化工热力学第七章3
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《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。
第7章 相平衡与化学反应平衡一、是否题1. 在一定温度T (但T <T c )下,纯物质的饱和蒸汽压只可以从诸如Antoine 等蒸汽压方程求得,而不能从已知常数的状态方程(如PR 方程)求出,因为状态方程有三个未知数(P 、V 、T )中,只给定了温度T ,不可能唯一地确定P 和V 。
(错,因为纯物质的饱和蒸汽压代表了汽液平衡时的压力。
由相律可知,纯物质汽液平衡状态时自由度为1,若已知T ,其蒸汽压就确定下来了。
已知常数的状态方程中,虽然有P 、V 、T 三个变量,但有状态方程和汽液平衡准则两个方程,所以,就能计算出一定温度下的蒸汽压。
) 2. 混合物汽液相图中的泡点曲线表示的是饱和汽相,而露点曲线表示的是饱和液相。
(错) 3. 在一定压力下,组成相同的混合物的露点温度和泡点温度不可能相同。
(错,在共沸点时相同)4. 一定压力下,纯物质的泡点温度和露点温度是相同的,且等于沸点。
(对)5. 由(1),(2)两组分组成的二元混合物,在一定T 、P 下达到汽液平衡,液相和汽相组成分别为11,y x ,若体系加入10 mol 的组分(1),在相同T 、P 下使体系重新达到汽液平衡,此时汽、液相的组成分别为'1'1,y x ,则1'1x x >和1'1y y >。
(错,二元汽液平衡系统的自由度是2,在T ,P 给定的条件下,系统的状态就确定下来了。
) 6. 在(1)-(2)的体系的汽液平衡中,若(1)是轻组分,(2)是重组分,则11x y >,22x y <。
(错,若系统存在共沸点,就可以出现相反的情况)7. 在(1)-(2)的体系的汽液平衡中,若(1)是轻组分,(2)是重组分,若温度一定,则体系的压力,随着1x 的增大而增大。
(错,若系统存在共沸点,就可以出现相反的情况)8. 纯物质的汽液平衡常数K 等于1。
(对,因为111==y x )9. 理想系统的汽液平衡K i 等于1。
习 题 七 及 答 案一、问答题7-1. Rankine 循环与卡诺循环有何区别与联系? 实际动力循环为什么不采用卡诺循环?答:两种循环都是由四步组成,二个等压过程和二个等熵(可逆绝热)过程完成一个循环。
但卡诺循环的二个等压过程是等温的,全过程完全可逆;Rankine 循环的二个等压过程变温,全过程只有二个等熵过程可逆。
卡诺循环中压缩机压缩的是湿蒸汽,因气蚀损坏压缩机;且绝热可逆过程难于实现。
因此,实际动力循环不采用卡诺循环。
7-2. Rankine 循环的缺点是什么? 如何对其进行改进?答:Rankine 循环的吸热温度比高温燃气温度低很多,热效率低下,传热损失极大。
可通过:提高蒸汽的平均吸热温度、提高蒸汽的平均压力及降低乏汽的压力等方法进行改进。
7-3.影响循环热效率的因素有哪些?如何分析?答:影响循环热效率的因素有工质的温度、压力等。
具体可利用下式1L HT T η=- 分析确定哪些因素会改变L H T T 或,从而得到进一步工作的方案。
7-4.蒸汽动力循环中,若将膨胀做功后的乏气直接送人锅炉中使之吸热变为新蒸汽,从而避免在冷凝器中放热,不是可大大提高热效率吗? 这种想法对否? 为什么?答:不合理。
蒸汽动力循环以水为工质,只有在高压下才能提高水温;乏汽的压力过低,不能直接变成高压蒸汽。
与压缩水相比较,压缩蒸汽消耗的工太大,不仅不会提高热效率,反而会大大降低热效率。
7-5.蒸气压缩制冷循环与逆向卡诺循环有何区别与联系? 实际制冷循环为什么不采用逆向卡诺循环?答:两种循环都是由四步组成,二个等压过程和二个等熵(可逆绝热)过程完成一次循环。
但逆向卡诺循环的二个等压过程是等温的,全过程完全可逆;蒸气压缩制冷循环的二个等压过程变温,全过程只有二个等熵过程可逆。
Carnot 制冷循环在实际应用中是有困难的,因为在湿蒸汽区域压缩和膨胀会在压缩机和膨胀机汽缸中形成液滴,造成“汽蚀”现象,容易损坏机器;同时压缩机汽缸里液滴的迅速蒸发会使压缩机的容积效率降低。
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 c3、(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 。
34、(1分)0.1Mpa ,400K 的2N 1kmol 体积约为__________A 3326LB 332.6LC 3.326LD 33.263m5、(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 ⋅⋅⨯/10314.833B 1。
987cal/kmol KC 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。
《化工热力学》课程教学大纲授课专业:化学工程与工艺学时数:72学分数:4一、课程的性质和目的本课程是在物理化学等先修课的基础上讲解的,本课程应在学生学过物理化学,经过工厂认识实习,并具备化工过程与设备的知识基础上讲授。
《化工热力学》是化学工程与工艺专业本科生的一门重要的专业基础课,也是该专业的主干课程。
热力学是一门研究能量、物质和它们之间相互作用规律的科学。
在化工生产以及化工过程的开发设计中有重要的意义,它不但成为化工过程各环节进行理论分析的依据,而且提供了有效的计算方法,成为化学工程学的重要组成部分,是化学工程与工艺专业学生必须掌握的专业基础知识,其主要任务是培养学生运用热力学原理分析和解决化工生产过程中有关能量转换、相变和化学变化的实际问题的能力,初步掌握化学过程设计与研究中获取物性数据,对化工过程进行有关计算的方法,也为后继专业课的学习和进行化工过程研究、开发与设计奠定必要的理论基础。
本课程是双语教学,可引导化工工艺类各专业学生在学习了大学英语和专业英语的基础上,能以较快速度阅读、理解并掌握英语原著的精神,培养以英语做习题、回答问题与进行讨论的能力,进一步提高学生对英语的读、听和写的能力,熟悉科技英语的表达方式,有利于今后与国际同行的交流。
二、课程教学内容第一章绪论(10学时)主要内容:1、了解化工热力学的范围,化工热力学是如何形成一门专门的学科的,化工工程师要用化工热力学的知识去解决什么问题。
2、弄清一些基本概念(温度、力、能量、功……)的来历和定义,特别是质量与重量,重量与压力,热、功、能的相互关系和相互转换重点:化工热力学的一些基本概念难点:重量(力)与质量的区别,单位的转换,影响测温正确性的因素第二章:第一定律及其它基本概念(10学时)主要内容:1.证明功与热可互相转换的焦耳实验热与内能能量的不同形式(位能、动能、内能、化学能)基于能量守恒的热力学第一定律热容与比热2.封闭系统与稳定流动过程状态函数与焓第一定律的两种表达式3.热力学状态独立变量与相律4.平衡的概念可逆过程及其必须的条件重点:封闭系统与稳定流动过程第一定律表达;状态函数与焓难点:稳定流动过程第一定律;能量的可利用程度或品质高低的衡量第三章:纯流体的容量性质(12学时)主要内容:1.纯物质的PVT性质维里方程理想气体及其状态方程压缩因子2.维里方程的应用第二、第三维里系数二项与三项截项式应用范围3.立方型状态方程及其应用4.普遍化关系重点:理想气体与实际气体的差别,P-V-T相图及其相图上的重要概念,理想气体状态方程、维里方程截项式与三次状态方程的不同应用范围难点:均相混合物性质的计算,纯物质的临界点的数学特征约束状态方程常数的方法。
化工热力学详细课后习题答案陈新志化工热力学是化学工程领域的一门重要基础课程,它对于理解和设计化工过程具有至关重要的作用。
陈新志编写的相关教材中的课后习题,更是对课程知识的巩固和深化。
以下是为您提供的详细课后习题答案。
首先,我们来看第一章的习题。
例如,有一道关于热力学第一定律应用的题目。
题目中给出了一个化工过程中能量的输入和输出情况,要求计算系统的热力学能变化。
解题的关键在于准确列出能量平衡方程,将各种形式的能量转化为相同的单位进行计算。
根据输入能量总和减去输出能量总和等于系统热力学能变化的原理,逐步计算出结果。
第二章的习题往往涉及到热力学第二定律和熵的概念。
比如,有一个关于判断过程是否可逆以及计算熵变的问题。
要解决这类题目,需要先明确可逆过程的特征,即系统和环境之间的压力和温度差无限小。
然后,根据给定的条件计算出初态和终态的熵值,进而求出熵变。
如果熵变大于零,则过程不可逆;熵变等于零,则过程可逆。
第三章关于热力学性质的计算是重点和难点。
比如,有习题要求根据给定的状态方程计算物质的体积、压力、温度等热力学性质。
在解题时,需要熟练掌握各种状态方程的形式和应用条件,通过代数运算或者迭代法求解未知数。
再来看第四章相平衡的习题。
这部分通常会给出一些混合物的组成和温度、压力等条件,要求判断相态并计算各相的组成。
解题时,需要运用相律和相平衡准则,通过绘制相图或者利用数学方法求解方程组来得出答案。
第五章的化学平衡习题,经常涉及到化学反应的平衡常数计算和反应方向的判断。
例如,给定一个化学反应式和各物质的初始浓度,要求计算平衡常数和判断反应是否达到平衡。
这需要运用化学平衡的基本原理和公式,结合物质的热力学性质进行计算和分析。
第六章关于非均相系统热力学的习题,可能会考察界面现象和表面张力的相关知识。
比如,计算液体在毛细管中的上升高度或者固体颗粒在液体中的沉降速度等。
解题时,要运用相应的物理模型和数学公式,考虑表面张力和重力等因素的影响。