化工熱力學(xué)總結(jié)

1、臨界點(diǎn)臨界點(diǎn)過冷液體區(qū)過冷液體區(qū)一、純物質(zhì)的一、純物質(zhì)的P-V圖圖飽和液相線飽和液相線飽和汽相線飽和汽相線汽液兩相平衡區(qū)汽液兩相平衡區(qū)F=C-P+2=1v超臨界超臨界流體流體區(qū)區(qū)（TTc和和PPc）過熱蒸汽區(qū)過熱蒸汽區(qū) 點(diǎn)點(diǎn)在在點(diǎn)點(diǎn)在在CVPCVPTT0022 恒溫線恒溫線例例1 、將下列純物質(zhì)經(jīng)歷的過程表示在將下列純物質(zhì)經(jīng)歷的過程表示在P-V圖上：圖上：1）過熱蒸汽等溫冷凝為過冷液體；）過熱蒸汽等溫冷凝為過冷液體；2）過冷液體等壓加熱成過熱蒸汽；）過冷液體等壓加熱成過熱蒸汽；3）飽和蒸汽可逆絕熱膨脹；）飽和蒸汽可逆絕熱膨脹；4）飽和液體恒容加熱；）飽和液體恒容加熱；5）在臨界點(diǎn)進(jìn)行的恒溫膨脹

2、）在臨界點(diǎn)進(jìn)行的恒溫膨脹CPV13(T降低降低)4251）過熱蒸汽等溫冷凝為過冷液體；）過熱蒸汽等溫冷凝為過冷液體；2）過冷液體等壓加熱成過熱蒸汽；）過冷液體等壓加熱成過熱蒸汽；3）飽和蒸汽可逆絕熱膨脹；）飽和蒸汽可逆絕熱膨脹；4）飽和液體恒容加熱；）飽和液體恒容加熱；5）在臨界點(diǎn)進(jìn)行的恒溫膨脹）在臨界點(diǎn)進(jìn)行的恒溫膨脹二、幾個(gè)常用的狀態(tài)方程：二、幾個(gè)常用的狀態(tài)方程：1. 1. 理想氣體狀態(tài)方程理想氣體狀態(tài)方程RTpV 2. 2. 維里方程維里方程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/VC3. 3.

3、范德瓦爾斯方程范德瓦爾斯方程2VabVRTp4. RK4. RK方程方程)(2/1bVVTabVRTp5. SRK5. SRK方程方程 )(bVVTabVRTp6. PR6. PR方程方程 bVbbVVTabVRTp)(2)T=Tc1)TTc僅有一個(gè)實(shí)根，對(duì)應(yīng)于超臨界僅有一個(gè)實(shí)根，對(duì)應(yīng)于超臨界流體和氣體的摩爾體積。流體和氣體的摩爾體積。三個(gè)重實(shí)根三個(gè)重實(shí)根 V=VcCPP*TTc三個(gè)不同實(shí)根，發(fā)生于兩相區(qū)三個(gè)不同實(shí)根，發(fā)生于兩相區(qū)V大大對(duì)應(yīng)于飽和汽摩爾體積對(duì)應(yīng)于飽和汽摩爾體積V小小對(duì)應(yīng)于飽和液摩爾體積對(duì)應(yīng)于飽和液摩爾體積V中中無物理意義。無物理意義。3)T 0 為不可逆過程；為不可逆過程；Sg

4、 = 0 為可逆過程；為可逆過程；Sg 0，有：，有：對(duì)于可逆絕熱過程，對(duì)于可逆絕熱過程， Sg = 0，則有：，則有：三、溫熵圖三、溫熵圖123456TS圖4-9 節(jié)流膨脹過程TP1P2ST2/22/T2圖4-10 等熵膨脹過程四、卡諾循環(huán)四、卡諾循環(huán)HLcTT1熱機(jī)效率熱機(jī)效率制冷效率制冷效率LHLTTT熱泵的制熱系數(shù)熱泵的制熱系數(shù)LHHTTT例：某熱泵功率為例：某熱泵功率為10kW10kW，周圍自然環(huán)境溫度為，周圍自然環(huán)境溫度為00。用戶要求供熱的溫度為用戶要求供熱的溫度為9090。求此熱泵最大的供熱。求此熱泵最大的供熱量以及熱泵從環(huán)境吸收的熱量。量以及熱泵從環(huán)境吸收的熱量。解：熱泵提供

5、的最大熱量，應(yīng)按逆卡諾循環(huán)，即：解：熱泵提供的最大熱量，應(yīng)按逆卡諾循環(huán)，即：035. 40909015.273LHHTTT最大供熱量為：最大供熱量為：skJWQsH/35.4010035. 4從環(huán)境吸收的熱量為：從環(huán)境吸收的熱量為：skJWQQsHL/35.301035.40第六章重點(diǎn)內(nèi)容第六章重點(diǎn)內(nèi)容一、理想功和損耗功一、理想功和損耗功STHWid0對(duì)于化學(xué)反應(yīng)來說對(duì)于化學(xué)反應(yīng)來說STHWid0GSTH0sidLWWW高烏高烏斯托多拉公式斯托多拉公式gLtLSTWSTW00或TTQSSmSmSSTWfiiniijoutjjggL001應(yīng)計(jì)入熱流的作功能力非絕熱過程，實(shí)際功中耗功多股物流的敞開

6、體系損二、化工單元過程的熱力學(xué)分析二、化工單元過程的熱力學(xué)分析21000021PPVTTWdPTVTSTSTWLVppgL變化小1. 1. 流動(dòng)過程：流動(dòng)過程：12120000/ln11TTTTTQTTTTTWTTTTQTTTTTTTQTTQWmLmHmLmHmLLmHmLHLHLHLLHHL替代、為變量，則用平均溫度、若2. 傳熱過程：傳熱過程：3. 3. 混合過程混合過程iiimidiiiidiiiidxxRTTTHWxxRTWyyRTWln1lnln0000想功想功非理想溶液，分離的理非理想溶液，分離的理液體分離的理想功液體分離的理想功氣體分離的理想功氣體分離的理想功三、火用分析三、火用

7、分析XCXPhXPXKXEEEEE組成組成系由四個(gè)系由四個(gè)穩(wěn)定流動(dòng)過程流體的穩(wěn)定流動(dòng)過程流體的在基準(zhǔn)狀態(tài)下，上述的四個(gè)成分的在基準(zhǔn)狀態(tài)下，上述的四個(gè)成分的 均為零。均為零。 由體系所處的狀態(tài)到達(dá)基準(zhǔn)態(tài)所提供的理想功由體系所處的狀態(tài)到達(dá)基準(zhǔn)態(tài)所提供的理想功即為體系處于該狀態(tài)的有效能。即為體系處于該狀態(tài)的有效能。 例例1: 1.5MPa、500的過熱水蒸氣推動(dòng)透的過熱水蒸氣推動(dòng)透平機(jī)作功，乏汽壓力平機(jī)作功，乏汽壓力50kPa,溫度溫度148。每千克。每千克蒸汽通過透平機(jī)時(shí)有蒸汽通過透平機(jī)時(shí)有6.32kJ的熱量散失于的熱量散失于25的環(huán)境。求此過程的實(shí)際功、理想功、損失功的環(huán)境。求此過程的實(shí)際功、理

8、想功、損失功和熱力學(xué)效率。已知和熱力學(xué)效率。已知1.5 MPa、500水蒸氣的水蒸氣的焓值焓值H1=3473.1kJKg-1，熵值，熵值S1=7.5698kJkg-1K-1；50kPa、148時(shí)水蒸氣的焓值時(shí)水蒸氣的焓值H2=2776.2 kJKg-1，熵值，熵值S2=7.9564 kJkg-1K-1解解:-Ws=H1-H2+Q=3473.1-2776.2-6.23=690.7 kJKg-1-Wid=T0S-H=298.15(7.9564-7.5698)-(2776.2-3473.1)=812.2 kJKg-1WL=Ws-Wid=812.2-690.7=121.5 kJKg-1%04.852

9、.8127 .690idsWW例例2 2：有一股溫度為：有一股溫度為9090、流量為、流量為72000kg/h72000kg/h的的熱水和另一股溫度為熱水和另一股溫度為5050、流量為、流量為108000kg/h108000kg/h的水絕熱混合。試分別用熵分析法和火用分析的水絕熱混合。試分別用熵分析法和火用分析法計(jì)算混合過程的火用損失。大氣溫度為法計(jì)算混合過程的火用損失。大氣溫度為2525。解：對(duì)絕熱穩(wěn)流過程，由于無軸功交換，根據(jù)解：對(duì)絕熱穩(wěn)流過程，由于無軸功交換，根據(jù)熱力學(xué)第一定律知：熱力學(xué)第一定律知：0H設(shè)混合的終態(tài)溫度為設(shè)混合的終態(tài)溫度為T2，水的熱容，水的熱容Cp不隨溫度改不隨溫度改變

10、，則變，則121221()()0ppHmCTTm CTT1 12 121272000901080005072000108000mTm TTmm解得：解得：= 66 熵分析：熵分析：因是絕熱過程，所以因是絕熱過程，所以Q=0， ，故過程熵產(chǎn)，故過程熵產(chǎn)為：為：0fSgS()()gjjouti iinjiSm sm s1221 12 1()()mm smsms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.

11、6kJ Kh0.331kJ Ks10298.15 0.33198.7kJ sLgWTS火用損失即為功損耗，即火用損失即為功損耗，即（2 2） 火用分析法火用分析法從附表從附表3 3分別查得各狀態(tài)下水的焓和熵值為分別查得各狀態(tài)下水的焓和熵值為溫度（溫度（）熵（熵（ ） 焓（焓（ ）901.1925376.92500.7038209.33660.9059276.36250.3674104.89，11kJ kgK1kJ kg9090時(shí)水的物理火用為：時(shí)水的物理火用為：110010()()()xehhT ss103.263674. 01925. 115.29889.10492.376kgkJ5050時(shí)

12、水的物理火用為：時(shí)水的物理火用為：110010()()()xehhT ss114. 43674. 07038. 015.29889.10433.209kgkJ6666時(shí)水的物理火用為：時(shí)水的物理火用為：220020()()()xehhT ss192.103674. 09059. 015.29889.10436.276kgkJ所以：所以：1111122,()()()()xxxLWm ememme總7200026.031080004.14(72000108000) 10.9211355680kJ h98.8kJ s第七章重點(diǎn)內(nèi)容第七章重點(diǎn)內(nèi)容 ijijijijnpTinTnVinpnSinnVnS

13、iinnGnnAnnHnnU , 化學(xué)位的表達(dá)式：化學(xué)位的表達(dá)式：兩個(gè)重要的方程式兩個(gè)重要的方程式 ： ijnpTinTinnVp , ijnpTinpinnST,偏摩爾性質(zhì)偏摩爾性質(zhì) ijnpTiinnMM ,偏摩爾性質(zhì)與溶液摩爾性質(zhì)間的關(guān)系偏摩爾性質(zhì)與溶液摩爾性質(zhì)間的關(guān)系 NiiiMnnM1 iiMxM偏摩爾性質(zhì)的計(jì)算：偏摩爾性質(zhì)的計(jì)算：pTpTpTpTxMxMMxMxMMxMxMMxMxMM,212,112,121,221RTidG（T 恒定）恒定）ifd ln 1lim0 pfippfii 純物質(zhì)純物質(zhì) ifRTddGln （T 恒定）恒定）1lim0 pfppf 混合物整體混合物整體

14、iifRTdGdln （T 恒定）恒定）1lim0 iippyfiiipyf 混合物中的混合物中的 i 組分組分逸度的定義逸度的定義是lnf的偏摩爾性質(zhì)是lnf的偏摩爾性質(zhì)y yf flnlni ii i 是是 的偏摩爾性質(zhì)的偏摩爾性質(zhì)i ln ln：根據(jù)摩爾性質(zhì)與偏摩爾性質(zhì)的關(guān)系：根據(jù)摩爾性質(zhì)與偏摩爾性質(zhì)的關(guān)系 iiMyM iiiyfyflnln iiy lnln可得：可得：iiixfxflnln2*,lnRTpTHpTHTfiipi2*,lnRTHHTfiiypiRTVpfiyTi ,lnRTVpfiTi ln純物質(zhì)純物質(zhì)混合物組分混合物組分7.2.4 T、p對(duì)逸度的影響對(duì)逸度的影響iii

15、dixkf 稀溶液的溶質(zhì)近似稀溶液的溶質(zhì)近似遵守亨利定律。遵守亨利定律。普遍地表現(xiàn)出能符合理想混合物規(guī)律的有兩個(gè)濃度區(qū)：普遍地表現(xiàn)出能符合理想混合物規(guī)律的有兩個(gè)濃度區(qū)： xi 1xi 0亨利定律亨利定律L-R規(guī)則規(guī)則iiidixff 因此，一個(gè)更為廣義的理因此，一個(gè)更為廣義的理想混合物的定義式應(yīng)為想混合物的定義式應(yīng)為iiidixff標(biāo)準(zhǔn)態(tài)標(biāo)準(zhǔn)態(tài)逸度逸度理想混合理想混合2.2.非理想混合非理想混合iiidixff iiidixff 只要有一個(gè)條件不符合理想混合物熱力學(xué)性質(zhì)的，只要有一個(gè)條件不符合理想混合物熱力學(xué)性質(zhì)的，我們就稱為非理想混合物。我們知道，對(duì)于理想混我們就稱為非理想混合物。我們知道，對(duì)于理想混合物：合物：對(duì)于非理想混合物對(duì)于非理想混合物 iiifxf iiixff 與非理想氣體的處理相同，欲使上式成與非理想氣體的處理相同，欲使上式成立，必須給上式加以修正立，必須給上式加以修正此時(shí)引入了一個(gè)新的概念此時(shí)引入了一個(gè)新的概念-活度系數(shù)，從活度系數(shù)，從而使解決溶液的熱力學(xué)成為可能。而使解決溶液的熱力學(xué)成為可能。ii