习题 第1章 绪言 一、是否题 1. 孤立体系的热力学能和熵都是一定值。(错。G S H U ??=?=?,,0,0但和 A ?，0=U ?，=T ?)2ln R =， G =?2. 3. 4. 5. ） 6. V )的自变 7. 1 T P 无关。） 8. 描述封闭体系中理想气体绝热可逆途径的方程是 γ γ) 1(1212-??? ? ??=P P T T （其中ig V ig P C C =γ）， 而一位学生认为这是状态函数间的关系，与途径无关，所以不需要可逆的条件。(错。) 9. 自变量与独立变量是一致的，从属变量与函数是一致的。 （错。有时可能不一致） 10. 自变量与独立变量是不可能相同的。（错。有时可以一致） 三、填空题 1. 状态函数的特点是：状态函数的变化与途径无关，仅决定于初、终态 。
2. 单相区的纯物质和定组成混合物的自由度数目分别是 2 和 2 。 3. 封闭体系中，温度是T 的1mol 理想气体从(P i ，V i )等温可逆地膨胀到(P f ，V f )，则所做的 以V 表示) (以P 表示)。 4. 封闭体系中的1mol 理想气体(已知ig P C )，按下列途径由T 1、P 1和V 1可逆地变化至P 2，则 A 等容过程的 W = 0 ，Q =()1121T P P R C ig P ???? ??--，?U =()112 1T P P R C ig P ??? ? ??--，?H = 112 1T P P C ig P ? ?? ? ??-。 B 等温过程的 W =2 1ln P P RT -，Q =2 1ln P P RT ，?U = 0 ，?H = 0 。 Q = 0 ，? 5. 1cm 2， 6. 7. 8. =8.314 J mol -1 K -1 1. t A 、B 两 室。两室装有不同的理想气体。突然将隔板移走，使容器内的气体自发达到平衡。计算 该过程的Q 、W 、U ?和最终的T 和P 。设初压力是（a ）两室均为P 0；（b ）左室为P 0，右室是真空。 解：（a ）不变P T U W Q ,;0,0,0===? (b) 05.0,,;0,0,0P P T U W Q ====即下降一半不变? 2. 常压下非常纯的水可以过冷至0℃以下。一些-5℃的水由于受到干扰而开始结晶，由于 结晶过程进行得很快，可以认为体系是绝热的，试求凝固分率和过程的熵变化。已知冰 的熔化热为333.4J g -1和水在0～-5℃之间的热容为4.22J g -1 K -1。 解：以1克水为基准，即
第一章、绪论 一、化工热力学的目的和任务 通过一定的理论方法，从容易测量的性质推测难测量的性质、从有限的实验数据获得更系统的物性的信息具有重要的理论和实际意义。 化工热力学就是运用经典热力学的原理，结合反映系统特征的模型，解决工业过程（特别是化工过程）中热力学性质的计算和预测、相平衡和化学平衡计算、能量的有效利用等实际问题。 二、1-2化工热力学与物理化学的关系 化工热力学与物理化学关系密切，物理化学的热力学部分已经介绍了经典热力学的基本原理和理想系统（如理想气体和理想溶液等）的模型，化工热力学将在此基础上，将重点转移到更接近实际的系统。 三、热力学性质计算的一般方法 (1)基于相律分析系统的独立变量和从属变量； (2)由经典热力学原理得到普遍化关系式。特别是将热力学性质与能容易测量的p、V、T及组成性质和理想气体等压热容联系起来； (3)引入表达系统特性的模型，如状态方程或活度系数； (4)数学求解。 第2章流体的P-V-T关系 1.掌握状态方程式和用三参数对应态原理计算PVT性质的方法。 2.了解偏心因子的概念，掌握有关图表及计算方法。 1.状态方程：在题意要求时使用该法。 ①范德华方程：常用于公式证明和推导中。 ②R—K 方程： ③维里方程： 2.普遍化法：使用条件：在不清楚用何种状态方程的情况下使用。 三参数法： ①普遍化压缩因子法 ②普遍化第二维里系数法 3、Redlich-Kwong（RK）方程 3、Soave（SRK）方程
4、Peng-Robinson （PR ）方程 () 22 a 0.45724c r c R T T P α= 0.0778 c c RT b P = §2-5高次型状态方程 5、virial 方程 virial 方程分为密度 型： 和压力型： 第3章 纯物质的热力学性质 1、热力学性质间的关系 dU TdS pdV =- H=U+PV dH TdS Vdp =+ A=U-TS dA SdT pdV =-- G=H-TS dG SdT Vdp =-+ Maxwell 关系式 S V T P V S ?????? =- ? ??????? S P T V P S ?????? = ? ??????? V T P S T V ??????= ? ??????? P T V S T P ?????? =- ? ??????? 转换公式： 1Z X Y X Y Z Y Z X ??????? ??=- ? ? ?????????? 3.2计算H ?和S ?的方法 1.状态方程法： P P V dH C dT V T dP T ?? ???=+- ???????? P P C V dS dT dP T T ???=- ???? 2.剩余性质法： ①普遍化压缩因子图 ()()0 1 R R R T C C C H H H RT RT RT ω =+ ()()0 1 R R R T S S S R R R ω = +
第一章习题解答 一、问答题： 1-1化工热力学与哪些学科相邻？化工热力学与物理化学中的化学热力学有哪些异同点？ 【参考答案】：高等数学、物理化学是化工热力学的基础，而化工热力学又是《化工原理》、《化工设计》、《反应工程》、《化工分离过程》等课程的基础和指导。化工热力学是以化学热力学和工程热力学为基础。化工热力学与化学热力学的共同点为：两者都是利用热力学第一、第二定律解决问题；区别在于：化学热力学的处理对象是理想气体、理想溶液、封闭体系；而化工热力学面对的是实际气体、实际溶液、流动体系，因此化工热力学要比化学热力学要复杂得多。 1-2化工热力学在化学工程与工艺专业知识构成中居于什么位置？ 【参考答案】：化工热力学与其它化学工程分支学科间的关系如下图所示，可以看出，化工热力学在化学工程中有极其重要的作用。 1-3化工热力学有些什么实际应用？请举例说明。 【参考答案】： ①确定化学反应发生的可能性及其方向，确定反应平衡条件和平衡时体系的状态。（可行性分析）
②描述能量转换的规律，确定某种能量向目标能量转换的最大效率。（能量有效利用） ③描述物态变化的规律和状态性质。 ④确定相变发生的可能性及其方向，确定相平衡条件和相平衡时体系的状态。 ⑤通过模拟计算，得到最优操作条件，代替耗费巨大的中间试验。 化工热力学最直接的应用就是精馏塔的设计：1）汽液平衡线是确定精馏塔理论板数的依据，可以说没有化工热力学的汽液平衡数据就没有精馏塔的设计；2）精馏塔再沸器提供的热量离不开化工热力学的焓的数据。由此可见，化工热力学在既涉及到相平衡问题又涉及到能量有效利用的分离过程中有着举足轻重的作用。 1-4化工热力学能为目前全世界提倡的“节能减排”做些什么？ 【参考答案】：化工热力学是化学工程的一个重要分支，它的最根本任务就是利用热力学第一、第二定律给出物质和能量的最大利用极限，有效地降低生产能耗，减少污染。因此毫不夸张地说：化工热力学就是为节能减排而生的！ 1-5化工热力学的研究特点是什么？ 【参考答案】：化工热力学的研究特点： (1)从局部的实验数据加半经验模型来推算系统完整的信息； (2)从常温常压的物性数据来推算苛刻条件下的性质； (3)从容易获得的物性数据（p、V、T、x）来推算较难测定或不可测试 的数据（y，H，S，G）； (4)从纯物质的性质利用混合规则求取混合物的性质； (5)以理想态为标准态加上校正，求取真实物质的性质。 其中最大的特点是将实际过程变成理想模型加校正的处理问题方法。
《化工热力学》课程标准 英文名称：Chemical Engineering Thermodynamics 课程编号： 适用专业：应用化学本科学分数：2 一、课程性质 所属一级学科——化学工程，二级学科——化学工程基础学科。 《化工热力学》是应用化学专业的重要专业方向课程。该课程包括化工基础理论，热力学案例分析、化工节能创新等化工技能，是化工类专业教学体系和人才培养体系中比较重要的专业课。 先修课程为《高等数学》、《物理化学》、《化工原理》等。 二、课程理念 1、该课程是化学工程的精髓 《化工热力学》课程属于工学学科门类下化学工程学科，是化工过程研究、开发和设计的理论基础，在科研和生产领域具有不可缺少的地位。它是从化学工程的角度，分析并给出化工过程经历的实质性变化，在原理和计算方法上指导各种化工过程的进行和优化。 该课程是应用化学专业的重要专业方向课程，是化学工程的精髓，是所有单元操作的基础，是《化工原理》、《反应工程》、《化工分离过程》等课程的基础和指导。 该课程在化学化工类人才培养中起着重要的承前启后、由基础到专业的桥梁作用，是化工类人才持续深造和研究开发必须打好的知识功底。 2、理论与工程应用相结合，培养学生的工程与开发能力 该课程定位为工程学科专业方向课，故在培养学生科学素质的同时，始终强调工程能力的培养，将化工热力学理论，模型与工程应用融为一体，旨在培养学生能够应用和建立热力学模型解决化学工程和工艺开发中的问题。 3、砸实热力学知识，培养学生扎实的学习能力和创造能力 该课程是以化工热力学、工程热力学和统计热力学为学科基础，以计算机及其技术为工具，培养学生从热力学角度分析解决现代化工技术的复杂工程问题。为了培养创新型高素质人才，既要给学生以干粮——扎实的热力学知识，又要给学生以猎枪——获取和创造知识的能力。 4、重视过程与动态评价 采用平时表现与考试成绩相结合的评价理念。学生在完成课后作业、课堂讨论、口试等内容和环节后，获得参加考试资格。知识和能力之间应树立一种内在联系，多看重教学过程中学生的参与程度和提高程度，不把期末考试作为教学评价的唯一标准，坚持“过程评价”和“动态评价”。 三、课程目标 总目标： 通过介绍化工热力学的起源、现状和发展，使学生了解热力学在化工过程中的主要实际应用；引导学生构建化工热力学课程的知识网络，使学生掌握化工热力学的基本概念和基本原理，利用化工热力学的方法对化工中物系的热力学性质和其它化工物性进行关联及推算，利用化工热力学的原理和模型进行化工过程能量、相平衡分析和研究；训练学生理论联系实际的思维，使学生具备利用热力学知识分析解决化工领域中有关实际问题的初步能力，形成基本知识扎实、应用能力突出的专业素养。 分目标：
第1章 绪 言 1. 凡是体系的温度升高时，就一定吸热，而温度不变时，则体系既不吸热也不放热。 答：错。等温等压的相变化或化学变化始、终态温度不变，但有热效应。气体的绝热压缩，体系温度升高，但无吸收热量。 2. 当n 摩尔气体反抗一定的压力做绝热膨胀时，其内能总是减少的。 答：对。绝热：Q=0；反抗外压作功：W ＜0；?U=Q ＋W=W<0。 3. 封闭体系中有两个相βα,。在尚未达到平衡时，βα,两个相都是均相敞开体系；达到平衡时， 则βα,两个相都等价于均相封闭体系。 答：对 4. 理想气体的焓和热容仅是温度的函数。 答：对 5. 理想气体的熵和吉氏函数仅是温度的函数。 答：错。理想气体的熵和吉氏函数不仅与温度有关，还与压力或摩尔体积有关。 6. 要确定物质在单相区的状态需要指定两个强度性质，但是状态方程 P=P (T ， V )的自变量中只有一个强度性质，所以，这与相律有矛盾。 答：错。V 也是强度性质 7. 封闭体系的1mol 气体进行了某一过程，其体积总是变化着的，但是初态和终态的体积相等，初态和 终态的温度分别为T 1和T 2，则该过程的? =21T T V dT C U ?；同样，对于初、终态压力相等的过程有 ? =2 1T T P dT C H ?。 答：对。状态函数的变化仅决定于初、终态与途径无关。 8. 状态函数的特点是什么？ 答：状态函数的变化与途径无关，仅决定于初、终态。 9. 对封闭体系而言，当过程的始态和终态确定后，下列哪项的值不能确定: A Q B Q + W, ?U C W （Q=0）,?U D Q （W=0）,?U 答：A 。因为Q 不是状态函数，虽然始态和终态确定，但未说明具体过程，故Q 值不能确定 。 10. 下列各式中哪一个不受理想气体条件的限制 A △H = △U+P△V B CPm - CVm=R C = 常数 D W = nRTln （V2╱V1） 答：A 11.对于内能是体系的状态的单值函数概念的错误理解是: A 体系处于一定的状态,具有一定的内能 B 对应于某一状态,内能只能有一数值,不能有两个以上的数值
- 113 - 第十章 蒸汽动力循环及汽轮机基础知识 10.1 蒸汽动力循环 核电站二回路系统的功能是将一回路系统产生的热能（高温、高压饱和蒸汽）通过汽轮机安全、经济地转换为汽轮机转子的动能（机械能），并带动发电机将动能转换为电能，最终经电网输送给用户。 热能转换为机械能是通过蒸汽动力循环完成的。蒸汽动力循环是指以蒸汽作为工质的动力循环，它由若干个热力过程组成。而热力过程是指热力系统状态连续发生变化的过程。工质则是指实现热能和机械能相互转换的媒介物质，其在某一瞬间所表现出来的宏观物理状态称为该工质的热力状态。工质从一个热力状态开始，经历若干个热力过程（吸热过程、膨胀过程、放热过程、压缩过程）后又恢复到其初始状态就构成了一个动力循环，如此周而复始实现连续的能量转换。核电厂二回路基本的工作原理如图10.1所示。 节约能源、实现持续发展是当今世界的主流。如何提高能源的转换率也是当今工程热力学所研究的重要课题。电厂蒸汽动力循环也发展出如卡诺循环、朗肯循环、再热循环、回热循环等几种循环形式。 10.1.1 蒸汽动力循环形式简介 1.卡诺循环 卡诺循环是由二个等温过程和二个绝热过程组成的可逆循环，表示在温熵（T －S ）图中，如图10.2所示。图中， A-B 代表工质绝热压缩过程，过程中工质的温度由T 2升到T 1，以便于从热源实现等温传热； B-C 代表工质等温吸热过程，工质在温度 凝 结 水 水 蒸 汽 蒸汽推动汽轮机做功，将蒸汽热能转换成汽轮机动能；继而汽轮机带动发电机发电 。 凝结水从蒸汽发生器内吸收一回路冷却剂的热量变成蒸汽 热力循环 图10.1核电厂二回路基本的工作原理 T 1 S T 2
第二章 2-1.使用下述方法计算1kmol 甲烷贮存在体积为0.1246m 3、温度为50℃的容器中产生的压力：（1）理想气体方程；（2）R-K 方程；（3）普遍化关系式。 解：甲烷的摩尔体积V =0.1246 m 3/1kmol=124.6 cm 3/mol 查附录二得甲烷的临界参数：T c =190.6K P c =4.600MPa V c =99 cm 3/mol ω=0.008 (1) 理想气体方程 P=RT/V=8.314×323.15/124.6×10-6=21.56MPa (2) R-K 方程 22.5 22.5 6 0.52 6 8.314190.60.427480.42748 3.2224.610 c c R T a Pa m K mol P - ?== =???? 531 68.314190.60.08664 0.08664 2.985104.610 c c RT b m mol P --?===??? ∴() 0.5RT a P V b T V V b = --+ ()()50.555 8.314323.15 3.222 12.46 2.98510323.1512.461012.46 2.98510---?= - -???+? =19.04MPa (3) 普遍化关系式 323.15190.6 1.695r c T T T === 124.699 1.259r c V V V ===＜2 ∴利用普压法计算，01Z Z Z ω=+ ∵ c r ZRT P P P V = = ∴ c r PV Z P RT = 65 4.61012.46100.21338.314323.15 c r r r PV Z P P P RT -???===? 迭代：令Z 0=1→P r0=4.687 又Tr=1.695，查附录三得：Z 0=0.8938 Z 1=0.4623 01Z Z Z ω=+=0.8938+0.008×0.4623=0.8975 此时，P=P c P r =4.6×4.687=21.56MPa 同理，取Z 1=0.8975 依上述过程计算，直至计算出的相邻的两个Z 值相差很小，迭代结束，得Z 和P 的值。 ∴ P=19.22MPa 2-2.分别使用理想气体方程和Pitzer 普遍化关系式计算510K 、2.5MPa 正丁烷的摩尔体积。已知实验值为1480.7cm 3/mol 。 解：查附录二得正丁烷的临界参数：T c =425.2K P c =3.800MPa V c =99 cm 3/mol ω=0.193
天津市高等教育自学考试课程考试大纲 课程名称：化工热力学课程代码：0708 第一部分课程性质与目标 一、课程性质与特点化工热力学是高等教育自学考试化学工程专业所开设的专业基础课程之一。它是化学工程学的一个重要分支，也是化工过程研究、开发与设计的理论基础。本课程系统地介绍了将热力学原理应用于化学工程技术领域的研究方法。它以热力学第一、第二定律为基础，研究化工过程中各种能量的相互转化及其有效利用，深刻阐述了各种物理和化学变化过程达到平衡的理论极限、条件和状态。它是一门理论性与应用性均较强的课程。 二、课程目标与基本要求 设置本课程，为了使考生能够掌握化工热力学的基本概念、理论和专业知识；能利用化工热力学的原理和模型对化工中涉及到的化学反应平衡原理、相平衡原理等进行分析和研究；能利用化工热力学的方法对化工中涉及的物系的热力学性质和其它化工物性进行关联和推算；并学会利用化工热力学的基本理论对化工中能量进行分析等。 通过本课程学习，要求考生： 1、正确理解化工热力学的有关基本概念和理论； 2、理解各个概念之间的联系和应用； 3、掌握化工热力学的基本计算方法； 4、能理论联系实际，灵活分析和解决实际化工生产和设计中的有关问题。 三、与本专业其它课程的关系化工热力学是化工类专业必修的专业基础课程，它与化学工程专业的许多其它课程有着十分密切的关系。物理化学是本课程的基础，同时本课程又是化工原理、化工设计、反应工程、化工分离过程等课程的基础和指导。 第二部分考核内容与考核目标 第一章绪论 一、学习目的与要求通过本章学习，正确认识“热”的概念及人们对于“热”的认识发展过程；了解化工热力学的主要内容及研究方法。 二、考核知识点与考核目标 （一）什么是“热” （一般）识记：人们对于“热”的几种认识；“热”概念的发展过程 （二）化工热力学的主要内容（次重点）识记：化工热力学的主要内容理解：“化工热力学”与“物理化学”的主要区别 （三）化工热力学的研究方法（一般）识记：化工热力学的研究方法有经典热力学方法和分子热力学方法。 第二章流体的p－V－T 关系 、学习目的与要求 通过本章的学习，能熟练掌握流体（特别是气体）的各种类型的p、V、T 关系（包括 状态方程法和对应状态法）及其应用、优缺点和应用范围。 二、考核知识点与考核目标 （一）维里方程（重点）理解：维里方程的几种形式维里系数的物理意义应用：二阶舍项的维里方
第十章 蒸汽动力循环 蒸汽动力装置：是实现热能→机械能的动力装置之一。 工质 ：水蒸汽。 用途 ：电力生产、化工厂原材料、船舶、机车等动力上的应用。 本章重点： 1、蒸汽动力装置的基本循环 朗肯循环 匀速 回热循环 2、蒸汽动力装置循环热效率分析 y T 的计算公式 y T 的影响因素分析 y T 的提高途径 10-1 水蒸气作为工质的卡诺循环 热力学第二定律通过卡诺定理证明了在相同的温度界限间，卡诺循环的热效率最高，但实际上存在种种困难和不利因素，使得实际循环（蒸汽动力循环）至今不能采用卡诺循环但卡诺循环在理论上具有很大的意义。 二、为什么不能采用卡诺循环 若超过饱和区的范围而进入过热区则不易保证定温加热和定温放热，即不能按卡诺循环进行。 1-2 绝热膨胀（汽轮机） 2-C 定温放热（冷凝汽） 可以实现 5-1 定温加热（锅炉） C-5 绝热压缩（压缩机） 难以实现 原因：2-C 过程压缩的工质处于低干度的湿汽状态 1、水与汽的混合物压缩有困难，压缩机工作不稳定，而且3点的湿蒸汽比容比 水大的多'23νν>' 2 32000νν≈需比水泵大得多的压缩机使得输出的净功大大 p v
减少，同时对压缩机不利。 2、循环仅限于饱和区，上限T1受临界温度的限制，即使是实现卡诺循环，其理论效率也不高。 3、膨胀末期，湿蒸汽所含的水分太多不利于动机 为了改进上述的压缩过程人们将汽凝结成水，同时为了提高上 限温这就需要对卡诺循环进行改进，温度采用过热蒸汽使T1高于临界温度，改进的结果就是下面要讨论的另一种循环—朗肯循环。 10-2 朗肯循环 过程： 从锅炉过热器与出来的过热蒸汽通过管道进入汽轮机T，蒸汽部分热能在T 中转换为机械带动发电机发电，作了功的低压乏汽排入C，对冷却水放出γ，凝结成水，凝结成的水由给水泵P送进省煤器D′进行预热，然后在锅炉内吸热汽化，饱和蒸汽进入S继续吸热成过热蒸汽，过程可理想化为两个定压过程，两个绝热过程—朗诺循环。 1-2 绝热膨胀过程，对外作功 2-3 定温（定压）冷凝过程（放热过程） 3-4 绝热压缩过程，消耗外界功 4-1 定压吸热过程，（三个状态） 4-1过程：水在锅炉和过热器中吸热由未饱和水变为过热蒸汽过程中工质与外界无技术功交换。 1-2过程：过热蒸汽在汽抡机中绝热膨胀，对外作功，在汽轮机出口工质达到低压低温蒸汽状态称乏汽。 2-3过程：在冷凝器中乏汽对冷却水放热凝结为饱和水。 3-4过程：水泵将凝结水压力提高，再次送入锅炉，过程中消耗外功。
化工热力学各章节习题 第一章 绪论 一、选择题(共3小题，3分) 1、(1分)关于化工热力学用途的下列说法中不正确的是（ ） A.可以判断新工艺、新方法的可行性。 B.优化工艺过程。 C.预测反应的速率。 D.通过热力学模型，用易测得数据推算难测数据；用少量实验数据推算大量有用数据。 E.相平衡数据是分离技术及分离设备开发、设计的理论基础。 2、(1分)关于化工热力学研究特点的下列说法中不正确的是（ ） （A ）研究体系为实际状态。 （B ）解释微观本质及其产生某种现象的内部原因。 （C ）处理方法为以理想态为标准态加上校正。 （D ）获取数据的方法为少量实验数据加半经验模型。 （E ）应用领域是解决工厂中的能量利用和平衡问题。 3、(1分)关于化工热力学研究内容，下列说法中不正确的是（ ） A.判断新工艺的可行性。 B.化工过程能量分析。 C.反应速率预测。 D.相平衡研究 参考答案 一、选择题(共3小题，3分) 1、(1分)C 2、(1分)B 3、(1分)C 第二章 流体的PVT 关系 一、选择题(共17小题，17分) 1、(1分)纯流体在一定温度下，如压力低于该温度下的饱和蒸汽压，则此物质的状态为（ ）。 A ．饱和蒸汽 B.饱和液体 C ．过冷液体 D.过热蒸汽 2、(1分)超临界流体是下列 条件下存在的物质。 A.高于T c 和高于P c B.临界温度和临界压力下 C.低于T c 和高于P c D.高于T c 和低于P c 3、(1分)对单原子气体和甲烷，其偏心因子ω，近似等于 。 A. 0 B. 1 C. 2 D. 3 4、(1分)0.1Mpa ,400K 的2N 1kmol 体积约为__________ A 3326L B 332.6L C 3.326L D 33.263 m 5、(1分)下列气体通用常数R 的数值和单位，正确的是__________ A K kmol m Pa ???/10314.83 3 B 1.987cal/kmol K C 82.05 K atm cm /3 ? D 8.314K kmol J ?/
化工热力学习题答案-第一至五、第七章
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第一章 绪论 一、选择题(共3小题，3分) 1、(1分)关于化工热力学用途的下列说法中不正确的是（ ） A.可以判断新工艺、新方法的可行性。 B.优化工艺过程。 C.预测反应的速率。 D.通过热力学模型，用易测得数据推算难测数据；用少量实验数据推算大量有用数据。 E.相平衡数据是分离技术及分离设备开发、设计的理论基础。 2、(1分)关于化工热力学研究特点的下列说法中不正确的是（ ） （A ）研究体系为实际状态。 （B ）解释微观本质及其产生某种现象的内部原因。 （C ）处理方法为以理想态为标准态加上校正。 （D ）获取数据的方法为少量实验数据加半经验模型。 （E ）应用领域是解决工厂中的能量利用和平衡问题。 3、(1分)关于化工热力学研究内容，下列说法中不正确的是（ ） A.判断新工艺的可行性。 B.化工过程能量分析。 C.反应速率预测。 D.相平衡研究 参考答案 一、选择题(共3小题，3分) 1、(1分)C 2、(1分)B 3、(1分)C 第二章 流体的PVT 关系 一、选择题(共17小题，17分) 1、(1分)纯流体在一定温度下，如压力低于该温度下的饱和蒸汽压，则此物质的状态为（ ）。 A ．饱和蒸汽 B.饱和液体 C ．过冷液体 D.过热蒸汽 2、(1分)超临界流体是下列 条件下存在的物质。 A.高于T c 和高于P c B.临界温度和临界压力下 C.低于T c 和高于P c D.高于T c 和低于P c 3、(1分)对单原子气体和甲烷，其偏心因子ω，近似等于 。 A. 0 B. 1 C. 2 D. 3 4、(1分)0.1Mpa ,400K 的2N 1kmol 体积约为__________ A 3326L B 332.6L C 3.326L D 33.263 m 5、(1分)下列气体通用常数R 的数值和单位，正确的是__________ A K kmol m Pa ???/10314.83 3 B 1.987cal/kmol K
May 27, 2011
背景 两相接触时，相间将发生物质、能量的交换，直至相的性质如温度、压力、组成等保持恒定，即处于相平衡。掌握相平衡时体系的温度、压力、各相的体积和组成以及其它热力学函数间的关系较为重要。 相平衡是化工分离技术与分离设备开发、设计的理论基础，工业上应用广泛的精馏、吸收、萃取、吸附、结晶等就是分别以汽-液、气-液、液-液、气-固、液-固平衡为设计依据。 本章主要论述相平衡理论及平衡数据的计算，重点讨论汽-液平衡。
进行混合物相平衡计算时，需将混合物的相平衡准则与反映混合物特征的模型(状态方程+混合规则或活度系数模型)结合起来。 Gibbs-Duhem方程反映了混合物中各组分的偏摩尔性质的约束关系，它不仅在检验偏摩尔性质模型时非常 有用，而且因某些偏摩尔性质，例如, ，等，与混合物的相平衡紧密联系，在相平衡数据的检验和推算中也有非常重要的应用。ln i γ?ln i φ1）确定平衡状态； 2）计算互成平衡状态下各个相的性质。 相平衡热力学性质计算包括两个部分：
重点内容： ?平衡性质与判据，混合物的汽液相平衡及其表达?混合物相平衡关系（温度T、压力p、与各相的组成）的确定 ?汽液相平衡计算类型与方法 ?汽-液平衡计算 ?Gibbs-Duhem方程应用于汽液平衡数据的热力学一致性校验
主要内容 7.1 相平衡的判据与相律7.2 汽液平衡相图 7.3 汽液平衡计算
7.1.1 相平衡的判据 7.1 相平衡的判据与相律 等温等压的封闭体系达到平衡的判据： ,()0 T p dG =(7-1) 相平衡指的是溶液中形成若干相，这些相之间保持着物理平衡而处于多相共存状态。一切自发过程必引起体系的自由焓减少，达到平衡时，体系的自由焓最小。
第一章绪论 （1） 明确化工热力学的主要任务是应用经典热力学原理，推算物质的平衡性质，从而解决实际问题，所以物性计算是化工热力学的主要任务。 （2） 掌握热力学性质计算的一般方法 （3） 热力学性质计算与系统有关。大家必须明确不同系统的热力学性质计算与其热力学原理的对应关系，这一点对于理解本课程的框架结构十分重要。 第二章流体的P-V-T关系 （4） 应该理解状态方程不仅可以计算流体的p-V-T性质，而且在推算热力学性质中状态方程是系统特征的重要模型。 （5） 熟悉纯物质的P-V-T相图及其相图上的重要概念，如三相点、临界点、汽化线、熔化线、升华线、等温线、等压线等容线、单相区、两相共存区、超临界流 体区等。能在p-v图和p-T图中定性表达出有关热力学过程和热力学循环。（6） 掌握由纯物质的临界点的数学特征约束状态方程常数的方法。 （7） 理解以p为显函数和以V为显函数的状态方程的形式，以及它们在性质计算中的区别。 （8） 能借助于软件用PR和SRK方程进行p-V-T性质计算，清楚计算时所需要输入的物性常数及其来源。对于均相混合物性质的计算，需要应用混合法则，了解 相互作用参数的含义和取值。 （9） 理解对应态原理的概念，掌握用图表和三参数对应态原理计算物性的方法，了解偏心因子对应态原理。 （10） 能够通过查寻有关手册，估算蒸汽压、饱和气液相摩尔体积、汽化焓等物性，清楚它们之间的关系。 第三章纯流体热力学性质的计算 （11） 均相封闭系统的热力学原理给出了热力学性质之间的普遍化依赖关系，结合表达系统特征的模型就能获得不同热力学性质之间的具体表达式。在物性推算中 应该明确需要给定的独立变量，需要计算的从属变量，以及从属变量与独立变 量之间的关系式。另外，还必须输入有关模型参数，结合一定的数学方法，才 能完成物性推算。 （12） 清楚剩余性质的含义，能用剩余性质和理性气体热容表达状态函数的变化。能够用给定的状态方程推导出剩余性质表达式。 （13） 掌握状态方程计算纯物质饱和热力学性质饿原理，这是属于非均相系统性质计算，在计算时需要将状态方程与相平衡准则结合起来。 （14） 掌握纯物质的压焓图和温熵图的特征以及相图上的重要的点、线、面。运用压焓图和温熵图定性表达热力学状态、过程和定量计算热力学性质。了解压焓图、温熵图以及p-V-T相图之间的相互对应关系。 （15） 熟练掌握并能运用水的性质表。 （16） 了解用热力学性质解析计算方法来制作热力学性质图、表的基本原理。 第四章溶液热力学 （17） 通过本章的学习，必须弄清非均相系统与均相敞开系统之间的关系。对于非均相系统的物性计算，首先必须确定系统的相平衡状态，然后才能进一步计算平 衡的各相的性质。为了得到非均相系统的相平衡准则，均相敞开系统的热力学
第一章 绪论 一、选择题(共3小题，3分) 1、(1分)关于化工热力学用途的下列说法中不正确的是（ ） A.可以判断新工艺、新方法的可行性。 B.优化工艺过程。 C.预测反应的速率。 D.通过热力学模型，用易测得数据推算难测数据；用少量实验数据推算大量有用数据。 E.相平衡数据是分离技术及分离设备开发、设计的理论基础。 2、(1分)关于化工热力学研究特点的下列说法中不正确的是（ ） （A ）研究体系为实际状态。 （B ）解释微观本质及其产生某种现象的内部原因。 （C ）处理方法为以理想态为标准态加上校正。 （D ）获取数据的方法为少量实验数据加半经验模型。 （E ）应用领域是解决工厂中的能量利用和平衡问题。 3、(1分)关于化工热力学研究内容，下列说法中不正确的是（ ） A.判断新工艺的可行性。 B.化工过程能量分析。 C.反应速率预测。 D.相平衡研究 参考答案 一、选择题(共3小题，3分) 1、(1分)C 2、(1分)B 3、(1分)C 第二章 流体的PVT 关系 一、选择题(共17小题，17分) 1、(1分)纯流体在一定温度下，如压力低于该温度下的饱和蒸汽压，则此物质的状态为（ ）。 A ．饱和蒸汽 B.饱和液体 C ．过冷液体 D.过热蒸汽 2、(1分)超临界流体是下列 条件下存在的物质。 A.高于T c 和高于P c B.临界温度和临界压力下 C.低于T c 和高于P c D.高于T c 和低于P c 3、(1分)对单原子气体和甲烷，其偏心因子ω，近似等于 。 A. 0 B. 1 C. 2 D. 3 4、(1分)0.1Mpa ,400K 的2N 1kmol 体积约为__________ A 3326L B 332.6L C 3.326L D 33.263m 5、(1分)下列气体通用常数R 的数值和单位，正确的是__________ A K kmol m Pa ???/10314.83 3 B 1.987cal/kmol K C 82.05 K atm cm /3 ? D 8.314K kmol J ?/ 6、(1分)超临界流体是下列 条件下存在的物质。 A 高于T C 和高于P C B ．高于T C 和低于P C C ．低于T C 和高于P C D ．T C 和P C
一、课程简介 化工热力学是化学工程学科的一个重要分支，是化工类专业学生必修的基础技术课程。 化工热力学课程结合化工过程阐述热力学基本原理、定理及其应用，是解决工业过程（特别是化工过程）中热力学性质的计算和预测、相平衡计算、能量的有效利用等实际问题的。 二、教学目的 培养学生运用热力学定律和有关理论知识，初步掌握化学工程设计与研究中获取物性数据；对化工过程中能量和汽液平衡等有关问题进行计算的方法，以及对化工过程进行热力学分析的基本能力，为后续专业课的学习及参加实际工作奠定基础。 三、教学要求 化工热力学是在基本热力学关系基础上，重点讨论能量关系和组成关系。本课程学习需要具备一定背景知识，如高等数学和物理化学等方面的基础知识。采用灵活的课程教学方法，使学生能正确理解基本概念，熟练掌握各种基本公式的应用领域及应用技巧，掌握化学工程设计与研究中求取物性数据与平衡数据的各种方法。以课堂讲解、自学和作业等多种方式进行。 四、教学内容 第一章绪论 本章学习目的与要求： 了解化工热力学的发展简史、主要内容及研究方法。 第二章流体的P-V-T关系 本章学习目的与要求： 了解纯物质PVT的有关相图中点、线、面的物理意义，掌握临界点的物理意义及其数学特征；理解理想气体的基本概念和数学表达方法，掌握采用状态方程式计算纯物质PVT性质的方法；了解对比态原理，掌握用三参数对比态原理计算纯物质PVT性质的方法；了解真实气体混合物PVT性质的计算方法。 第一节纯物质的PVT关系 1. 主要内容：P-V相图，流体。 2. 基本概念和知识点：临界点。
3. 能力要求：掌握临界点的物理意义及其数学特征。 第二节气体的状态方程式 1. 主要内容：理想气体状态方程，维里方程，R-K方程。 2. 基本概念和知识点：理想气体的数学表达方法，维里方程，van der Waals方程，R-K方程。 3. 能力要求：掌握采用状态方程式计算纯物质PVT性质的方法。 第三节对比态原理及其应用 1. 主要内容：三参数对比态原理，普遍化状态方程。 2. 基本概念和知识点：对比态原理，以ω作为第三参数的对比态原理，普遍化第二维里系数。 3. 能力要求：了解对比态原理，掌握用三参数对比态原理计算纯物质PVT性质的方法。 第四节真实气体混合物的PVT关系 1. 主要内容：混合规则，气体混合物的虚拟临界参数，气体混合物的第二维里系数。 2. 基本概念和知识点：气体混合物的虚拟临界参数，气体混合物的第二维里系数。 3. 能力要求：了解真实气体混合物PVT性质的计算方法。 第三章纯物质（流体）的热力学性质 本章学习目的与要求： 理解Maxwell关系式，掌握热力学性质间的基本关系式和用P-V-T推算其他热力学性质的关系式；理解热容和剩余性质的概念，了解蒸发焓与蒸发熵的计算方法，掌握用状态方程和三参数对应态原理计算焓变与熵变的方法；了解热力学性质图、表的制作原理，会使用热力学性质图或表进行计算。 第一节热力学性质间的关系 1. 主要内容：热力学基本方程，Maxwell关系式。 2. 基本概念和知识点：热力学基本方程，Maxwell关系式及应用。
化工热力学1 一．简答题 1 画出理想朗肯循环的T-S 图， 并写出吸热阶段工质所吸收热量的计算公式。 2 写出()()RT b V b V V T a P =-?? ??? ?++ 5 .0方程中()b V V T a +5.0，b 两项各自的含义。 3 若采用普遍化方法估算50℃、条件下 乙炔气体的逸度，采用图1判断使用哪种更合适？ 图1 图2 4 写出临界点PVT 之间满足的数学条件，并在图2中标出一条大于临界温度的等温线 参考答案： 1答：理想朗肯循环的T-S 图： 1-4阶段为工质吸热，根据热力学第一定律，所吸收热量 2答： () b V V T a +5 .0……压力校正项，1mol 气体分子产生的内压力 b ……体积校正项，1mol 气体分子本身的体积 3 答：K T C 3.308=, P C = 根据图1判断，应使用普遍化逸度系数图计算 4答：临界点PVT 之间满足的数学条件： 图2 二计算题： （需要的参数，图表附后面） 1 采用普遍化第二维里系数法计算1mol CO 2 在624K 、80atm 的摩尔体积 1(15分). 解：K T C 2.304=, P C =,ω= 2 采用普遍化图表计算氮气在42.5℃、时的压缩因子，摩尔体积及剩余焓 2(17分). 解：K T C 2.126=, P C =,ω= 查三参数普遍化压缩因子图，可以得到03.10 =Z ，30.01 =Z 压缩因子： 04.130.0040.003.11 =?+=+=Z Z Z ω 摩尔体积：mol l mol m P ZRT V / 805.0/1005.810 39.35 .315314.804.1346=?=???== - 查普遍化焓差图， 68.0)(0'=?c RT H ， 55.0)(1'-=?c RT H 14H H H Q H -=?=： 0)(=??=Tc T V P 0) ( 22=??=Tc T V P 大于临界温度的等温线
第一章 例题 一、填空题 1. 状态函数的特点是：状态函数的变化与途径无关，仅决定于初、终态 。 2. 单相区的纯物质和定组成混合物的自由度数目分别是 2 和 2 。 3. 封闭体系中，温度是T 的1mol 理想气体从(P i ，V i )等温可逆地膨胀到(P f ，V f )，则所做的 以V 表示) (以P 表示)。 4. 封闭体系中的1mol 理想气体(已知ig P C )，按下列途径由T 1、P 1和V 1可逆地变化至P 2，则 A 等容过程的 W = 0 ，Q =()1121T P P R C ig P ???? ??--，?U =() 1121T P P R C ig P ???? ??--，?H = 112 1T P P C ig P ??? ? ??-。 B 等温过程的 W =21ln P P RT -，Q =2 1ln P P RT ，?U = 0 ，?H = 0 。 C 绝热过程的 W =( ) ???? ????? ? -???? ??--112 11ig P C R ig P P P R V P R C ，Q = 0 ，? U = ( ) ???? ????? ? -??? ? ??-112 11ig P C R ig P P P R V P R C ，?H =112 1T P P C ig P C R ig P ??????????-???? ??。 5. 在常压下1000cm 3液体水膨胀1cm 3，所作之功为 0.101325J ；若使水的表面增大1cm 2， 我们所要作的功是6102.7-?J (水的表张力是72e rg cm -2)。 6. 1MPa=106Pa=10bar=9.8692atm=7500.62mmHg 。 7. 1kJ=1000J=238.10cal=9869.2atm cm 3=10000bar cm 3=1000Pa m 3。 8. 普适气体常数R =8.314MPa cm 3 mol -1 K -1=83.14bar cm 3 mol -1 K -1=8.314 J mol -1 K -1 =1.980cal mol -1 K -1。 二、计算题 1. 一个绝热刚性容器，总体积为V t ，温度为T ，被一个体积可以忽略的隔板分为A 、B 两 室。两室装有不同的理想气体。突然将隔板移走，使容器内的气体自发达到平衡。计算该过程的Q 、W 、U ?和最终的T 和P 。设初压力是（a ）两室均为P 0；（b ）左室为P 0，右室是真空。 解：（a ）不变P T U W Q ,;0,0,0===?
第2章流体的P-V-T 关系 1.掌握状态方程式和用三参数对应态原理计算PVT 性质的方法。 2.了解偏心因子的概念，掌握有关图表及计算方法。 1. 状态方程：在题意要求时使用该法。 ① 范德华方程：常用于公式证明和推导中。 ② R —K 方程： ③ 维里方程： 2. 普遍化法：使用条件：在不清楚用何种状态方程的情况下使用。 三参数法： ① 普遍化压缩因子法 ② 普遍化第二维里系数法 3、Redlich-Kwong （RK ）方程 3、Soave （SRK ）方程 4、Peng-Robinson （PR ）方程 () 22 a 0.45724c r c R T T P α= 0.0778 c c RT b P = §2-5高次型状态方程 5、virial 方程 virial 方程分为密度 型： 和压力型： 第3章 纯物质的热力学性质 1、热力学性质间的关系 dU TdS pdV =- H=U+PV d H T d S V d =+ A=U-TS d A S d T p d V =-- G=H-TS d G S d T V d p =-+ Maxwell 关系式
S V T P V S ?????? =- ? ??????? S P T V P S ?????? = ? ??????? V T P S T V ??????= ? ??????? P T V S T P ?????? =- ? ??????? 转换公式： 1Z X Y X Y Z Y Z X ??????? ??=- ? ? ?????????? 3.2计算H ?和S ?的方法 1.状态方程法： P P V d H C d T V T d P T ?? ???=+- ?? ?????? P P C V d S d T d P T T ??? =- ???? 2.剩余性质法： ①普遍化压缩因子图 () () 1 R R R T C C C H H H RT RT RT ω=+ () () 1 R R R T S S S R R R ω =+ ②普遍化的第二维里系数方法 0101R T r r r C r r H dB dB P B T B T RT dT dT ω????=-+-?? ???? ? 01R T r r r S dB dB P R dT dT ω??=-+ ??? 0 1.60.4220.083r B T =- 1 4.2 0.1720.139r B T =-导出： 0 2.60.675r r dB dT T = 15.20.772r r dB dT T = 第6章 化工过程能量分析 热力学第一定律 一、功 W p dV δ=-外 不可逆过程: 2112W P dV =-?外体 可逆过程： 21 V rev V W p dV =-? 体体 规定：体系吸热为正，放热为负；对外做功为负，接受功为正。 二、封闭系统的能量平衡式： U Q W ?=+ dU q w δδ=+ 适用于可逆与不可逆过程。 三、稳定流动过程的能量平衡式： 22S C C u g Z H Q W g g ???++=+ （1J Kg -?） （一）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：