热力学第十二章第一部分

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,第十二章 化学热力学基础,Chemical Thermodynamics Base,12-1,概 述,目的:,动力装置煤、油、天然气的燃烧,应用：,化学反应的过程,chemical reaction,水处理,化工过程,热力学基本定律用于化学过程，研究这些过程能量的转换、平衡、方向性、化学平衡,有化学反应过程的特点,1、质量守恒,Mass balance,a, b, c , d,化学计量系数,无化学反应：,物质的种类和数量不变,反应物,Reactants,生成物,Products,有化学反应：,物质的种类和数量变化,原子数守恒,一般式,有化学反应过程的特点,2、独立变量数,力不平衡势,热不平衡势,化学势,Chemical potential,无化学反应：,简单可压缩系统，,2,有化学反应：,独立变量数,2,有化学反应过程的特点,3、基本热力过程,T,+,v,T,+,p,p,+,s,v,+,s,无化学反应：,T,v,p,s,有化学反应,测固、液燃料的发热量,测气体燃料的发热量,燃气轮机燃烧室,绝热容器,12-2,热一律在化学反应系统中的应用,一、,化学反应系统的热一律表达式,本章只考虑容积变化功，忽略动、位能变化,1、闭口系,容积变化功,生成物,反应物,Chemically reacting systems,化学反应系统的,热一律表达式,1、闭口系,v,p,v,+,绝热,p,+,绝热,化学反应系统的,热一律表达式,2、开口系,p,p +,绝热,化学反应热效应,Thermal effect,当系统经历一个化学反应过程，只作容积变化功，若所得,生成物的温度,与,反应物温度相等,，这时,1,kmol,主要反应物或生成物所吸收或放出的热量,反应热效应,取,1,kmol,CH,4,作为基准,定容热效应,定压热效应,常用,规定：吸热为正，放热为负,化学反应热效应,定容热效应,定压热效应,状态量,T,+,v,1,atm,T,+,p,1,atm,定压热效应和定容热效应,固体、液体燃料,参与反应的是理想气体,一般燃烧反应分子数变化不大,理想气体定压热效应和定容热效应举例,例,300,K,下,定压热效应和定容热效应,一般,固体、液体、理想气体同时参与反应,只计气体反应前后,固、液,一般燃烧工程， 用的最多,标准定压热效应,不同的,T,p,下，热效应不同，为比较,标准态：,25,o,C,(,298.15,K),1,atm,(,101.325,kPa),标准定压热效应 或,查手册,Standard reference state,热效应与反应热,Heat of reaction,反应热：系统与外界交换的热量，,过程量,热效应：,容积变化功,T,1,kmol,状态量,赫斯定律,Hess Law,赫斯定律,(1840,年,),当反应前后物质的种类给定时，化学反应的,热效应,，与中间过程无关，只与过程初始和终了状态有关。,C,D,A,B,E,Q,p1,Q,p2,Q,p3,Q,p4,Q,p5,某些测不出（或不易测）的热效应可由易测的热效应代替。,赫斯定律举例,测不准,同时产生,标准态,燃烧热值（发热量、热值）,1,kmol,燃料完全燃烧时的热效应的绝对值,标准状态,CO,的,标准热值,例,放热为负,Complete,Heating value of the fuel,高热值与低热值,若含,H,的燃料燃烧，会有,H,2,O,产生,如果,如果,高热值,生成物是液态水,生成物是气态水,低热值,Higher heating value and Lower heating value,高热值与低热值,例,标准态,1,kmol,H,2,O,在25,o,C,时的汽化潜热,标准生成焓,定容反应,定容反应,理想气体,定压反应,闭口系统,定压反应开口系统,为什么引入标准生成焓,无化学反应，物质数量不变，当状态变化，物质间焓的基准点可以不一样，把各物质的焓差相加即可。,有化学反应，有物质生成、消失，物质数量变化,统一基准点,Enthalpy of formation at the standard reference state,标准生成焓的定义,化学上基准点：,25,o,C,（,298.15K,）,1atm,(,101.325kPa,),物质在(,T,p,),下的焓,标准生成焓,标准生成焓的规定,规定：,由,有关单质,在,标准状态,下发生化学反应生成,1,kmol,化合物所吸收的热量，称为该,化合物,的,标准生成焓,任何单质,在,25,o,C,，,1atm,下的焓为零,标准生成焓的含义,例：,CO,2,的,标准生成焓,，标准状态下生成,1,kmol,CO,2,的热,T,0,p,0,标准生成焓,热效应,标准状态下焓,-393522,kJ/kmolCO,2,表12-1,标准生成焓的计算,物质在,T,p,状态的焓,查表,12-1,查,附表7,或,反应热的计算,任一闭口系统，等压反应热,反应热的计算,任一开口系统，等压反应热,反应热的计算,闭口系统，等容反应，理想气体,反应热的计算举例,例：,求,1,kmol,CO,在,1,atm,1000,o,C,燃烧时的,热效应,生成物和反应物的温度均为,1000,o,C,反应热的计算举例,查,表12-1,反应热的计算举例,由式（3-20）查附表3，或查附表7,反应热的计算举例,反应热的计算举例,注意,表12-1,中,H,2,O,有两个,标准生成焓,生成气态水,生成液态水,12-3,化学反应过程的热一律分析,主要指燃烧过程,一、燃料热值的计算,上例中，,CO,在,1,atm,1000,o,C,时的热值,1,kmol,燃料完全燃烧时热效应的绝对值,若有燃烧产物有水,高热值（液态水）,低热值（气态水）,燃料热值的计算,举例,计算,H,2,在,1,atm,25,o,C,时的高热值和低热值,标准状态,燃料热值的计算,举例,H,2,的标准高热值,燃料热值的计算,举例,H,2,的标准低热值,燃烧过程放热量,的计算,实际燃烧，加入空气，有时炼钢用纯氧,空气,氧气,21,mol%,氮气,79,mol%,燃烧过程，氮气虽不参与燃烧，但氮气被加热，总燃烧温度下降，对外放热量变化,燃烧过程放热量,的计算,例：,甲烷燃烧,甲烷才能完全燃烧,理论空气量,Theoretical air,完全燃烧所需氧气对应的空气量,实际燃烧过程，为了氧气与燃料充分混合燃烧，常加入过量空气,。,理论空气量,过量空气系数,燃烧需要，降低燃烧温度,1300,o,C,燃气轮机中,锅炉中,Percent excess air,过量空气燃烧放热量,的计算,过量空气燃烧放热量,的计算,定压燃烧，闭口系,定压燃烧，开口系,过量空气燃烧放热量,的计算,定容燃烧，理想气体，只与温度有关,理论燃烧,温度,在不考虑动、位能变化，又不对外作功的系统，若燃料绝热完全燃烧，且理论空气量，燃烧产物可达最高温度,理论燃烧温度,a,b,c,d,T,R1,T,R2,T,p,T,p,燃料,空气,I,deal Combustion,The ideal combustion process during which a fuel is burned completely with theoretical air is called,theoretical combustion,理论燃烧温度,如何求理论燃烧温度,T,p,试凑法,理论燃烧温度,的,计算,假定,左边=,假定,左边=,已知,H,-,T,图,绝热反应,T,H,H,p,=H,R,H,p,H,R,T,R,T,p,H,p,线在下方,T,两,线垂直距离,25,o,C,时,0,K,时,25,o,C,燃料热值,U,-,T,图,T,定容燃烧绝热反应,U,U,p,=U,R,U,p,U,R,T,R,T,p,U,p,线在下方,0,K,时，理想气体,