第六章 化工过程能量分析61.2

§6.1能量平衡方程§6.2热功间的转化§6.3熵函数§6.4理想功、损失功及热力学效率§6.5火用与火无§6.6火用衡算及火用效率§6.7化工过程与系统的火用分析第六章化工过程的能量分析§6.3

熵函数§6.3.0热力学第二定律的本质与熵的概念§6.3.1熵函数§6.3.2熵增原理§6.3.3熵平衡§6.3.0热力学第二定律的本质与熵的概念凡是自发的过程都是不可逆的，而一切不可逆过程都可以归结为热转换为功的不可逆性。一切不可逆过程都是向混乱度增加的方向进行，而熵函数可以作为体系混乱度的一种量度。§6.3.1熵函数（1）熵S的定义（可逆过程）PVABC(可逆)D(可逆)F(不可逆)任意可逆过程的热温商的值决定于始终状态，而与可逆途径无关，这个热温商(熵S)具有状态函数的性质。（2）不可逆过程的熵变

因S是状态函数，体系不可逆过程的熵变，与可逆过程的熵变相等。PVABC(可逆)D(可逆)F(不可逆)（3）Clausius不等式

总结(1)、(2)式得“>”号为不可逆过程；“=”号为可逆过程Clausius不等式对于孤立体系（或绝热体系）：δQ=0结论：一个孤立体系的熵永不减少。§6.3.2

熵增原理由熵增原理表达式。“>”号为自发过程，“=”号为可逆过程任何一个体系与它的环境捆绑在一起均可看作一个孤立体系!!!注意：判断孤立体系是否自发过程的依据是总熵变大于0，而不是体系的熵变大于0

。环境孤立体系体系熵增原理（续）<0不可能进行的过程

>0不可逆过程=0可逆过程8*对于绝热体系（δQ体系=0；δQ环境=0

）(1)绝热可逆过程环境δQ环境=0孤立体系δQ总=0绝热体系δQ体系=0(2)绝热不可逆过程这是因为不管体系发生的是否可逆过程，由于环境的热源无限大，环境的变化可视为可逆过程。T环境——热源温度12（3）熵流封闭系统经历一可逆过程，从环境热源接受热量熵流：由于传热而引起系统熵的变化，其符号由决定13（4）熵产生不可逆过程：熵产生系统与环境的热量交换过程的不可逆性熵产生不是系统的性质，而是仅与过程的不可逆程度相联系。熵增原理熵增原理指出：一切自发的过程只能向总熵值增加的方向进行，它提供了判断过程方向的准则。当总熵值达到最大，也即体系达到了平衡。应用熵增原理时应注意：孤立体系总熵变。例

将35kg，温度为427℃的铸钢件放入135kg而温度为21℃的油中冷却，已知铸钢和油的比热容分别为：0.5kJ/kg.K；2.5kJ/kg.K。假使没有热损失，则以下各项熵的变化为多少？1）铸钢件；2）油；3）两者一起考虑。并判断过程是否自发的。

熵增原理应用*熵变的计算(复习内容）

仅有PVT变化的体系熵变

有相变过程的体系熵变

环境的熵变1、有PVT变化的体系熵变*熵变的计算2、有相变过程的体系熵变等温等压可逆相变（若是不可逆相变，应设计可逆过程）*熵变的计算(1)体系可逆变化时环境的熵变(2)体系是不可逆变化时但由于环境很大，可将体系与环境交换的热量设计成另一个可逆过程交换的热量。3、环境的熵变（重点注意）例：1mol理想气体在20oC下等温，由10atm变化到1atm：(1)可逆膨胀，(2)不可逆膨胀，(3)真空膨胀，分别求其熵变。体系，理想气体10atm,20oC体系，理想气体1atm,20oC环境1atm,20oC环境1atm,20oC§6.3.4熵平衡熵增的过程即是能量损耗的过程；熵平衡就是用来检验过程熵的变化，它可以精确地衡量过程的能量有效利用。熵平衡方程

(1)敞开体系的熵平衡方程W物料热量熵携带者功与熵变化无关，功不携带熵。

T—限制表面上热流通过处的温度,

T’

代表始态温度,T’’

代表终态温度

S

—

单位质量物料的熵；

物料携带的熵=mS热流携带的熵=式中:

m—

物料的质量；—因体系的内在原因引起的熵变化，过程的不可逆性引起的熵变化。22热熵流表示体系因热流Q所引起的熵变。T为热源温度。熵产生表示体系内因过程的不可逆性所引起的熵变。所以，熵平衡方程：(2)封闭体系熵平衡方程(3)稳定流动体系熵平衡方程绝热可逆？25例

某工厂预经冷凝器将140℃的饱和水蒸气冷凝为140℃的饱和水，冷凝器用20℃的大气做为冷却介质，水蒸气的流率为4kg/s。试求此冷凝过程产生的熵。

例题26例

设有温度T1=500K、压力p1=0.1MPa的空气，其质量流量为