化工生产中,人们总是希望能够合理、充分的利用能源,提高能源的利用率,以获得更多的功。根据热力学的基本原理,阐述了理想功、损失功、有效能等一些基本概念和计算,以便评定实际生产过程的能量利用情况,我提高能量利用效率,改进生产提供一定的理论依据。
理想功是指体系的状态变化完全按可逆过程进行时所表现出的功,即体系在做功过程中,在给定变化条件下所能够完成的最大功量,或在消耗功的过程中所需的最小功,对于非流动体系,理想功为
Wid =T0ΔS - ΔU - p0ΔV
式中Wid为理想功;T0为环境的绝对温度;ΔS和ΔU分别为体系的熵变和内能变化;p0是环境的压力;ΔV是体系的体积变化。
对于稳定流动过程,其理想功表达式为
Wid=T0ΔS- ΔH- ΔEk- ΔEp
其中ΔH为体系的焓变;ΔEk和ΔEp分别表示动能差和位能差。
在实际应用过程中,许多情况下动能差和位能差往往可忽略不计,于是理想功为
Wid =T0ΔS - ΔH
体系在给定状态变化过程中所做的可逆功与其相应的实际过程所做的功之间的差值称为损失功。对于一个不可逆过程,损失功的计算公式为
WL=T0ΔST =T0(ΔS ΔS0)
式中WL为损失功;ΔST为体系与环境的总熵变;ΔS0表示环境的熵变。根据热力学第二定律,一切自然过程都有ΔST≥0,因此WL≥0,这表明任何不可逆过程都有其代价,损失功是正值。
对于稳定流动过程,其损失功可表示为
WL=Wid - WF
其中Wid用上式计算;WF为实际功,计算公式为
WF=Q- ΔH- ΔEk- ΔEp
其中Q是相对体系而言的传热量。这样稳定流动过程的损失功便可表示为
WF=T0ΔS -Q