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1、54过程与系统的 分析分析又称作过程热力学分析或第二定律分析，是运用 和 损失的概念，对能量利用和转化过程中 的传递、转化、利用和损失等情况进行热力学分析的一种方法。通过 分析可以揭示出能量利用体系 损失的部位、大小和原因，为改善过程的能量利用效率指出方向和途径。541 “过程体系”的 分析方法对于一些能量利用目的明确的、相对单纯的过程，以这些过程性质变化为分析依据，注重目标过程的能量特性，将相关过程组合成一个孤立体系进行 分析。00int=+=+IHHdriobjdriobj 在目的过程与驱动过程之间有能量平衡和 平衡关系2 121=dH过程线下的面积为过程 变供热过程线下的面积为dri（支
2、付 p）受热过程线下的面积为obj（收益 g）内部 损失=d dHH542“状态体系”评价法许多分析对象比较复杂，以其进出边界或内部节点的状态性质为分析基础，注重体系的能量特性，将对象视作一个流动体系进行 分析。对体系总体或其子体系均可有能量平衡和 平衡关系00int,=jj iiiiIH损失率系统总的 损失为各个子系统 损失之和=jjIIint,int据此，可以了解系统中 损失的分布情况。以系统总的 损失为基础，与某个子系统的 损失作比较，有 损失率的概念%100intint,=IIdj j例例5/4-2：设备输入输出精馏塔原料198.8263塔顶采出蒸气2296.2190回流液2092.1
3、220塔底采出液19.5354再沸气体28.9072外部 损失0.内部 损失3.1109冷凝器塔顶采出气体2296.2190回流液2092.1220冷却水0.塔顶产物197.9254冷却水0.5980外部 损失（）0.5980内部 损失5.5736再沸器塔底采出液19.5254再沸蒸汽28.9072加热蒸汽11.9399塔底产物（水）0.1087冷凝水（11）1.0995外部 损失（11）1.2081内部 损失1.3500合计（11）199.7316209.7663外部 损失（11）1.8062内部 损失10.0347表5/4-3 丙酮水分离过程的 平衡（单位：GJ h-1）intoutinI
4、+=%31. 70995. 19399.111087. 09254.1978263.1981110132pb obj=+= 1 inthGJ8409.118062. 10347.10=+=+=extIII其中，主要消耗于冷凝器的冷凝过程，占52.12。而精馏塔与 再沸器几乎两者相当，分别为26.27和21.60。体系的内部损失占总的 损失的84.75.第六章流体热力学性质：逸度与活度本章主要内容61逸度62逸度的计算63活度64超额性质65活度系数模型61逸度在分析化学平衡和相平衡问题时，化学位是描述质量移动过程的推动力。611纯组分的逸度VdpSdTdG+=由基本关系式恒温时()()pTdd
5、pVpTdGiii,=若为理想气体()pRTddppRTdpVpTdGiig iln,=（温度为常数）(3/1-4b)纯组分的逸度()pRTdpTdGig iln,=（温度为常数）()iifRTdpTdGln,（温度为常数）式中的fi称作i组分的逸度lim pif p= 01理想气体的逸度与压力相同pfig i=(6/1-3)(6/1-4)标准态：任意温度和标准压力p（=100kPa=1bar）下的理想气体状态从标准态到真实态积分()( ) pfRTTGpTGi iiln,+=（温度为常数）()或() pfRTpTGpTGi iiln,=（温度为常数）理想气体，可有()() ppRTpTGpT
6、Giig iln,=（温度为常数）(6/1-6a)(6/1-6b)(6/1-7)两式相减()()pfRTpTGpTGiig iiln,=(6/1-8a)pfRTGiR iln=剩余性质(6/1-8b)定义逸度与压力的比值为逸度系数iif p(6/1-9)理想气体的特例时，10R=iiG，612纯组分汽液相平衡时的逸度饱和蒸汽()( )v iiv ifRTTGpTGln,+=(6/1-10a)饱和液体()( )l iil ifRTTGpTGln,+=(6/1-10b)l iv il iv iffRTGGln=当纯物质的两相达成平衡共存时l iv iGG =s il iv ifff=(6/1-11
7、)s il iv i=(6/1-13)ss s ipf=613多组分体系中组分的逸度定义多组分体系中组分的逸度()iifRTdypTGdln,（温度为常数）lim$piif y p= 01(6/1-14)(6/1-15)恒温下，从标准态积分至任意状态()( ) ffRTTGypTGi ii ln,+=(6/1-16)由剩余性质定义 ：igRnMnMnM=在恒定T，p及nj时对ni微分可得：()()()jjjnPTiignPTinPTiRnnM nnM nnM, = ig iiR iMMM=ig iiR iGGG=()( ) ffRTTGypTGi ii ln,+=pyfRTGiiR i ln=
8、()( ) fpyRTTGypTGi iig iln,+=iR iRTGln=(6/1-21)$ iiif y p(6/1-20)对于理想气体的混合物：1=ig ipyfiig i=(6/1-22a)614Lewis/Randall规则规则()()iiid ixRTpTGpTGln,+=在理想混合物( ) ffRTTGGid i iid i ln+=(3/9-2)对液态理想混合物()( ) ffRTTGpTGi iiln,+=(6/1-6b)iiid ifxf=(6/1-22b)理想混合物两边各除以xipiid i=62逸度的计算621气体纯组分逸度的计算pfRTGiR iln=(6/1-8b
9、) RTGR i i=ln()pdpZRTGpoR=1(等温情况下） (3/3-9)=PiippZ 0d) 1(ln（恒温时）第三章 51页(6/2-1)（1）利用Virial方程计算逸度用舍项Virial方程lniBp RT=B 从手册中查取；用pVT实验数据回归 ；RTpBZii i=1=PiippZ 0d) 1(ln(6/2-2)（2）利用立方型方程计算逸度iiiiiiIqZZ=)ln(1ln(6/2-3)rr Tp=(2/5-21)( )rr TTq=(2/5-22) + = ZZIln1(3/4-14)+ SRK(Tr,)=1+(0.480+1.574-0.1762)(1-Tr1/2
10、)2 + PR(Tr,)=1+(0.37464+1.54226-0.269922)(1-Tr1/2)20.307400.457240.07779PR(Tr,)+PR1/30.427480.0866401SRK(Tr,)+SRK1/30.427480.0866401Tr-1/2RK3/827/641/8001VdwZC(Tr)状态方程21+21表2/5-1由(2/5-20)式计算汽相的Z（3）逸度系数的一般化关联lnlnln( )(1)iii=+0或：()()iii=()(1)0查附录B5的数据表（Lee-Kesler方程的分相值）rcppp =rcdppdp =Prr iippZ 0d) 1(
11、ln10ZZZ+=+=rrprrrrpppZppZ 0100dd) 1(ln(6/2-5)(6/2-6)普遍化方法Virial方程rrCC11Tp RTBp RTBpZ +=+=(2/6-9)10BBRTBpCC+=(2/6-10)()10rr1BBTpZ+=)(ln10BBTprr+=或： +=)(exp10BBTprr(6/2-7)6 . 1 0422.0083. 0rTB=2 . 4 1172. 0139. 0rTB=(2/6-14)=Prr iippZ 0d) 1(ln积分例6/2-1 ： 试估算正丁烯在200及7MPa时的逸度。解：从附录B1查到正丁烯的Tc=419.6K Pc=4.
12、023 MPa =0.187740. 1023. 47127. 16 .41920015.273=+=cr crpppTTT由附录B5 内差可得：0946. 16232. 010=()()6338.00946.16232.0187.0=i()( )MPa44. 476338. 0=pfii用R-K方程求逸度()1205. 4127. 108664. 042748. 02/32/32/1 =r rrTTTq()()1337. 0127. 1740. 108664. 0=rr Tp重写(2/5-12)式的RK方程式，及值由表2/5-1中得到：()+=ZZZqZ1利用Z=1的起始值进行迭代，直到求得
13、收敛结果Z=0.4932。2399. 04932. 01337. 04932. 0lnln=+=+=ZZI6236.0=i()( )MPa37. 476236. 0=pfiiiiiiiiIqZZ=)ln(1ln()()4723. 02399. 01205. 4)1337. 04932. 0ln(14932. 0ln=i622液体纯组分逸度的计算iv is i=s is is ipf=s ip纯液体的逸度可由下列二步骤求得：(1)首先，饱和汽体的逸度系数，再由式知体系温度下饱和汽体及饱和液体的逸度。 (2) 再计算压力由改变至 p 时，即由饱和液体改变至压缩液体时，逸度所发生的改变。=PPis
14、iis idpVGGs iis iiffRTGGln=PPis iis idpVRTff1lnVdpSdTdG+=(3/1-4b)ss is ipf=恒温时() =s il is is il ippRTVppTfexp),(s i为i物质在体系温度T和该温度对应的饱和蒸气压pis下的逸度系数(可用气体纯组分逸度的计算方法）Pis为i物质在体系温度T下的饱和蒸气压，可用Antoine 方程求得l iV饱和液体摩尔体积可由第二章中所介绍的Rachett方程等 关联式求解。(6/2-8)其中，指数项称为Poynting因子例6/2-2：6/2-2：试求液态异丁烷在360.9 K，10.2 MPa下的
15、逸度。已知360.9时，液体异丁烷的平均摩尔体积为Vl= 0.11910-3m3?mol-1，饱和蒸气压为ps= 1.574 MPa。解：首先计算f s(T,ps)，可查到异丁烷（C4H10）的临界性质和偏心因子为 Tc=408.1K Pc=3.6 MPa =0.176437. 06 . 3 574. 1884. 01 .40896.360=csr crpppTTT()4310. 0884. 0422. 0083. 06 . 1 0=B()1497. 0884. 0172. 0139. 02 . 4 1=B()()2261. 01497. 0176. 04310. 0884. 0437. 0ln)1()0(=+=+=BBTprrs i()7976.0,104=ss HCpT
