化工热力学总结-课件.ppt

1、第二章重点内容第二章重点内容一、几个常用的状态方程：一、几个常用的状态方程：1.1.理想气体状态方程理想气体状态方程RTpV 2.2.维里方程维里方程21VCVBRTpVZ B/V B/V表示二分子的相互作用；表示二分子的相互作用；表示三分表示三分子的相互作用；子的相互作用；2/VC1ppt课件3.3.范德瓦尔斯方程范德瓦尔斯方程2VabVRTp4.RK4.RK方程方程)(2/1bVVTabVRTp5.SRK5.SRK方程方程)(bVVTabVRTp6.PR6.PR方程方程 bVbbVVTabVRTp)(2ppt课件二、对应态原理的应用二、对应态原理的应用1.1.普遍化压缩因子法普遍化压缩因子

2、法10ZZZ2.2.普遍化第二维里系数法普遍化第二维里系数法rrccTpRTBpRTBpZ11ZRTpV pZRTV 6.10422.0083.0rTB2.41172.0139.0rTB10BBRTBpcc3ppt课件 判断用普遍化压缩因子法还是用普遍化第二判断用普遍化压缩因子法还是用普遍化第二维里系数法的依据：维里系数法的依据：rrpT439.0686.0或者或者0.2rV用普遍化第二维里系数法，否则用普遍化压缩因子。用普遍化第二维里系数法，否则用普遍化压缩因子。时：时：例：试用普遍化关联法计算例：试用普遍化关联法计算510K510K、2.5MPa2.5MPa时正丁时正丁 烷的气相摩尔体积烷

3、的气相摩尔体积解：从附表解：从附表1 1查得正丁烷的物性数据：查得正丁烷的物性数据：P Pc c=3.80MPa=3.80MPa，T Tc c=425.2K=425.2K，=0.193 =0.193 则有：则有：198.12.425510rT658.080.35.2rp4ppt课件rrrpTp439.0686.09748.0658.0439.0686.0439.0686.0因此用普遍化第二维里系数法因此用普遍化第二维里系数法233.0198.1422.0083.0422.0083.06.16.10rTB059.0198.1172.0139.0172.0139.02.42.41rTB222.00

4、59.0193.0233.010BBRTBpcc5ppt课件所以：所以：878.0198.1658.0222.011rrccTpRTBpZ13634892.1105.251010314.8878.0kmolmpZRTV6ppt课件第三章重点内容第三章重点内容dU=TdS-pdV dH=TdS+Vdp dA=-SdT-pdV dG=-SdT+Vdp一、基本关系式一、基本关系式VTTpVSpTTVpS7ppt课件dpPRdTTCdSp*dTCdHp*例：理想气体从例：理想气体从T1T1、P1P1变化到变化到T2T2、P2P2求熵变。求熵变。T1、P1T2、P1T2、P2第一步第二步1212*21l

5、nlnpPRTTCSSSp8ppt课件二、剩余性质二、剩余性质1.1.通式：通式：M=M-M*2.2.物理意义：在相同的物理意义：在相同的T T，P P下真实气体的热下真实气体的热力学性质与理想气体的热力学性质的差值力学性质与理想气体的热力学性质的差值9ppt课件三、液体热力学性质：三、液体热力学性质：流体体积膨胀系数流体体积膨胀系数的定义：的定义：pTVV1dpTVdTCdHp1VdpTdTCdSp10ppt课件第四章重点内容第四章重点内容1.1.闭系非流动过程的能量平衡闭系非流动过程的能量平衡：WQUQ Q：系统吸热取正号，系统放热取负号；：系统吸热取正号，系统放热取负号；W W：系统对外

6、做功取正号，系统得功取负号。：系统对外做功取正号，系统得功取负号。2.2.开系流动过程的能量平衡：开系流动过程的能量平衡：jttjjjjittiiiisdtmugzhdtmugzhWQE21212221213.3.开系稳流过程的能量平衡：开系稳流过程的能量平衡：KpsEEHWQ011ppt课件当进出物料只有一种时：当进出物料只有一种时：221umzgmhmWQs0212pzguswqh221uzghwqs4.4.几种简化形式：几种简化形式：0212uh绝热时：hws12ppt课件 可逆轴功可逆轴功Ws(RWs(R)：（无任何摩擦损耗的轴功）：（无任何摩擦损耗的轴功）5.5.轴功的计算：轴功的计

7、算：22121uzgvdpwppRs忽略位能和动能的变化：忽略位能和动能的变化：21ppRsvdpw对于液体来说，对于液体来说，v v随压强变化很小，可以视为常量，即：随压强变化很小，可以视为常量，即：pvwRs13ppt课件实际轴功实际轴功产功设备：实际功小于可逆功产功设备：实际功小于可逆功耗功设备：实际功绝对值大于可逆功绝对值耗功设备：实际功绝对值大于可逆功绝对值m机械效率机械效率RssmWWsRsmWW14ppt课件例：在一个往复式压气机的实验中，环境空气从例：在一个往复式压气机的实验中，环境空气从100kPa100kPa及及55压缩到压缩到1000kPa1000kPa，压缩机的气缸用水

8、冷，压缩机的气缸用水冷却。在此特殊实验中，水通过冷却夹套，其流率为却。在此特殊实验中，水通过冷却夹套，其流率为100kg/kmol100kg/kmol（空气）。冷却水入口温度为（空气）。冷却水入口温度为55，出口，出口温度为温度为1616，空气离开压缩机时的温度为，空气离开压缩机时的温度为145145。假。假设所有对环境的传热均可忽略。试计算实际供给压设所有对环境的传热均可忽略。试计算实际供给压气机的功。假设空气为理想气体，其摩尔定压热容气机的功。假设空气为理想气体，其摩尔定压热容C Cp p=29.3kJ/=29.3kJ/（kmolKkmolK）。）。15ppt课件 解：以被压缩的空气为系统

9、，以解：以被压缩的空气为系统，以1kmol1kmol空气作为基准。空气作为基准。在此过程中空气放出的热量为：在此过程中空气放出的热量为：inoutpttCmq水水kmolkJ/10598.451618.41003因为空气为理想气体，所以其焓变为：因为空气为理想气体，所以其焓变为：1221TTCdTChpTTpkmolkJ/10102.451453.29316ppt课件根据热力学第一定律，忽略过程的动能和位能有：根据热力学第一定律，忽略过程的动能和位能有：swqh则：则：hqwskmolkJ/107.810102.410598.4333所以实际供给压气机的功为所以实际供给压气机的功为:8700k

10、J/kmol17ppt课件第五章重点内容第五章重点内容一、热力学第二定律一、热力学第二定律St=Ssys+SsurSt 0Sg 0 为不可逆过程；为不可逆过程；Sg=0 为可逆过程；为可逆过程；Sg 0，有：，有：对于可逆绝热过程，对于可逆绝热过程，Sg=0，则有：，则有：20ppt课件三、温熵图三、温熵图21ppt课件123456TS图4-9 节流膨胀过程TP1P2ST2/22/T2图4-10 等熵膨胀过程22ppt课件四、卡诺循环四、卡诺循环HLcTT1热机效率热机效率制冷效率制冷效率LHLTTT热泵的制热系数热泵的制热系数LHHTTT23ppt课件例：某热泵功率为例：某热泵功率为10kW

11、10kW，周围自然环境温度为，周围自然环境温度为00。用户要求供热的温度为用户要求供热的温度为9090。求此热泵最大的供热。求此热泵最大的供热量以及热泵从环境吸收的热量。量以及热泵从环境吸收的热量。解：热泵提供的最大热量，应按逆卡诺循环，即：解：热泵提供的最大热量，应按逆卡诺循环，即：035.40909015.273LHHTTT最大供热量为：最大供热量为：skJWQsH/35.4010035.4从环境吸收的热量为：从环境吸收的热量为：skJWQQsHL/35.301035.4024ppt课件第六章重点内容第六章重点内容一、理想功和损耗功一、理想功和损耗功STHWid0对于化学反应来说对于化学反

12、应来说STHWid0GSTH025ppt课件sidLWWW高乌高乌斯托多拉公式斯托多拉公式gLtLSTWSTW00或TTQSSmSmSSTWfiiniijoutjjggL001应计入热流的作功能力非绝热过程，实际功中耗功多股物流的敞开体系损26ppt课件二、化工单元过程的热力学分析二、化工单元过程的热力学分析21000021PPVTTWdPTVTSTSTWLVppgL变化小1.1.流动过程：流动过程：27ppt课件12120000/ln11TTTTTQTTTTTWTTTTQTTTTTTTQTTQWmLmHmLmHmLLmHmLHLHLHLLHHL替代、为变量，则用平均温度、若2.传热过程：传热

13、过程：28ppt课件3.3.混合过程混合过程iiimidiiiidiiiidxxRTTTHWxxRTWyyRTWln1lnln0000想功想功非理想溶液，分离的理非理想溶液，分离的理液体分离的理想功液体分离的理想功气体分离的理想功气体分离的理想功29ppt课件三、火用分析三、火用分析XCXPhXPXKXEEEEE组成组成系由四个系由四个稳定流动过程流体的稳定流动过程流体的在基准状态下，上述的四个成分的在基准状态下，上述的四个成分的 均为零。均为零。由体系所处的状态到达基准态所提供的理想功由体系所处的状态到达基准态所提供的理想功即为体系处于该状态的有效能。即为体系处于该状态的有效能。30ppt课

14、件例：有一股温度为例：有一股温度为9090、流量为、流量为72000kg/h72000kg/h的热的热水和另一股温度为水和另一股温度为5050、流量为、流量为108000kg/h108000kg/h的的水绝热混合。试分别用熵分析法和火用分析法水绝热混合。试分别用熵分析法和火用分析法计算混合过程的火用损失。大气温度为计算混合过程的火用损失。大气温度为2525。解：对绝热稳流过程，由于无轴功交换，根据解：对绝热稳流过程，由于无轴功交换，根据热力学第一定律知：热力学第一定律知：0H设混合的终态温度为设混合的终态温度为T2，水的热容，水的热容Cp不随温度改不随温度改变，则变，则121221()()0p

15、pHmCTTm CTT31ppt课件1 12 121272000901080005072000108000mTm TTmm解得：解得：=66 熵分析：熵分析：因是绝热过程，所以因是绝热过程，所以Q=0，故过程熵产，故过程熵产为：为：0fSgS()()gjjouti iinjiSm sm s1221 12 1()()mm smsms32ppt课件由附表由附表3 3可查得：可查得：1111111127038.01925.19059.0KkgkJsKkgkJsKkgkJs所以：所以：(72000108000)0.9059720001.19251080000.7038gS11111191.6kJ Kh

16、0.331kJ Ks10298.15 0.33198.7kJ sLgWTS火用损失即为功损耗，即火用损失即为功损耗，即33ppt课件（2 2）火用分析法火用分析法从附表从附表3 3分别查得各状态下水的焓和熵值为分别查得各状态下水的焓和熵值为温度（温度（）熵（熵（）焓（焓（）901.1925376.92500.7038209.33660.9059276.36250.3674104.89，11kJ kgK1kJ kg34ppt课件9090时水的物理火用为：时水的物理火用为：110010()()()xehhT ss103.263674.01925.115.29889.10492.376kgkJ505

17、0时水的物理火用为：时水的物理火用为：110010()()()xehhT ss114.43674.07038.015.29889.10433.209kgkJ35ppt课件6666时水的物理火用为：时水的物理火用为：220020()()()xehhT ss192.103674.09059.015.29889.10436.276kgkJ所以：所以：1111122,()()()()xxxLWm ememme总7200026.031080004.14(72000108000)10.9211355680kJ h98.8kJ s36ppt课件第七章重点内容第七章重点内容 ijijijijnpTinTnVi

18、npnSinnVnSiinnGnnAnnHnnU ,化学位的表达式：化学位的表达式：37ppt课件两个重要的方程式两个重要的方程式：ijnpTinTinnVp ,ijnpTinpinnST,38ppt课件偏摩尔性质偏摩尔性质 ijnpTiinnMM ,偏摩尔性质与溶液摩尔性质间的关系偏摩尔性质与溶液摩尔性质间的关系 NiiiMnnM1 iiMxM39ppt课件偏摩尔性质的计算：偏摩尔性质的计算：pTpTpTpTxMxMMxMxMMxMxMMxMxMM,212,112,121,22140ppt课件RTidG（T 恒定）恒定）ifd ln 1lim0 pfippfii 纯物质纯物质 ifRTddG

19、ln（T 恒定）恒定）1lim0 pfppf 混合物整体混合物整体iifRTdGdln（T 恒定）恒定）1lim0 iippyfiiipyf 混合物中的混合物中的 i 组分组分逸度的定义逸度的定义41ppt课件是lnf的偏摩尔性质是lnf的偏摩尔性质y yf flnlni ii i 是是 的偏摩尔性质的偏摩尔性质i ln ln：根据摩尔性质与偏摩尔性质的关系：根据摩尔性质与偏摩尔性质的关系 iiMyM iiiyfyflnln iiy lnln可得：可得：iiixfxflnln42ppt课件2*,lnRTpTHpTHTfiipi2*,lnRTHHTfiiypiRTVpfiyTi ,lnRTVpf

20、iTi ln纯物质纯物质混合物组分混合物组分7.2.4 T、p对逸度的影响对逸度的影响43ppt课件iiidixkf 稀溶液的溶质近似稀溶液的溶质近似遵守亨利定律。遵守亨利定律。普遍地表现出能符合理想混合物规律的有两个浓度区：普遍地表现出能符合理想混合物规律的有两个浓度区：xi 1xi 0亨利定律亨利定律L-R规则规则iiidixff 因此，一个更为广义的理因此，一个更为广义的理想混合物的定义式应为想混合物的定义式应为iiidixff标准态标准态逸度逸度理想混合理想混合44ppt课件2.2.非理想混合非理想混合iiidixff iiidixff 只要有一个条件不符合理想混合物热力学性质的，只要

21、有一个条件不符合理想混合物热力学性质的，我们就称为非理想混合物。我们知道，对于理想混我们就称为非理想混合物。我们知道，对于理想混合物：合物：对于非理想混合物对于非理想混合物 iiifxf iiixff 45ppt课件与非理想气体的处理相同，欲使上式成与非理想气体的处理相同，欲使上式成立，必须给上式加以修正立，必须给上式加以修正此时引入了一个新的概念此时引入了一个新的概念-活度系数，从活度系数，从而使解决溶液的热力学成为可能。而使解决溶液的热力学成为可能。iiiiiaxff46ppt课件真实溶液的混合性质真实溶液的混合性质iiiMxMM对于二元体系对于二元体系2211VxVxVV2211HxHxHH47ppt课件过量热力学性质过量热力学性质定义：定义：过量过量性质就是在相同性质就是在相同T、P、x 下，真实溶液下，真实溶液与理想溶液的热力学性质的差值。与理想溶液的热力学性质的差值。数学式数学式idEMMM 过量性质变化过量性质变化MEEiiidiiEMMxMMxMM )()(48ppt课件VVVVidE UUUUidE HHHHidE iiExxRTGGln iiExxRSSln49ppt课件