化工热力学08复习.docx

化工热力学08复习.docx

《化工热力学08复习.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《化工热力学08复习.docx（18页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

化工热力学08复习

《化工热力学》重点内容

第一章

习题一、二

1．V=V（T,P）表示V是自变量T、P的函数，若取T、P为独立变量，计算从属变量V，则自变量与独立变量，函数与从属变量是一致的。

2．普适气体常数R=（国际标准单位）

第二章

习题一、二、三（3、5）、四（2、4）

流体P-V-T是重要的热力学数据，P、V、T数据容易实验测量；EOS是P-V-T关系的解析形式，由此可以推算实验数据之外信息；由EOS+CPig可以计算所有的热力学性质。

从纯物质的P-T图上可以得到以下信息：

气相（蒸汽及气体）、液相、固相等单相区；汽化曲线、熔化曲线、升华曲线等两相平衡线（饱和曲线），三线的交点为三相点（Tt,Pt）。

在纯物质的P-V图上，泡点线、露点线的交点为临界点（Tc,Pc,Vc）；临界等温线在临界点的数学特征：

超临界流体（T>Tc和P>Pc）的特性：

汽液不分、界面不清、无相变热。

立方型方程在确定方程常数a、b时，一般使用临界等温线在临界点的特性。

vdW方程是第一个同时计算汽，液两相，表达临界点的方程，是其它立方型方程的基础。

Zc值是状态方程优劣的标志之一（改进的方向，但不唯一）。

立方型方程vdW方程→RK方程→SRK方程→PR方程，不断改进，计算常数a时考虑了温度的影响、引入蒸汽压（偏心因子）数据，使计算的Zc逐步减小、趋近于实际情况，改善计算液相体积的准确性、使方程能同时适用于汽、液两相。

多常数方程的基础是维里virial方程

微观上，virial系数反映了分子间的相互作用；宏观上，纯物质的virial系数仅是温度的函数。

Pitzer的对应态原理（CSP）Z=Z（Tr,Pr,ω）的表达式为Z=Z（0）+ωZ

（1），

Z（0）和Z

（1）都是对比参数Tr、pr的函数，可由图表得到。

偏心因子的概念：

ω＝[lgprs（简单流体）—lgprs（研究流体）]Tr=0.7＝—1—lgprs]Tr=0.7

纯物质汽液平衡关系式是Clapeyron方程，变形后得到重要的Antoine方程

【例2-1】【例2-4】【例2-5】

第三章

习题一、二、三

（2）、四（1、3）

偏离函数定义M-Mig=M（T,p）-Mig（T,P0）

应用M（T2,p2）-M（T1,P1）＝[M（T2,p2）-Mig（T2,P0）]-[M（T1,p1）-Mig（T1,P0）]+[M（T2,p0）-Mig（T1,P0）]

完整的逸度定义：

①dG=RTdlnf，②p→0limf=fig=p

积分形式的逸度定义式为RTlnf=G（T，P）—Gig（T，1）时，则研究态为真实状态（T，P），参考态为理想气体状态（T，P0=1）。

纯物质汽、液两相达到平衡准则可有：

Gsv=Gslfsv=fslϕsv=ϕsl

Pitzer的对应态原理（CSP）Z=Z（Tr,Pr,ω）的表达式为Z=Z（0）+ωZ

（1），Z（0）和Z

（1）都是对比参数Tr、pr的函数，可由图表得到。

Pitzer对应态原理可以统一表示成Ω=Ω（0）+ωΩ

（1），Ω可以是（H-Hig）/RT、（S-Sp0=pig）/R、lg（f/p）、（Cp-Cpig）/R等性质。

Ω（0）、ωΩ

（1）的含义。

汽液共存区内的混合物（湿蒸汽=饱和蒸汽+饱和液体），其摩尔性质M可以从相应的饱和蒸汽性质Msv与饱和液体性质Msl计算得到：

M=xMsv+（1-x）Msl

其中x是饱和蒸汽在湿蒸汽中所占的分数，称为干度。

【例3-1】【例3-3】【例3-9】【例3-10】

第四章

习题一、二、三、四（1、3、4、6a）

偏摩尔性质

偏摩尔性质的含意：

在保持T，P和{n}≠i不变的条件下，在体系中加入极少量的i组分dni，引起体系的某一容量性质的变化；

偏摩尔吉氏函数就是一种化学位；

以偏摩尔吉氏函数表示的相平衡关系，在一定的T，P条件下，有

用偏摩尔性质表达摩尔性质

对于纯物质，有

理想气体的有些性质，也有

用摩尔性质表达偏摩尔性质

摩尔性质与偏摩尔性质的另一个重要关系是Gibbs-Duhem方程

组分逸度的性质

组分逸度系数和组分逸度属于敞开体系的性质，而总逸度系数、总逸度、偏离焓、偏离熵是属于封闭体系的性质

汽、液两相平衡时，汽、相的组分逸度相等，即和；汽、液相的总体逸度并不相等，即；

理想溶液是一种简化的模型，使溶液的许多性质表现出简单的关系，

理想稀溶液——Henry定律

从理想溶液的性质（纯组分性质、组成）和活度系数能得到真实溶液的性质

活度系数是溶液非理想性的度量

活度系数模型——超额吉氏函数

活度系数是真实溶液与理想溶液的组分逸度之比。

若将真实溶液与理想溶液的摩尔吉氏函数之差定义为超额吉氏函数，则可以与活度系数联系起来

其它的超额性质

偏摩尔性质与相应的摩尔性质之间的Gibbs-Duhem方程

同一体系的超额焓就等于混合过程焓变化（简称混合焓），因为

【例4-1】【例4-2】【例4-6的结果讨论】【例4-7】【例4-8】【例4-9】【例4-10】

第五章

习题一、二、三（1、3、5、6）、四（4）

体系的压力较低，汽相可以作理想气体

相平衡状态下的非均相系统中的各个相都可以作为均相系统处理。

所以对于非均相的计算：

首先确定相平衡，然后进行各相（均相）性质计算。

表5-1真实系统与理想系统偏差的分类

偏差类型

p-x-y图上的特征

p-x-y图

一般正偏差

泡点线位于理想系统泡点线之上，但没有极值p＞∑pisxiri≥1

一般负偏差

泡点线位于理想系统泡点线之下，但没有极值p＜∑pisxiri≤1

最高压力共沸点

泡点线位于理想系统泡点线之上，并有极大值p＞∑pisxipaz=pmaxx1az=y1az

最低压力共沸点

泡点线位于理想系统泡点线之下，并有极小值p＜∑pisxipaz=pmaxx1az=y1az

①理想系统（汽相是理想气体混合物，液相是理想溶液）的泡点线方程（虚线）为

②分子间的相互作用使实际系统与理想系统产生偏差：

一般正偏差系统：

泡点线位于理想系统的泡点线上方，但不产生极值。

一般负偏差系统：

系统的泡点线位于理想系统的泡点线下方而又不产生极小值。

③共沸点：

随着分子间相互作用的增强，真实系统偏离理想系统的程度增大，以致于在泡点线上产生极值点。

在共沸点，泡点线与露点线相切，汽相组成与液相组成相等，称为共沸组成。

即不能通过简单蒸馏方法来提纯共沸混合物。

共沸点液相的性质与纯液体有一点相似，如能在等温等压下汽化，但又有区别，如共沸点不是纯物质，而是混合物，共沸组成会随着T或P而变化。

最高压力共沸点（最低温度共沸点）

最低压力共沸点（最高温度共沸点）

2）状态方程法（EOS法）

基于一个状态方程模型和混合法则来描述汽液平衡的方法，EOS法要求状态方程能同时适用于汽、液两相。

3）状态方程+活度系数法，EOS+γ法

在处理汽液平衡时，汽相的组分逸度用状态方程和混合法则计算（这时只要求气体状态方程），而液相的组分逸度用活度系数计算。

即

或

理想系统的汽液平衡常数仅与T、P有关，而与组成无关。

对于非理想系统，其汽液平衡常数是T、P和组成的函数，

汽液平衡计算类型：

①等压泡点计算②等压露点计算③等温泡点计算④等温露点计算⑤闪蒸计算。

用Gibbs-Duhem方程进行热力学一致性只是检验实验数据质量的必要条件，并非充分条件。

【例5-1】【例5-5】【例5-6】【例5-7】【例5-8】

第六章

习题一、三1、2、3、4

基本概念：

高级能量、低级能量、熵变、熵增原理、卡诺定律、卡诺（Carnot）循环、卡诺热机的效率、封闭系统的熵平衡、熵产生（记为ΔSg）

理想功与轴功、损失功、有效能

稳定流动系统的热力学第一定律表达式为：

可逆轴功表达式为

绝热节流膨胀（等焓过程）[例3-4（b）]

绝热可逆膨胀（等熵膨胀过程）

任何气体在任何条件下，进行等熵膨胀，气体温度必定是降低的，总是得到制冷效应。

热泵的工作原理与制冷机完全相同。

热泵是一组进行热力循环的设备，它将低温热不断地输送到高温物体中。

它以消耗一部分高质量的能量（机械能、电能或高温热能等）为代价，通过热力循环，从自然环境介质（水、空气）中或生产排放的余热中吸取热量，并将它输送到人们所需要的较高温度的物质中去。

民用冷暖二用空调器，也是采用热泵进行制热的，其电能耗要远低于直接电加热的取暖器。

[例6-1][例6-2][例6-3][例6-4][例6-5][例6-6][例6-7][例6-8][例6-9]

考试题型

一、判断题（叙述对的打√，错的打×，并加以解析）

二、填空题

三、选择题（说明选择的原因）

四、计算

补充及解析有关内容

高级能量：

理论上完全可以转化为功的能量，如机械能、电能、水力能和风能等。

低级能量：

理论上不能完全转化为功的能量，如热能、内能和焓等。

稳定流动系统的热力学第一定律表达式为：

可逆轴功表达式为

•对可逆的等温过程

•绝热可逆过程ΔS=0

•非可逆过程利用状态函数的性质来计算

熵增原理自发进行的不可逆过程只能向着总熵增加的方向进行，最终趋向平衡态。

此时总熵变达到最大值，即ΔSt=0，达到了过程的终点。

熵增原理为我们提供了判断过程进行的方向和限度，但是,判断的依据是总熵变而不是系统的熵变。

•卡诺定律：

所有工作于同温热源和同温冷源之间的热机，以可逆热机效率最高。

而且可以推论，工作于同温热源与同温冷源之间的可逆机，其效率相等，并与工作介质（工质）无关。

•按照热力学第一定律，系统从热源吸收的热只能部分转化为功，即W

•卡诺热机的效率

封闭系统的熵平衡

由于实际过程的不可逆性引起能量品质的损耗,有序的能量耗散为无序的热能（如摩擦等），并为系统吸收而导致系统熵的增加，这部分熵常称为熵产生，记为ΔSg,。

引入封闭系统熵产生变量dSg

它不是系统的性质，而是与系统的不可逆过程有关，过程的不可逆程度越大，熵产生量ΔSg越大。

可逆过程无熵产生。

dS是可逆、不可逆过程之熵差。

稳流过程

对绝热节流过程，只有单股流体。

对可逆绝热过程

理想功，理想功与轴功，损失功，有效能。

1）绝热节流膨胀

当气体在管道流动时，遇到一节流元件，如阀门、孔板等，由于局部阻力，使气体压力显著降低，称为节流现象。

由于过程进行得很快，可以认为是绝热的，即Q=0且不对外作功，即Ws=0。

根据稳定流动的能量方程式，绝热节流过程

绝热节流过程是等焓过程，△H=0。

节流时存在摩擦阻力损耗，故节流过程是不可逆过程，节流后熵值一定增加。

流体节流时，由于压力变化而引起的温度变化称为节流效应，同一气体在不同状态下节流，μJ有可能为正、为负或为零。

2）绝热可逆膨胀

等熵膨胀过程。

任何气体在任何条件下，进行等熵膨胀，气体温度必定是降低的，总是得到制冷效应。

热泵的工作原理与制冷机完全相同。

热泵是一组进行热力循环的设备，它将低温热不断地输送到高温物体中。

它以消耗一部分高质量的能量（机械能、电能或高温热能等）为代价，通过热力循环，从自然环境介质（水、空气）中或生产排放的余热中吸取热量，并将它输送到人们所需要的较高温度的物质中去。

民用冷暖二用空调器，也是采用热泵进行制热的，其电能耗要远低于直接电加热的取暖器。

1.稳定流动的氮气（可看作理想气体），通过绝热管上安装的阀门，如果氮气的温度为298K，阀门上游压力为0.6MPa，当阀门部分开启，阀门下游压力为0.1MPa，则阀门下游的氮气温度为298K。

饱和水（0℃～临界点374.14℃）