化工热力学有效能

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()22a 0.45724c r cR T T P α=0.0778c cRT 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 Tp d V =--G=H-TS d G S d TV 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 TV S T P ∂∂⎛⎫⎛⎫=- ⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭ 转换公式： 1Z X YX 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 PT ⎡⎤∂⎛⎫=+- ⎪⎢⎥∂⎝⎭⎣⎦ P PC V d S d T d PT T ∂⎛⎫=- ⎪∂⎝⎭ 2.剩余性质法：①普遍化压缩因子图()()1R R RTC C C H H H RT RT RT ω=+ ()()1R R RTS S SRRRω=+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 =-14.20.1720.139r B T =-导出：0 2.60.675r r dB dT T = 15.20.772r rdB dT T = 第6章 化工过程能量分析热力学第一定律一、功 Wp dVδ=-外不可逆过程: 2112W P dV =-⎰外体可逆过程： 21V 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。

化工热力学总结（1）写出多相系统的热力学方程；（2）二组分溶液，若已知一组分的逸度和组分含量，如何求另一组分的逸度？ （3）低压下，由气液相平衡关系测得｛P ，y ，x ，T ｝，如何由提供的这些数据算出活度系数。

（4）GE> 0，属于正负偏差溶液？为什么？(5)真实溶液在反应器中，经过绝热变化后，系统熵变∆S= - 13000 J ，判断此过程的可能性。

(6)二组分溶液，其超额Gibbs 自由能满足：GE/RT=150-45x1-5x13，求各组分的活度系数r1, r2Gibbs 函数(G 函数) 应用反映真实气体与理想气体性质之差，称之为剩余G 函数。

与逸度或逸度系数的关系：反映真实溶液和理想溶液性质之差,称为过量Gibbs 函数。

与活度或活度系数的关系为:实验数据的热力学一致性检验 相平衡和化学平衡 有效能的综合利用：理想功与有效能也是一种Gibbs 函数。

理想功: 有效能: 第二章 流体的 P-V-T 关系2.1 纯物质的P-V-T 关系 2.2 气体的状态方程 2.3 对比态原理及其应用2.4 真实气体混合物的P-V-T 关系 2.5 液体的P-V-T 性质 理想气体方程TSH G -=RTTS H RT G RR R pf -===ϕln )ln(0ˆ(/)ln()ln ii i j iE f i f x i T p n nG RT n γ≠⎡⎤∂==⎢⎥∂⎣⎦、、0G T p ∆=、恒定id 00()W H T S G T p T =-∆+∆=∆,,X 00000()()(,,)E H H T S S G T p T p =--+-=∆,PV RTZ PVRT===11 在较低压力和较高温度下可用理想气体方程进行计算。

2 为真实气体状态方程计算提供初始值。

3 判断真实气体状态方程的极限情况的正确程度，当 或者 时，任何的状态方程都还原为理想气体方程。

立方型状态方程立方型状态方程可以展开成为 V 的三次方形式。

第四章 化工过程的能量分析4-1 设有一台锅炉，水流入锅炉是之焓为62.7kJ ·kg -1，蒸汽流出时的焓为2717 kJ ·kg -1，锅炉的效率为70％，每千克煤可发生29260kJ 的热量，锅炉蒸发量为4.5t ·h -1，试计算每小Q W Z g u H s +=∆+∆+∆221体系与环境间没有功的交换：0=s W ，并忽 动能和位能的变化， 所以： Q H =∆设需要煤mkg ，则有：%7029260)7.622717(105.43⨯=-⨯m 解得：kg m 2.583=4－5 一台透平机每小时消耗水蒸气4540kg ，水蒸气在4.482MPa 、728K 下以61m ·s -1的速度进入机内，出口管道比进口管到底3m ，排气速度366 m ·s -1。

透平机产生的轴功为703.2kW ，热损失为1.055×105kJ ·h -1。

乏气中的一小部分经节流阀降压至大气压力，节流阀前后的流速变化可忽略不计。

式计算经节流后水蒸气的温度及其过热度。

解：稳态流动体系能量衡算方程：Q W Z g u H s +=∆+∆+∆221 以每小时单位水蒸气作为计算标准1524.23454010055.1-⋅-=⨯-=kg kJ Q16.557454036002.703-⋅-=⨯-=kg kJ W s132221222117.6510)61366(21)(2121--⋅=⨯-⨯=-=∆kg kJ u u u 133104.2910)3(8.9---⋅⨯-=⨯-⨯=∆=kg kJ Z g Z p将上述结果代入能量衡算方程得到：193.645-⋅-=∆kg kJ H 查表得到4.482MPa ，728K 过热水蒸汽焓值：113340-⋅=kg kJ H 进出口焓变为出口气体焓值减去进口气体焓值：12H H H -=∆ 对于节流膨胀过程，节流膨胀过程为等焓过程，0'=∆H节流后水蒸气焓值：11226946463340-⋅=-=∆+=kg kJ H H H内插法查0.1MPa 下过热水蒸汽表，得到：C T ︒=5.106，过热度6.5℃4－16 1mol 理想气体，400K 下在气缸内进行恒温不可逆压缩，由0.1013MPa 压缩到1.013MPa 。

第1章 绪言一、是否题1.孤立体系的热力学能与熵都是一定值。

(错。

G S H U ∆∆=∆=∆,,0,0但与0不一定等于A ∆，如一体积等于2V 的绝热刚性容器，被一理想的隔板一分为二，左侧状态是T ，P 的理想气体，右侧是T 温度的真空。

当隔板抽去后，由于Q ＝W ＝0，0=U ∆，0=T ∆，0=H ∆，故体系将在T ，2V ，0.5P 状态下达到平衡，()2ln 5.0ln R P P R S =-=∆，2ln RT S T H G -=-=∆∆∆，2ln RT S T U A -=-=∆∆∆）2. 封闭体系的体积为一常数。

（错）3. 理想气体的焓与热容仅是温度的函数。

（对）4.理想气体的熵与吉氏函数仅是温度的函数。

（错。

还与压力或摩尔体积有关。

）5.封闭体系的1mol 气体进行了某一过程，其体积总是变化着的，但是初态与终态的体积相等，初态与终态的温度分别为T 1与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⎰=21T T P dT C H ∆。

（对。

状态函数的变化仅决定于初、终态与途径无关。

） 6.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）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.单相区的纯物质与定组成混合物的自由度数目分别是 2 与 2 。

3. 1MPa=106Pa=10bar=9.8692atm=7500.62mmHg 。

4.1kJ=1000J=238.10cal=9869.2atm cm 3=10000bar cm 3=1000Pa m 3。

5.普适气体常数R=8.314MPa cm3 mol-1 K-1=83.14bar cm3 mol-1K-1=8.314J mol-1 K-1=1.980cal mol-1 K-1。

第2章Ｐ－Ｖ－Ｔ关系与状态方程一、是否题1.纯物质由蒸汽变成液体，必须经过冷凝的相变化过程。

第四章祀工过穆的滋蚤今祈4. 1能量平衡方程及其应用4. 2热力学第二定律与爛平衡4.3理想功和损失功4・4过程火用分析4. 4过程火用今祈4. 4. 1火用的概念4. 4・2物理火用的计算4. 4・3化学火用的计算4. 4. 4火无4・4・不可逆性和火用损失I 4・6火闿衡算及火用效率4. 4・7火用分析法及其应用I 4. 4.1有效能（炯）的概念能量不町又有数量的大小，而且还有品质（位）的高低。

能量品质的高低体现在它的转换能力上，即能量转换为功的能力。

按能量转化为有用功的多少，可以把能量分为三类:■高（品）质能量：理论上能完全转化为有用功的能量。

质和量是统一的，如电能、机械-低（品）质能量：能部分转化为有用功的能量。

如物质的内能（焙）、热能和以热的形式传递的能量。

■僵态能量：理论上不能转化为功的能量。

如海水、地壳、处于环境状态下的能量;❿为了衡量能量的可利用程度或比较体系在不同状态下可用于作功的能量大小，1932Keenen 提出了能量的“可用性”概念，1956年Rant国夕卜：g^ergy, essergy, availab订ity, available energy, utilizable energy • •・国内：■解賄疑可用能、资用能等我们采用：有迦工”并用符号瓦表示JI)・（有效能）的定义:由体系所处的状态到达基准态所提供的最大有疇即为体系处于该状态的火用。

用比表示■炕（无效能）:理论上不能转化为有用功的能量。

■为表达体系处于某状态的作功能力，先要确定一个基准态,并定义在基准态体系作功能力为所谓的基准态就是体系变化到与周围自然环境达到完全平衡的状态。

这种平衡包括热平衡.力平衡和化学平衡。

♦平衡的环境状态即为热力学死态（寂态），体系处于热力学死态时，火用为零。

即基准态下体系的作功能力为零。

2）•火用（有效能）的组成F于没有核•磁•电与表面张力效应的过程，稳流体系的火用可由下列四个主要部分组成：♦火用珂二动能火用E K +位能火用E,P+物理火用珂,ph +化学火用码♦由于动能和位能对火用的贡献很小，可忽略不计，此时：火用二物理火用+化学火用♦物理火用：物系由所处的状态到达与环境成约束性平衡状态所提供的最大有用功，即为该物系的物理火用。