化工热力学总结

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,2、流体的p-V-T关系,一、几个常用的状态方程：,1.,理想气体状态方程,2.,维里方程,B/V,表示二分子的相互作用；表示三分子的相互作用；,3.,范德华,方程,4.RK,方程,5.SRK,方程,6.PR,方程,二、对应态原理的应用,1.,普遍化压缩因子法,2.,普遍化第二维里系数法,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：,或者,用普遍化第二维里系数法，否则用普遍化压缩因子。,时：,例：试用普遍化关联法计算,510K,、,2.5MPa,时正丁 烷的气相摩尔体积,解：从附表,1,查得正丁烷的物性数据：,P,c,=3.80MPa,，,T,c,=425.2K,，,=0.193,则有：,因此用普遍化第二维里系数法,所以：,3、纯流体的热力学性质,dU,=,TdS-pdV,dH,=,TdS+Vdp,dA,=-,SdT-pdV,dG,=-,SdT+Vdp,一、基本关系式,例：理想气体从,T1,、,P1,变化到,T2,、,P2,求熵变。,T1、P1,T2、P1,T2、P2,第一步,第二步,二、剩余性质,1.,通式：,M=M-M*,2.,物理意义：在相同的,T,，,P,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,三、液体热力学性质：,流体体积膨胀系数,的定义：,4、流体混合物的热力学性质,化学位的表达式：,两个重要的方程式,：,偏摩尔性质,偏摩尔性质与溶液摩尔性质间的关系,偏摩尔性质的计算：,（,T,恒定）,纯物质,i,（,T,恒定）,混合物整体,（,T,恒定）,混合物中的,i,组分,逸度的定义,是 的偏摩尔性质,：根据摩尔性质与偏摩尔性质的关系,可得：,纯物质,混合物组分,4,.2.4,T,、,p,对逸度的影响,稀溶液的溶质近似遵守亨利定律。,普遍地表现出能符合理想混合物规律的有两个浓度区：,x,i,1,x,i,0,亨利定律,L-R,规则,因此，一个更为广义的理想混合物的定义式应为,标准态逸度,理想混合,2.,非理想混合,只要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，对于理想混合物：,对于非理想混合物,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,此时引入了一个新的概念,-,活度系数，从而使解决溶液的热力学成为可能。,真实溶液的混合性质,对于二元体系,过量热力学性质,定义：,过量,性质就是在相同,T,、,P,、,x,下，真实溶液与理想溶液的热力学性质的差值。,数学式,过量性质变化,M,E,5、化工过程的能量分析,1.,闭系非流动过程的能量平衡,：,Q,：系统吸热取正号，系统放热取负号；,W,：系统对外做功取正号，系统得功取负号。,2.,开系流动过程的能量平衡：,3.,开系稳流过程的能量平衡：,当进出物料只有一种时：,4.,几种简化形式：,绝热时：,可逆轴功,Ws(R,),：（无任何摩擦损耗的轴功）,5.,轴功的计算：,忽略位能和动能的变化：,对于液体来说，,v,随压强变化很小，可以视为常量，即：,实际轴功,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,机械效率,例：在一个往复式压气机的实验中，环境空气从,100kPa,及,5,压缩到,1000kPa,，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,100kg/kmol,（空气）。冷却水入口温度为,5,，出口温度为,16,，空气离开压缩机时的温度为,145,。假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,C,p,=29.3kJ/,（,kmolK,）。,解：以被压缩的空气为系统，以,1kmol,空气作为基准。在此过程中空气放出的热量为：,因为空气为理想气体，所以其焓变为：,根据热力学第一定律，忽略过程的动能和位能有：,则：,所以实际供给压气机的功为,:8700kJ/kmol,一、理想功和损耗功,对于化学反应来说,高乌,斯托多拉公式,二、化工单元过程的热力学分析,1.,流动过程：,2.,传热过程：,3.,混合过程,三、火用分析,在基准状态下，上述的四个成分的 均为零。,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。,例：有一股温度为,90,、流量为,72000kg/h,的热水和另一股温度为,50,、流量为,108000kg/h,的水绝热混合。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,25,。,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：,设混合的终态温度为,T,2,，水的热容,C,p,不随温度改变，则,解得：,=66,熵分析：,因是绝热过程，所以,Q=0,，故过程熵产为：,由附表,3,可查得：,所以：,火用损失即为功损耗，即,（,2,）火用分析法,从附表,3,分别查得各状态下水的焓和熵值为,温度（）,熵（）,焓（）,90,1.1925,376.92,50,0.7038,209.33,66,0.9059,276.36,25,0.3674,104.89,，,90,时水的物理火用为：,50,时水的物理火用为：,66,时水的物理火用为：,所以：,6、蒸汽动力循环与制冷循环,一、热力学第二定律,S,t,=,S,sys,+,S,sur,S,t,0,S,g,0,为不可逆过程；,S,g,=0,为可逆过程；,S,g,0,，有：,对于可逆绝热过程，,Sg,=0,，则有：,三、温熵图,四、卡诺循环,热机效率,制冷效率,热泵的制热系数,例：某热泵功率为,10kW,，周围自然环境温度为,0,。用户要求供热的温度为,90,。求此热泵最大的供热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：,最大供热量为：,从环境吸收的热量为：,