其能量、質(zhì)量和體積體系經(jīng)歷一個過程后，其能量、質(zhì)量和體積可以發(fā)生變化。同樣地，也可以導致熵的變化?？梢园l(fā)生變化。同樣地，也可以導致熵的變化。類同能量平衡的處理方法，需要建立熵平衡關系類同能量平衡的處理方法，需要建立熵平衡關系式，所不同的是必須把式，所不同的是必須把過程不可逆性而引起的熵過程不可逆性而引起的熵產(chǎn)生產(chǎn)生作為輸入項考慮進去。作為

35、輸入項考慮進去。60 敞開體系熵平衡方程敞開體系熵平衡方程 分析如分析如所示的所示的敞敞開開體系，得體系，得產(chǎn)生離開進入積累熵熵熵熵 式中熵式中熵積累積累是指體系的熵變，是體系由于不穩(wěn)定是指體系的熵變，是體系由于不穩(wěn)定流動所積累的；熵流動所積累的；熵產(chǎn)生產(chǎn)生是體系內(nèi)部不可逆性引起的熵是體系內(nèi)部不可逆性引起的熵變；熵變；熵進入進入與熵與熵離開離開是進入體系與離開體系的熵，分別是進入體系與離開體系的熵，分別包含由于質(zhì)量進、出體系而帶入、帶出的一部分熵包含由于質(zhì)量進、出體系而帶入、帶出的一部分熵流動（流動（mi Si）和隨）和隨Q 的熱流動產(chǎn)生的熵流動。的熱流動產(chǎn)生的熵流動。產(chǎn)生SiiSmiiSmT

36、Q/入出61 需要指明的是需要指明的是隨隨Q 的熱流動產(chǎn)生的的熱流動產(chǎn)生的熵流動只同穿熵流動只同穿過界面的能量有關，而各種能量流動中，只有熱量才過界面的能量有關，而各種能量流動中，只有熱量才能直接聯(lián)系到熵的流動，且與能直接聯(lián)系到熵的流動，且與物料的物料的質(zhì)量流動無關；質(zhì)量流動無關；功的傳遞不會引起熵的流動，但這并不意味著當有功功的傳遞不會引起熵的流動，但這并不意味著當有功輸入或輸出體系時，體系均不會發(fā)生熵變，只是說，輸入或輸出體系時，體系均不會發(fā)生熵變，只是說，這種熵變并不是由于功傳遞的直接結(jié)果。這種熵變并不是由于功傳遞的直接結(jié)果。62產(chǎn)生出入體系STQSmSmSiiii（5-33） 式（式（

37、5-335-33）中）中 為為熱熵流熱熵流，流入體系，流入體系為正，離開體系為負。該式適用于任何熱力學體系，為正，離開體系為負。該式適用于任何熱力學體系，對于不同體系可進一步簡化。對于不同體系可進一步簡化。TQ熵平衡方程式可寫成熵平衡方程式可寫成63封閉體系熵平衡方程封閉體系熵平衡方程（5-34） 因因 0出入iiiiSmSm產(chǎn)生體系STQS如果是如果是可逆過程可逆過程，S產(chǎn)生產(chǎn)生0，則，則TQS體系式（式（5-33）簡化為）簡化為熵的定義式熵的定義式64穩(wěn)態(tài)流動體系熵平衡方程穩(wěn)態(tài)流動體系熵平衡方程 因體系本身狀態(tài)不隨時間而變，因體系本身狀態(tài)不隨時間而變， SS體系體系0 0 （即熵（即熵積累

38、積累0 0） 。0產(chǎn)生出入STQSmSmiiii（5-35）式（式（5-335-33）變?yōu)椋┳優(yōu)樽⒁猓捍颂幉皇钦f穩(wěn)態(tài)流動過程中體系的熵變等于零。注意：此處不是說穩(wěn)態(tài)流動過程中體系的熵變等于零。65第第 三節(jié)三節(jié) 完完66 化工生產(chǎn)中，人們希望合理、充分地化工生產(chǎn)中，人們希望合理、充分地利用能量，提高能量利用率，以獲得更多利用能量，提高能量利用率，以獲得更多的功。本節(jié)根據(jù)熱力學的基本原理，闡述的功。本節(jié)根據(jù)熱力學的基本原理，闡述理想功和損失功的概念及其計算，以便評理想功和損失功的概念及其計算，以便評定實際過程中能量利用的完善程度，為提定實際過程中能量利用的完善程度，為提高能量利用效率，改進生產(chǎn)提

39、供一定的理高能量利用效率，改進生產(chǎn)提供一定的理論依據(jù)。論依據(jù)。67 體系從一個狀態(tài)變到另一狀態(tài)時，可以通過各種過體系從一個狀態(tài)變到另一狀態(tài)時，可以通過各種過程來實現(xiàn)。當經(jīng)歷的過程不同時，其所能產(chǎn)生（或所消程來實現(xiàn)。當經(jīng)歷的過程不同時，其所能產(chǎn)生（或所消耗）的功是不同的，一個完全可逆的產(chǎn)功過程可產(chǎn)出最耗）的功是不同的，一個完全可逆的產(chǎn)功過程可產(chǎn)出最大功；而一個完全可逆的需功過程，僅消耗最小功。大功；而一個完全可逆的需功過程，僅消耗最小功。體系的體系的狀態(tài)變化是在一定的環(huán)境條件狀態(tài)變化是在一定的環(huán)境條件下按完全可逆的過程進行時，理論上可能產(chǎn)生的最大下按完全可逆的過程進行時，理論上可能產(chǎn)生的最大功或

40、者必須消耗的最小功。功或者必須消耗的最小功。68 體系內(nèi)部一切的變化必須可逆；體系內(nèi)部一切的變化必須可逆； 體系只與溫度為體系只與溫度為T0 的環(huán)境進行可逆的熱交換。的環(huán)境進行可逆的熱交換。 環(huán)繞我們四周的大氣環(huán)繞我們四周的大氣 ( (是特別指定的是特別指定的) ) 因而，理想功是一個理論的極限值，是用來因而，理想功是一個理論的極限值，是用來作為實際功的比較標準。作為實際功的比較標準。T T0 0 大氣的溫度，常溫（大氣的溫度，常溫（298298K或或293K）第十四次課結(jié)束第十四次課結(jié)束69因假定過程是完全可逆，因假定過程是完全可逆， 對于非流動過程，熱力學第一定律的表達式為對于非流動過程，

41、熱力學第一定律的表達式為WQU（5-36）Q Q 對體系為正，則對環(huán)境為負，數(shù)值相等，符號相反。對體系為正，則對環(huán)境為負，數(shù)值相等，符號相反。0環(huán)體總SSS環(huán)體SS體環(huán)STQS0體系所處的環(huán)境構(gòu)成了一個溫度為體系所處的環(huán)境構(gòu)成了一個溫度為T T0 0 的恒溫熱源。的恒溫熱源。70將式（將式（5-375-37）代入式（）代入式（5-365-36），即得），即得 （5-37） 式中式中W WR R 為體系對環(huán)境或環(huán)境對體系所做的可逆為體系對環(huán)境或環(huán)境對體系所做的可逆功。它包括可以利用的功及體系對抗大氣壓力功。它包括可以利用的功及體系對抗大氣壓力p p0 0 所所作的膨脹功作的膨脹功p p0 0V

42、V。后者無法加以利用，沒有技術經(jīng)。后者無法加以利用，沒有技術經(jīng)濟價值，在計算理想功時應把這部分功除外；相反，濟價值，在計算理想功時應把這部分功除外；相反，在壓縮過程中，接受大氣所給的功是很自然的，并不在壓縮過程中，接受大氣所給的功是很自然的，并不需要為此付出任何代價。需要為此付出任何代價。則則體STQ0STUWR0（5-38）71 由式可見，非流動過程的理想功僅與體系變由式可見，非流動過程的理想功僅與體系變化前后的狀態(tài)及環(huán)境的溫度化前后的狀態(tài)及環(huán)境的溫度( (T T0 0 ) )和壓力和壓力( (p p0 0 ) )有關，有關，而與具體而與具體變化變化途徑無關。途徑無關。因此，因此，（5-39

43、）VpSTUWid00理想功的符號與功相同理想功的符號與功相同 膨脹過程膨脹過程: : V 0，p0V 0 ; ; 而而UT0 S 0，加，加p0V 實為相減實為相減 壓縮過程壓縮過程: : V 0，p0V 0，加，加p0V 實為相減實為相減 72熱力學第一定律用于穩(wěn)流過程的表達式為熱力學第一定律用于穩(wěn)流過程的表達式為 （5-13）QZguHWS221 同樣將同樣將Q = TQ = T0 0S S 代入，即得代入，即得STZguHWid0221（5-40） 在化工過程中，動能變化、位能變化不大，往往在化工過程中，動能變化、位能變化不大，往往可以略而不計，式（可以略而不計，式（5-405-40）

44、可簡化為）可簡化為STHWid0（5-41）73 只要始、終態(tài)一定（只要始、終態(tài)一定（T T0 0 、p p0 0 基本是常數(shù)基本是常數(shù)），則），則過程的理想功就一定。過程的理想功就一定。 必須指出，理想功和可逆功并非同一個概念。理必須指出，理想功和可逆功并非同一個概念。理想功是可逆有用功，想功是可逆有用功， 但并不等于可逆功的全部。但并不等于可逆功的全部。 由式可知，由式可知，穩(wěn)流過程的理想功僅決定于體系的初態(tài)穩(wěn)流過程的理想功僅決定于體系的初態(tài)與終態(tài)以及環(huán)境的溫度與終態(tài)以及環(huán)境的溫度，而與具體的變化途徑無關。，而與具體的變化途徑無關。74而而STZguHWid0221QZguHWWSac22

45、1（5-13）（5-40） 狀態(tài)變化相同時，實際過程比完全可逆狀態(tài)變化相同時，實際過程比完全可逆過程少產(chǎn)生的功或多消耗的功。過程少產(chǎn)生的功或多消耗的功。idacLWWW（5-42）7522001122LacidWWWHug ZQHug ZTSTSQ 代入式（代入式（5-425-42），因為），因為QSTWL體0（5-43） 式中，式中，Q Q 為體系在實際過程中與溫度為為體系在實際過程中與溫度為T T0 0 的環(huán)的環(huán)境所交換的熱量境所交換的熱量。76 由于環(huán)境可以視為熱容量極大的恒溫熱源，它并不由于環(huán)境可以視為熱容量極大的恒溫熱源，它并不因為吸入或放出有限的熱量而發(fā)生變化，所以因為吸入或放出有

46、限的熱量而發(fā)生變化，所以Q Q 雖是實雖是實際過程中所交換的熱量，對環(huán)境來說，可視為可逆熱量，際過程中所交換的熱量，對環(huán)境來說，可視為可逆熱量，S S環(huán)境環(huán)境Q/TQ/T0 0（因環(huán)境所吸入或放出的熱量，其數(shù)值（因環(huán)境所吸入或放出的熱量，其數(shù)值與體系放出或吸入的相等而符號相反），所以與體系放出或吸入的相等而符號相反），所以代入式（代入式（5-435-43），得），得 環(huán)境STQ0總環(huán)境體系環(huán)境體系STSSTSTSTWL0000)(77按照熱力學第二定律，按照熱力學第二定律，S S總總 00，則，則 上式表明損失功也是過程可逆與否的標志，上式表明損失功也是過程可逆與否的標志，當當WL0 0，過程

47、可逆；，過程可逆； WL 0 0，過程不可逆。，過程不可逆。 過程的推動力越大，過程的推動力越大，過程的不可逆性愈大，則過程的不可逆性愈大，則總熵的增加愈大，不能用于做功的能量即損失功也愈總熵的增加愈大，不能用于做功的能量即損失功也愈大。因此，每個不可逆性都是有其代價的。大。因此，每個不可逆性都是有其代價的。（以能量（以能量的的為代價）。為代價）。（5-44b）0LW總STWL0（5-44a）78 實際過程的能量利用情況可通過損失功來衡量，也實際過程的能量利用情況可通過損失功來衡量，也可以用熱力學效率可以用熱力學效率T T 加以評定。加以評定。（5-46）（5-45）idacTWW)(產(chǎn)生功a

48、cidTWW)(需要功79 從式（從式（5-455-45）和式（）和式（5-465-46）不難看出，熱力學）不難看出，熱力學效率效率T T 必然小于必然小于1 1，它表示真實過程與可逆過程的，它表示真實過程與可逆過程的差距。對差距。對W Wid id 、W WL L 和和T T 進行計算，搞清在過程的不進行計算，搞清在過程的不同部位同部位W WL L 的大小，這是化工過程進行熱力學分析的的大小，這是化工過程進行熱力學分析的內(nèi)容，從而指導化工過程的節(jié)能改進。內(nèi)容，從而指導化工過程的節(jié)能改進。 第十五次課結(jié)束第十五次課結(jié)束80第四節(jié)完第四節(jié)完81 如：流體經(jīng)過如：流體經(jīng)過，節(jié)流過程是等焓過程，節(jié)流

49、，節(jié)流過程是等焓過程，節(jié)流前后流體的焓值并未發(fā)生變化前后流體的焓值并未發(fā)生變化, ,但損失了做功能力；但損失了做功能力； 這種作法是必要的這種作法是必要的, ,但不能全面地評價能量利用但不能全面地評價能量利用情況。情況。確定能量確定能量的數(shù)量利的數(shù)量利用率用率傳統(tǒng)的傳統(tǒng)的作法作法根據(jù)根據(jù)第一定律第一定律進行進行能量衡算能量衡算何以見得？何以見得？在評價過程或裝置的能量利用情況時在評價過程或裝置的能量利用情況時82 傳統(tǒng)的作法傳統(tǒng)的作法只能顯示只能顯示：廢廢渣、煙渣、煙道道氣、冷卻水帶走的、散熱等，氣、冷卻水帶走的、散熱等， 但不能顯示但不能顯示（因過程的不可逆（因過程的不可逆性造成的損失），而

50、有時這種損失比有形損失更大。性造成的損失），而有時這種損失比有形損失更大。 又如：冷、熱兩股物流進行又如：冷、熱兩股物流進行時，在理想時，在理想絕熱的情況下（即散熱損失等于零），熱物流放出的絕熱的情況下（即散熱損失等于零），熱物流放出的熱量等于冷物流接受的熱量，冷、熱兩股物流的總能熱量等于冷物流接受的熱量，冷、熱兩股物流的總能量保持不變，但它們總的做功能力卻下降了。量保持不變，但它們總的做功能力卻下降了。 83為什么會產(chǎn)生這樣的問題呢？為什么會產(chǎn)生這樣的問題呢？ 大量的實例說明：大量的實例說明：即各種不同形式的能即各種不同形式的能量轉(zhuǎn)換為功的能力是不同的。量轉(zhuǎn)換為功的能力是不同的。84能夠全部

51、轉(zhuǎn)變?yōu)楣δ軌蛉哭D(zhuǎn)變?yōu)楣崮芎鸵詿岬臒崮芎鸵詿岬男问絺鬟f的能量形式傳遞的能量（如焓，內(nèi)能）（如焓，內(nèi)能）只能部分地轉(zhuǎn)變?yōu)楣χ荒懿糠值剞D(zhuǎn)變?yōu)楣θ慷疾豢赡苋慷疾豢赡苻D(zhuǎn)變?yōu)楣D(zhuǎn)變?yōu)楣﹄娔?、機械能電能、機械能海水、大氣、周圍自然環(huán)境海水、大氣、周圍自然環(huán)境等的內(nèi)能和以熱量形式輸入等的內(nèi)能和以熱量形式輸入或輸出自然環(huán)境的能量或輸出自然環(huán)境的能量85是體系與環(huán)境是體系與環(huán)境作用，從所處的狀態(tài)達到與環(huán)境相平衡的可逆過程作用，從所處的狀態(tài)達到與環(huán)境相平衡的可逆過程中，對外界作出的最大有用功，稱為該體系在該狀中，對外界作出的最大有用功，稱為該體系在該狀態(tài)下的態(tài)下的 。 也就是體系從該狀態(tài)變至基態(tài)，達到與環(huán)境

52、也就是體系從該狀態(tài)變至基態(tài)，達到與環(huán)境處于完全平衡（熱平衡，力平衡，相平衡，化學平處于完全平衡（熱平衡，力平衡，相平衡，化學平衡）狀態(tài)時此過程的理想功。不能轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ暮猓顟B(tài)時此過程的理想功。不能轉(zhuǎn)變?yōu)橛杏霉Φ牟糠址Q為部分稱為 。 為了度量能量中的可利用度或比較在不同狀態(tài)為了度量能量中的可利用度或比較在不同狀態(tài)下可轉(zhuǎn)換為功的能量大小，凱南（下可轉(zhuǎn)換為功的能量大小，凱南（KeenenKeenen）提出了）提出了有效能（有效能（Available EnergyAvailable Energy）的概念，我國國標稱）的概念，我國國標稱它為它為 （exergyexergy），本書用符號），本書用符號

53、Ex 表示。表示。86 理想功就是變化過程按完全可逆地進行時所理想功就是變化過程按完全可逆地進行時所作的功；作的功； 在在 的研究中，選定環(huán)境的狀態(tài)（的研究中，選定環(huán)境的狀態(tài)（T0，p0）作為基態(tài)（或稱寂態(tài)、熱力學死態(tài)），即將周圍環(huán)作為基態(tài)（或稱寂態(tài)、熱力學死態(tài)），即將周圍環(huán)境當作一個具有熱力學平衡的龐大系統(tǒng)，這種狀態(tài)境當作一個具有熱力學平衡的龐大系統(tǒng)，這種狀態(tài)下下 值為零；值為零； 但它和內(nèi)能、但它和內(nèi)能、熵、焓等熱力學性質(zhì)不同，系統(tǒng)某個狀態(tài)的熵、焓等熱力學性質(zhì)不同，系統(tǒng)某個狀態(tài)的 的的數(shù)值還和所選定的平衡的環(huán)境狀態(tài)有關。數(shù)值還和所選定的平衡的環(huán)境狀態(tài)有關。87（5-47）021021()(

54、)idWHTSHHT SS 0000000()()()()xEH HT S SHHT SST SH （5-41）狀態(tài)狀態(tài)1 1狀態(tài)狀態(tài)2 2則過程的理想功為則過程的理想功為 故當體系由任意狀態(tài)（故當體系由任意狀態(tài)（p，T）變至基態(tài)）變至基態(tài)( (p0，T0) )時，則上式的時，則上式的Wid的負值的負值就是入口狀態(tài)物流的就是入口狀態(tài)物流的 ，所，所以，穩(wěn)流系統(tǒng)物流的以，穩(wěn)流系統(tǒng)物流的 為為 化工過程中，常遇到的是化工過程中，常遇到的是。因此，下。因此，下面以穩(wěn)流物系為例，討論面以穩(wěn)流物系為例，討論 的計算。的計算。88式中式中 （H-HH-H0 0 ） 體系具有的能量；體系具有的能量； T T

55、0 0( (S-SS-S0 0 ) ) 體系具有的能量中，不能轉(zhuǎn)體系具有的能量中，不能轉(zhuǎn)化成功的部分，稱為化成功的部分，稱為 。( (S-SS-S0 0) )越大，越大， 越多。越多。 式（式（5-475-47）是）是 基本計算公式，它適用于各種物基本計算公式，它適用于各種物理的、化學的或兩者兼而有之的理的、化學的或兩者兼而有之的 計算。它清楚地表計算。它清楚地表明系統(tǒng)物流明系統(tǒng)物流 的大小取決于系統(tǒng)狀態(tài)和環(huán)境狀態(tài)（基的大小取決于系統(tǒng)狀態(tài)和環(huán)境狀態(tài)（基態(tài)）的差異。這種差異可能是物理參數(shù)（溫度、壓力態(tài)）的差異。這種差異可能是物理參數(shù)（溫度、壓力等）不同引起的，也可能是組成（包括物質(zhì)的化學結(jié)等）不

56、同引起的，也可能是組成（包括物質(zhì)的化學結(jié)構(gòu)、物態(tài)和濃度等）不同而引起。通常把前一種稱為構(gòu)、物態(tài)和濃度等）不同而引起。通常把前一種稱為，后一種稱為，后一種稱為。89 當動能和位能變化不能忽略時，物流當動能和位能變化不能忽略時，物流 還應把還應把動能動能 和位能和位能 加進去。由于動能和位能都可以加進去。由于動能和位能都可以全部轉(zhuǎn)化成有效的功，因此這兩項的全部轉(zhuǎn)化成有效的功，因此這兩項的 就是其本身。就是其本身。 以功的形式傳遞的能量（電能，機械能，動能，以功的形式傳遞的能量（電能，機械能，動能，位能等）位能等）下面介紹幾種常見情況的下面介紹幾種常見情況的 計算。計算。xEW（5-48）90QTT

57、WECarnotxQ01（5-49） 溫度為溫度為T T 的的恒溫熱源恒溫熱源的熱量的熱量Q Q，其，其 E EXQ XQ 按按CarnotCarnot循環(huán)所轉(zhuǎn)化的最大功計算，即循環(huán)所轉(zhuǎn)化的最大功計算，即 此式表明熱能是一種品位較低的能量，它僅有此式表明熱能是一種品位較低的能量，它僅有一部分是一部分是 。熱量。熱量Q中具有的中具有的 大小不僅與熱量的數(shù)大小不僅與熱量的數(shù)量有關，而且與周圍環(huán)境溫度量有關，而且與周圍環(huán)境溫度T0及熱源溫度及熱源溫度T 有關。有關。溫度溫度T 愈接近于環(huán)境溫度，愈接近于環(huán)境溫度， 愈小。愈小。91 當熱量傳遞是在當熱量傳遞是在變溫情況下變溫情況下，其，其 計算不能簡

58、計算不能簡單地用式（單地用式（5-495-49）求得，應按式（）求得，應按式（5-475-47） 計算。由計算。由熱力學關系式可知等壓變溫過程熱力學關系式可知等壓變溫過程（5-50）0000TTpxQpTTCETSHTdTC dTT 式中式中C Cp p為等壓摩爾熱容。為等壓摩爾熱容。000001TTTpppTTTCTC dTTdTC dTTT92由熱力學關系式可知，等溫過程時由熱力學關系式可知，等溫過程時0pppVHVTdpT0pppVSdpT000000()ppxppppppppVVETSHTdpVTdpTTVVTTdpT （5-51）93對于理想氣體，對于理想氣體， RTVppRTVp0

59、0lnppRTExp（5-52）則每摩爾的則每摩爾的 94 在計算化學在計算化學 時不但要確定環(huán)境的溫度和壓力，時不但要確定環(huán)境的溫度和壓力，而且要指定基準物和濃度。和物理而且要指定基準物和濃度。和物理 一樣，指定基準一樣，指定基準狀態(tài)的物理條件是壓力為狀態(tài)的物理條件是壓力為0.1MPa（1bar）,溫度為溫度為298.15K(25)，化學條件是首先規(guī)定大氣物質(zhì)所含元，化學條件是首先規(guī)定大氣物質(zhì)所含元素的基準物，取大氣中的對應成分，其組成如素的基準物，取大氣中的對應成分，其組成如表表5-1所示，即在上述物理條件下的所示，即在上述物理條件下的飽和濕空氣飽和濕空氣。表表5-2列列出了出了國家標準中

60、國家標準中部分元素的基準物。部分元素的基準物。95CaNaClS表表5-1表表5-296 值得注意的是，值得注意的是，規(guī)定每一元素的環(huán)境狀態(tài)帶有人規(guī)定每一元素的環(huán)境狀態(tài)帶有人為的性質(zhì)。為的性質(zhì)。例如例如硫硫在環(huán)境中的平衡狀態(tài)是單體硫黃，在環(huán)境中的平衡狀態(tài)是單體硫黃，還是硫鐵礦，或是煙氣中的二氧化硫，抑或天然石膏？還是硫鐵礦，或是煙氣中的二氧化硫，抑或天然石膏？鈣鈣的環(huán)境狀態(tài)是石膏還是石灰石？這只能根據(jù)所研究的環(huán)境狀態(tài)是石膏還是石灰石？這只能根據(jù)所研究的具體對象而定。的具體對象而定。 現(xiàn)在已有不少作者發(fā)表了化學現(xiàn)在已有不少作者發(fā)表了化學 數(shù)據(jù)，但所選環(huán)境數(shù)據(jù)，但所選環(huán)境狀態(tài)均有所不同，關鍵是狀態(tài)