化工热力学总结

1、临界点临界点过冷液体区过冷液体区一、纯物质的一、纯物质的P-V图图饱和液相线饱和液相线饱和汽相线饱和汽相线汽液两相平衡区汽液两相平衡区F=C-P+2=1v超临界超临界流体流体区区（TTc和和PPc）过热蒸汽区过热蒸汽区 点点在在点点在在CVPCVPTT0022 恒温线恒温线例例1 、将下列纯物质经历的过程表示在将下列纯物质经历的过程表示在P-V图上：图上：1）过热蒸汽等温冷凝为过冷液体；）过热蒸汽等温冷凝为过冷液体；2）过冷液体等压加热成过热蒸汽；）过冷液体等压加热成过热蒸汽；3）饱和蒸汽可逆绝热膨胀；）饱和蒸汽可逆绝热膨胀；4）饱和液体恒容加热；）饱和液体恒容加热；5）在临界点进行的恒温膨胀

2、）在临界点进行的恒温膨胀CPV13(T降低降低)4251）过热蒸汽等温冷凝为过冷液体；）过热蒸汽等温冷凝为过冷液体；2）过冷液体等压加热成过热蒸汽；）过冷液体等压加热成过热蒸汽；3）饱和蒸汽可逆绝热膨胀；）饱和蒸汽可逆绝热膨胀；4）饱和液体恒容加热；）饱和液体恒容加热；5）在临界点进行的恒温膨胀）在临界点进行的恒温膨胀二、几个常用的状态方程：二、几个常用的状态方程：1. 1. 理想气体状态方程理想气体状态方程RTpV 2. 2. 维里方程维里方程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、范德瓦尔斯方程范德瓦尔斯方程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仅有一个实根，对应于超临界仅有一个实根，对应于超临界流体和气体的摩尔体积。流体和气体的摩尔体积。三个重实根三个重实根 V=VcCPP*TTc三个不同实根，发生于两相区三个不同实根，发生于两相区V大大对应于饱和汽摩尔体积对应于饱和汽摩尔体积V小小对应于饱和液摩尔体积对应于饱和液摩尔体积V中中无物理意义。无物理意义。3)T 0 为不可逆过程；为不可逆过程；Sg

4、 = 0 为可逆过程；为可逆过程；Sg 0，有：，有：对于可逆绝热过程，对于可逆绝热过程， Sg = 0，则有：，则有：三、温熵图三、温熵图123456TS图4-9 节流膨胀过程TP1P2ST2/22/T2图4-10 等熵膨胀过程四、卡诺循环四、卡诺循环HLcTT1热机效率热机效率制冷效率制冷效率LHLTTT热泵的制热系数热泵的制热系数LHHTTT例：某热泵功率为例：某热泵功率为10kW10kW，周围自然环境温度为，周围自然环境温度为00。用户要求供热的温度为用户要求供热的温度为9090。求此热泵最大的供热。求此热泵最大的供热量以及热泵从环境吸收的热量。量以及热泵从环境吸收的热量。解：热泵提供

5、的最大热量，应按逆卡诺循环，即：解：热泵提供的最大热量，应按逆卡诺循环，即：035. 40909015.273LHHTTT最大供热量为：最大供热量为：skJWQsH/35.4010035. 4从环境吸收的热量为：从环境吸收的热量为：skJWQQsHL/35.301035.40第六章重点内容第六章重点内容一、理想功和损耗功一、理想功和损耗功STHWid0对于化学反应来说对于化学反应来说STHWid0GSTH0sidLWWW高乌高乌斯托多拉公式斯托多拉公式gLtLSTWSTW00或TTQSSmSmSSTWfiiniijoutjjggL001应计入热流的作功能力非绝热过程，实际功中耗功多股物流的敞开

6、体系损二、化工单元过程的热力学分析二、化工单元过程的热力学分析21000021PPVTTWdPTVTSTSTWLVppgL变化小1. 1. 流动过程：流动过程：12120000/ln11TTTTTQTTTTTWTTTTQTTTTTTTQTTQWmLmHmLmHmLLmHmLHLHLHLLHHL替代、为变量，则用平均温度、若2. 传热过程：传热过程：3. 3. 混合过程混合过程iiimidiiiidiiiidxxRTTTHWxxRTWyyRTWln1lnln0000想功想功非理想溶液，分离的理非理想溶液，分离的理液体分离的理想功液体分离的理想功气体分离的理想功气体分离的理想功三、火用分析三、火用

7、分析XCXPhXPXKXEEEEE组成组成系由四个系由四个稳定流动过程流体的稳定流动过程流体的在基准状态下，上述的四个成分的在基准状态下，上述的四个成分的 均为零。均为零。 由体系所处的状态到达基准态所提供的理想功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。即为体系处于该状态的有效能。 例例1: 1.5MPa、500的过热水蒸气推动透的过热水蒸气推动透平机作功，乏汽压力平机作功，乏汽压力50kPa,温度温度148。每千克。每千克蒸汽通过透平机时有蒸汽通过透平机时有6.32kJ的热量散失于的热量散失于25的环境。求此过程的实际功、理想功、损失功的环境。求此过程的实际功、理

8、想功、损失功和热力学效率。已知和热力学效率。已知1.5 MPa、500水蒸气的水蒸气的焓值焓值H1=3473.1kJKg-1，熵值，熵值S1=7.5698kJkg-1K-1；50kPa、148时水蒸气的焓值时水蒸气的焓值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：有一股温度为：有一股温度为9090、流量为、流量为72000kg/h72000kg/h的的热水和另一股温度为热水和另一股温度为5050、流量为、流量为108000kg/h108000kg/h的水绝热混合。试分别用熵分析法和火用分析的水绝热混合。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。大气温度为法计算混合过程的火用损失。大气温度为2525。解：对绝热稳流过程，由于无轴功交换，根据解：对绝热稳流过程，由于无轴功交换，根据热力学第一定律知：热力学第一定律知：0H设混合的终态温度为设混合的终态温度为T2，水的热容，水的热容Cp不随温度改不随温度改变

10、，则变，则121221()()0ppHmCTTm CTT1 12 121272000901080005072000108000mTm TTmm解得：解得：= 66 熵分析：熵分析：因是绝热过程，所以因是绝热过程，所以Q=0， ，故过程熵产，故过程熵产为：为：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火用损失即为功损耗，即火用损失即为功损耗，即（2 2） 火用分析法火用分析法从附表从附表3 3分别查得各状态下水的焓和熵值为分别查得各状态下水的焓和熵值为温度（温度（）熵（熵（ ） 焓（焓（ ）901.1925376.92500.7038209.33660.9059276.36250.3674104.89，11kJ kgK1kJ kg9090时水的物理火用为：时水的物理火用为：110010()()()xehhT ss103.263674. 01925. 115.29889.10492.376kgkJ5050时

12、水的物理火用为：时水的物理火用为：110010()()()xehhT ss114. 43674. 07038. 015.29889.10433.209kgkJ6666时水的物理火用为：时水的物理火用为：220020()()()xehhT ss192.103674. 09059. 015.29889.10436.276kgkJ所以：所以：1111122,()()()()xxxLWm ememme总7200026.031080004.14(72000108000) 10.9211355680kJ h98.8kJ s第七章重点内容第七章重点内容 ijijijijnpTinTnVinpnSinnVnS

13、iinnGnnAnnHnnU , 化学位的表达式：化学位的表达式：两个重要的方程式两个重要的方程式 ： ijnpTinTinnVp , ijnpTinpinnST,偏摩尔性质偏摩尔性质 ijnpTiinnMM ,偏摩尔性质与溶液摩尔性质间的关系偏摩尔性质与溶液摩尔性质间的关系 NiiiMnnM1 iiMxM偏摩尔性质的计算：偏摩尔性质的计算：pTpTpTpTxMxMMxMxMMxMxMMxMxMM,212,112,121,221RTidG（T 恒定）恒定）ifd ln 1lim0 pfippfii 纯物质纯物质 ifRTddGln （T 恒定）恒定）1lim0 pfppf 混合物整体混合物整体

14、iifRTdGdln （T 恒定）恒定）1lim0 iippyfiiipyf 混合物中的混合物中的 i 组分组分逸度的定义逸度的定义是lnf的偏摩尔性质是lnf的偏摩尔性质y yf flnlni ii i 是是 的偏摩尔性质的偏摩尔性质i ln ln：根据摩尔性质与偏摩尔性质的关系：根据摩尔性质与偏摩尔性质的关系 iiMyM iiiyfyflnln iiy lnln可得：可得：iiixfxflnln2*,lnRTpTHpTHTfiipi2*,lnRTHHTfiiypiRTVpfiyTi ,lnRTVpfiTi ln纯物质纯物质混合物组分混合物组分7.2.4 T、p对逸度的影响对逸度的影响iii

15、dixkf 稀溶液的溶质近似稀溶液的溶质近似遵守亨利定律。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：普遍地表现出能符合理想混合物规律的有两个浓度区： xi 1xi 0亨利定律亨利定律L-R规则规则iiidixff 因此，一个更为广义的理因此，一个更为广义的理想混合物的定义式应为想混合物的定义式应为iiidixff标准态标准态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 只要有一个条件不符合理想混合物热力学性质的，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，对于理想混我们就称为非理想混合物。我们知道，对于理想混合物：合物：对于非理想混合物对于非理想混合物 iiifxf iiixff 与非理想气体的处理相同，欲使上式成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立，必须给上式加以修正此时引入了一个新的概念此时引入了一个新的概念-活度系数，从活度系数，从而使解决溶液的热力学成为可能。而使解决溶液的热力学成为可能。ii