《化工热力学》学习体会报告Word格式.docx
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图2-1”物质的PVT图<
b）凝同时肺米
2、P-V-T关系
对于纯物质而言，在单相区里，PVT三者之间存在着一定的函数关系，用数
学式表示为：
f（P,MT）=0（2-2）
式（2-2）就是关联平衡状态下任何纯物质均相流体的压力、比容和温度三者之间关系的状态方程式。
状态方程可以从三个变量中解出任何一个作为另两个变量的函数，也就是用显函数的形式表现出来。
如：
V=V（P,T）；
P=P（V,T）；
T=T（P,V）
3、理想气体状态方程
f（P,V,T）=0
PV=nRT
（1）理想气体的两个假设
A.气体分子间无作用力
B.气体分子本身不占有体积
（2）掌握理想气体气体状态方程需明确的三个问题：
A.理想气体本身是假设的，实际上是不存在的。
但它是一切真实气体当P-0
时可以接近的极限，因而该方程可以用来判断真实气体状态方程的正确程度，即：
真实气体状态方程在P-0时，应变为：
B.低压下的气体（特别是难液化的N2,H2,CQCH4…），在工程设计中，在几十个大气压（几个Mpa下，仍可按理想气体状态方程计算P、V、T:
而对较易液化的气体，如NH3CQ2C2H4（乙烘）等，在较低压力下，也不能用理想气体状态方程计算。
C.应用理想气体状态方程时要注意R的单位常用的是（SI制）
当T（K）,P（Pa）,V（m3/mol）时，R=8.314J/molK
当T（K）,P（Pa）,V（m3/kmol）时，R=8.314X103J/kmolK
（3）理想气体状态方程的变型
PiVi=P2V2=nR
TiT2
4、Redlich-Kwong（RK）方程
RT
5、Soave（SRK）方程
=0.42748—J
RTa
6、Peng-Robinson（PR）方程"
"
-占）+白［厂一占）
第三章纯物质的热力学性质
1.热力学性质之间的关系
dUTdSpdV
转换公式:
2.2剩余性质法：
（1）普遍化压缩因子图
⑵普遍化的第二维里系数方法
3.两项系统的热力学性质及热力学图表
对化工过程进行热力学分析，对工程进行工艺与设备计算时，需要物质在各种状态下的始、嫡、比容等热力学参数的数据，希望能够迅速、简便的获得所研究物质的各种热力学性质参数。
为此，人们将某些常用物质（入水蒸气、空气、氟里昂等）的始、嫡、比容和温度、压力的关系制成专用的图或表，常用的有水
和水蒸气的热力学性质表，温熵图、压焓图、焓熵图，这些热力学性质图表使用
极为方便。
在同一张图上，知道了温度、压力就可以查出各种热力学性质参数。
3.1热力学性质表
热力学性质表很简单，它是把热力学个性质以一一对应的表格形式表示出来，
其特征表现在：
对确定点数据准确，对非确定点需要内插计算，一般用直线内插。
3.2热力学性质图
热力学性质图在工程中我们经常遇到，如空气、氨、氟里昂等物质的热力学
性质都制作成图，以便工程计算需要。
热力学性质图的特点表现在：
使用方便，
易看出变化趋势，易于分析问题，但读数不如表格准确。
3.2.1热力学性质图的共性
（1）制作原理及制作过程相同，仅适用于特定物质；
（2）图形中内容基本相同，P、V、T、H、S都有。
3.2.2热力学图表与普遍化热力学图表的区别
主要区别表现在两个方面：
制作原理不同，应用范围不同。
（1）制作原理：
热力学图表以实验数据为基础，普遍化热力学图表是以对比参数
为独立变量作出的；
（2）应用范围：
热力学图表仅适用于特定物质，普遍化热力学图表可用于任意物
质。
第四章均相混合物的热力学性质
1.对于可变组成的单相体系：
nU=f（nS,nV,n1,n2,…,ni,…）式中ni是i组份的摩尔数
d（nU）=Td（nS）+Pd（nV）+idni
①适用于敞开体系，封闭体系；
②体系是均相和平衡态间的变化
③当dni=0时，简化成适用于定组成、定质量体系；
2.偏摩尔性质定义：
在恒温恒压下，物质的广度性质随某种组分i摩尔数的变化率，叫做组
份i的偏摩尔性质。
物理意义：
在恒温恒压下，物系中某组分i摩尔数的变化所引起物系一系列热力学
性质的变化。
化学位
Gibbs专门定义偏摩尔自由始为化学位。
偏摩尔自由焓定义为化学位是偏摩尔性质中的一个特例;
化学位的连等式只是在数值上相等，物理意义完全不相同。
3.逸度与逸度系数
逸度是由美国物理学家GibertNentonLews提出的。
他引入逸度的概念，
用于描述真实溶液的性质，这种方法不但方便，而且数学模式也很简单。
他提出
自由焓是化学热力学中特别重要的一个性质，它与温度、压力的基本关系式为dG
=-SdT+VdP
3.1逸度的定义及物理意义
对理想气体f=P，因而逸度对理想气体没有特殊意义，逸度是针对非理
想气体而提出的。
就逸度本身来说，有三种不同的逸度，一种是纯组分的逸度i
f，另一种是组分i的逸度if?
，第三种是混合物的逸度f。
3.2逸度的物理意义
逸度的物理意义主要表现在：
⑴逸度是有效的压力；
⑵逸度是自由焓与可测
的物理量之间的辅助函数。
有了逸度就可以将不可侧的函数与可测的函数联系起
来，以便解决实际问题。
⑴逸度和逸度系数都是强度性质的热力学函数;
纯组分fi=f（TP）
混合物中组分?
fi=f（T,P,Xi）
混合物f=f（T,P,x）
⑵逸度的单位与压力相同，逸度系数无因次；
⑶理想气体的逸度等于压力，逸度系数为1。
4.重要计算公式
混合性质变化
超额性质
活度与活度系数的定义式
偏1mol性质的计算：
截距法公式法逸度与逸度系数的计算
（1）i和fi的计算：
由H、S值计算；
由图解积分计算；
由普遍化法计算；
由
EOS法计算。
（2）和的计算（3）f与小的计算
MMxiMi
第五章化学反应平衡
在化工生产控制和化一:
艺谕计牛，常常需要预测某一化学反应在指定条件下能够进行到什么限度，也就是说在一定条件下这种反应鞋够进行f?
i那么这个反d应的最大转化率是多少，能够得和多少竹年，f刎道了‘这些年能够预测产品的G本；
化学反应的限度实际上是用平衡转化率或平衡组成来体现出来的M平衡组成可以
通过实验来测定，但实验需要较复杂的设备和较长睥叩出,R会任何条件下都能
RiRT.P.Xik.i
办到的。
因此科技工作者致力于比较快速的、通过计算来推断平衡组成的方法。
简单的理想系统，例如理想气体和稀溶液中的反应平衡组成的计算方法已经在物化中介绍过了。
这里我们主要介绍非理想系统和复杂系统的化学平衡组成的计
反应进程lndXiln£
三士反应进度lnXiln
iX2
dniid
若£
=0时，表示反应尚为开始
若e=1时，表示反应已按计量方程式100%6完成。
相平衡：
与系统T、P相同时的纯组分
化学平衡：
在系统T与固定压力（1atm）下的纯组分
若温度变化范围不大1nK上221
K1RTT1
若温度变化范围大，lnKT』4dT
0RT2
平衡转化率
平衡时消耗了的反应物的摩尔数
原料中反应的摩尔数
平衡时转化成产物的摩尔数
平衡时消耗了的反应物~~的摩尔数
第六章化工过程能量分析
规定：
体系吸热为正，放热为负；
对外做功为负，接受功为正
2.封闭系统的能量平衡式：
UQWdUqw
适用于可逆与不可逆过程。
3.稳定流动过程的能量平衡式：
2
H-u-g-ZQWS（JKg1）
1.1gCgC
1.2稳流过程能量平衡式的简化形式及其应用：
气体通过如孔板、阀门、多孔塞等节流装置时:
mh0（即等始过程）
（1）压缩机和膨胀机（透平）鼓风机、泵等
Q0,WHmh适用于可逆，不可逆过程s
（2）气体通过如孔板、阀门、多孔塞等节流装置时：
（3）无轴功，但有热交换的设备：
锅炉、热交换器、塔等。
w0HQs
1.3轴功的计算方法：
⑴可逆轴功W:
wP2vdP
WS（R）wS（R）P1v
实际轴功与可逆轴功之比称为机械效率m
对于产功设备而言:
WSpWS（R）
Ws
mWS（R）
对于耗功设备而言:
WSfWSR
SS（R）
WS（R）
WS
S
4.气体的基本热力过程
封闭体系：
Uqw微小过程：
dUqw
4.1等容过程：
wP外dV外0dUvq即Uv%
4.2等压过程：
可逆过程：
wRpdvpv
不可逆过程（恒外压）：
WP从V来计算功。
外
4.3等温过程：
dUtqP外dV体
4.4绝热过程：
Q0dUWPpV抹
外体
热力学第二定律：
1.嫡与嫡增原理
嫡的定义式：
sQr适用于任何体系和环境。
T
封闭体系嫡增原理公式为：
dSdS0syssurr
上式中各种嫡变的计算方法：
1.1为封闭体系的嫡变：
①可逆过程：
结论：
无论是由已知条件得知，还是由热力学第一定律得出的Q就为Qr,
可以直接代入计算。
②不可逆过程：
设计一个初终态与不可逆过程的初终态相同的可逆过程，通
过对这个可逆过程进行Ssys的计算，就可得出结果。
1.2dS为外界环境的嫡变：
surr
环境可分为热源和功源即：
dSsurrdS热源dS功源
热源：
dSsurrdS执源Qsu--（等温可逆过程）
TsurrTsurr
2.嫡产生与嫡平衡
2.1封闭系统的嫡平衡
kSg>
0不可逆过程
SSg=0可逆过程可判断过程进行的方向
<
Sg<
0不可能过程
dSsys——封闭体系的状态引起的嫡变。
dSg——因过程不同产生的。
dSf——封闭体系与外界因有热交流引起的
求Sg的一般步骤：
①确定体系所用的嫡平衡式。
②确定初终态，然后按照可逆过程来计算Ssys
a）Ssys
sys
b）dSC^dT
dP
P
c）
Jsys
CpmslnT2Rln2SR2SR
T1P1
③根据不同的条件确定Qsys,从而得出Ssurr即
Sf
④根据SgSsysSsurr
3.稳定流动系统的嫡平衡
Ssys
QQsys
0Tsurr
求Sg。
Sm.s.m.s.
g.jj.ii.
joutiin
⑴绝热过程：
n00
vQvQ0
m.s.jj
out
in
（2）可逆绝热过程（
iin
4.理想功、损失功与热力学效率
4.1理想功
对稳定流动过程：
WidTo
若忽略动能和势能变化，则
Wid
HTo
4.2损失功
对稳定流动过程，损失功
Wl表示为
wl
WlTo
Sg
4.3热力学效率
做功过程:
WadWid
耗功过程:
w
Wad
5.有效能
5.1稳流过程有效能计算
Exph
5.2有效能效率
（H
Ho）To（S
So）
Ex
（Ex）out
（Ex）in
El
（Ex*
第七章
压缩、
膨涨、蒸汽动力循环与制冷循环
1.气体的压缩
1.1等温过程方程式PiVi
p2V2
pV
绝热过程方程P1V1k
P2V2k
实际（多变）过程方程
pMm
P2V2mPVm
1.2若为可逆过程，按照
得功为正（或耗功为正）
”的规定，其轴功可按式（7-1）
计算
P2
Ws,rVtdp
Pi
nVdp
Ws,R
等温RT1ln
P1V1ln
ws,R绝热
k
RT1k1
P1
2.气体的膨胀
Ws,R多变
RT1
m1
P2m
V
T斤V由热力学第一定律：
AH=0
P一起的温度变化称为节流效应
Cp
节流后温度降低，制冷。
J=0温度不变。
J<
0节流后温度升高，制热
3.2Rankine循环及其热效率
T»
_Tp
（2）蒸汽轮
（1）等嫡效率值膨胀作功过程，不可逆绝热过程的做功量与可逆绝热过程的
等嫡膨胀时，压力的微小变化所引起的
温度变化，称为微分等嫡膨胀效应系数，以巧表示
3.蒸汽动力循环
蒸汽动力装置主要由四种设备组成：
（1）称为锅炉的蒸汽发生器;
机；
（3）冷凝器；
（4）水泵。
4
.制冷系统
5
Carnot制
Carnot制冷循环：
逆向卡诺循环：
工质吸热温度小于工质放热温度；
此即冷循环。
由两个等温过程与两个等嫡过程组成。
5.1蒸汽压缩制冷循环的基本计算
（i）单位制冷量q_h"
（2）制冷剂每小时的循环量
qL
（3）冷凝器的放热量：
冷凝器的放热量包括显热和潜热量部分
（5）制冷效能系数£
制冷装置提供的单位制冷量与压缩单位质量制冷剂所消
耗的功量之比|Ql|H1H4u4
|WS|H2Hih2h
5.2热泵
热泵循环的经济性以消耗单位动量所得到的供
热量来衡量，称物供热系数〜即
_|2|_
£
即一而j―IC/-36?
1^1KI
二、习题演练
1.试用下列各种方法计算水蒸气在107.9X105Pa593K下的比容，并与水蒸气表查出的数据（V0.01687m3kg1）进行比较。
（1）理想气体定律
（2）维里方程
（3）普遍化RK方程
0.345
解：
从附录三中查得水的临界参数为：
Tc=647.13K,pc=22.055MPq
（1）理想气体定律
使用普遍化的第二维里系数:
a
bT；
（2—38a）
bPr
zTr
（2—38b）
将对比温度和对比压力值代入并整理的:
5.628
1ah
151hb「1h
bPr0.04625
ZTrZ
联立上述两式迭代求解得：
Z=0.7335
误差=。
016870.01862100%10.4%
0.01687
水是极性较强的物质
2.一个体积为0.3m3的封闭储槽内贮乙烷，温度为290K、压力为25X105Pa,若将乙烷加热到479K,试估算压力将变为多少？
乙烷的临界参数和偏心因子为：
Tc=305.32K,Pc=4.872MPq=0.099
因此：
Tr1Ti/Tc290/305.320.95p.1p1/p。
2.5/48.720.513
故使用图2-11,应该使用普遍化第二维里系数计算
B（0）0.0830.422/Tj60.083-042260.375
0.95.
B
（1）0.1390.172/Tr420.139。
20.074
V、0.3
n5392.2mol
V76.510加热后，采用RK方程进行计算
其中：
T=479K摩尔体积仍然为V76.5105m3mol1,首先计算:
代入RK方程:
p-05
VbTV（Vb）
9.879
0.56.6
479765.010765.0+45.1410
=4.804106Pa=4.804MPa
3.测得天然气（摩尔组成为CH84%。
9%GH7%在压力9.27MP3温度37.8C
下的平均时速为25m3h1。
试用下述方法计算在标准状况下的气体流速。
（1）理想气体方程;
（2）虚拟临界参数；
（3）Dalton定律和普遍化压缩因子图；
（4）Amagat定律和普遍化压缩因子图。
（1）按理想气体状态方程；
标准状况下气体流速
v（273K,0.1013MPa）=叱L—9.27252732010m3h1
T1p237.82730.1013
（2）虚拟临界参数法
首先使用Kay规则求出虚拟的临界温度和临界压力，计算结果列表如下:
组分
摩尔/%
Tc/K
pc/MPa
yTc/K
ypc/MPa
甲烷
0.84
190.56
4.599
160.07
3.863
氮气
0.09
126.10
3.394
11.35
0.305
乙烷
0.07
305.32
4.872
21.37
0.341
合计
1.00
192.79
4.510
虚拟临界温度为192.79K,压力为4.510MPa,混合物的平均压缩因子可由下列对比温度和对比压力求出：
查两参数普遍化压缩因子图得:
*0.89
将压缩因子代入方程pVZRT得:
v2551
n-41.00810molh100.8kmolh
V2.48110
在标准状态下，压缩因子Z=1,因此体积流率可以得到:
（2）
Dalton定律和普遍化压缩因子
查普遍化压缩因子图时，各物质的压力使用分压
TrT
1c
pipyi
pipr
pc
Z
yiZ
1.63
7.787
1.693
0.90
0.756
2.46
0.834
0.246
0.98
0.0882
1.028
0.649
0.133
0.96
0.0672
0.9114
41
9.83910molh98.39kmolh在标准状态下，压缩因子Z=1,因此体积流率可以得到:
RT38.3142733,1
vnVn98.391062204.5mh
p0.101310
（3）Amagat定律和普遍化压缩因子
先查得各物质的压缩因子，再使用分体积定律进行计算
Trr
pprpc
2.016
0.88
0.739
2.731
0.99
0.0891
4.试用普遍化方法计算二氧化碳在473.2K、30MPaF的始与嫡。
已知在相同条
件下，二氧化碳处于理想状态的始值为8377Jmol1,嫡为25.86Jmol-1K-1。
需要计算该条件下二氧化碳的剩余始和嫡
已知二氧化碳的临界参数为：
Tc=304.19K,pc=7.382MPq=0.228
（3—87）
（3—88）
SR
0.905
___11
0.9058.3147.522JmolK
HR
ig
故,
HHigH
R4483.583773893.5Jmol1
Sig
故，SSigSR7.52225.8618.34Jmol1K
5.空气在膨胀机中进行绝热可逆膨胀。
始态温度Ti为230K、压力pi为101.3X
105Pa。
（1）若要求在膨胀终了时不出现液滴，试问终压不得低于多少？
（2）若终压为1.013xi05Pa,空气中液相含量为多少？
终温为多少？
膨胀机对外做功多少？
（3）若自始态通过节流阀膨胀至1.013X105Pa,终温为多少
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