热力学第十二章PPT学习教案

1、会计学1 热力学第十二章热力学第十二章 目的: 动力装置煤、油、天然气的燃烧 应用：化学反应的过程 chemical reaction 水处理 化工过程 热力学基本定律用于化学过程 ，研究这些过程能量的转换、平衡 、方向性、化学平衡 第1页/共49页 1、质量守恒 Mass balance 4222() 22 g CHOCOH O aAbBcCdD a, b, c , d 化学计量系数 无化学反应：物质的种类和数量不变 反应物 Reactants 生成物Products 有化学反应：物质的种类和数量变化 原子数守恒 一般式 第2页/共49页 2、独立变量数 力不平衡势 热不平衡势 化学势 Ch

2、emical potential 无化学反应：简单可压缩系统，2 有化学反应： 独立变量数2 第3页/共49页 3、基本热力过程 T + v T + p p + s v + s 无化学反应： T v ps 有 化 学 反 应 测固、液燃料的发热量 测气体燃料的发热量 燃气轮机燃烧室 绝热容器 第4页/共49页 一、化学反应系统的热一律表达式 QUW 本章只考虑容积变化功，忽略动、位能变化 1、闭口系 QdUW pR QUUW aAbBcCdD 容积变化功生成物反应物 Chemically reacting systems 第5页/共49页 1、闭口系 v vpR QUU p ppR QHH p

3、R QUUW v + 绝热 pR UU p + 绝热 pR HH 第6页/共49页 outint pR QHHW 2、开口系 ppoutin pR QHH p + 绝 热 outin pR HH 第7页/共49页 当系统经历一个化学反应过程，只作容 积变化功，若所得生成物的温度与反应物温 度相等，这时1kmol主要反应物或生成物所 吸收或放出的热量 反应热效应 4222() 22 g CHOCOH O 取1kmol CH4 作为基准 定容热效应定压热效应常用 规定：吸热为正，放热为负 第8页/共49页 定容热效应 定压热效应 状态量 vpR QUU T + v 1kmol T + p ppR

4、QHH 1kmol 第9页/共49页 pv QQ 固体、液体燃料 参与反应的是理想气体 pv QQHUUp VU pR () () pvm mmm QQUnpVU npVnR TnnR T 一般燃烧反应分子数变化不 大 pv QQ 第10页/共49页 例 22 1 COOCO 2 1.5 R n1 p n 282761kJ/kmolCO p Q 300K下 281513kJ/kmolCO v Q 0.4% pv p QQ Q 第11页/共49页 pv QQ 一般 固体、液体、理想气体同时参与反应 22 COCO 只计气体反应前后固、液0Vn 一般燃烧工程， 用的最多 p Q 第12页/共49页

5、 不同的T, p下，热效应不同，为比较 标准态：25oC(298.15K), 1 atm (101.325kPa) 标准定压热效应 或 0 p Q 0 H 查手册 Standard referenc e state 第13页/共49页 反应热：系统与外界交换的热量，过程量 热效应： 容积变化功 T 1 kmol 状态量 赫斯定律 Hess Law 第14页/共49页 当反应前后物质的 种类给定时，化学反 应的热效应，与中间 过程无关，只与过程 初始和终了状态有关 。 C D A B E Qp1 Qp2 Qp3 Qp4Qp5 p1p2p3 p4p5 QQQ QQ 某些测不出（或不易 测）的热效应

6、可由易 测的热效应代替。 第15页/共49页 0 2 1 2 p COCOQ测不准 C 2 CO CO 0 p Q o p Q o p Q 0 22p 1 2 COOCOQ 000 ppp QQQ 000 ppp QQQ 0 22p COCOQ 同时产生 0 2 393522kJ/kmolCO p Q 0 2 282993kJ/kmolCO p Q 0 110529kJ/kmolCO p Q 标准态 第16页/共49页 1kmol燃料完全燃烧时的热效应的绝对值 0 282993/() p QkJ kmol CO 标准状态 CO的标准热值 00 282993/() fp HQkJ kmol CO

7、 22p 1 2 COOCOQ 例 f H 放热为负 Complete Heating value of the fuel 第17页/共49页 若含H的燃料燃烧，会有H2O产生 如果 () psv TTp 如果() psv TTp 高热值 生成物是液态水 h f H 生成物是气态水 低热值 l f H Higher heating value and Lower heating value 第18页/共49页 例 222 1 2 HOH O 标准态 0 2 285838/. h f HkJkmol H 0 2 241827/. l f HkJkmol H 00 2 44011/. hl ff

8、HHkJkmol H O 1kmol H2O在25oC时的汽化潜热 第19页/共49页 aAbBcCdD vmCmDmAmB QcUdUaUbU定容反应 定容反应 理想气体 vmCmDmAmB MpR QcHdHaHbH Rcd Tab T 定压反应 闭口系统 pmCmDmAmB QcHdHaHbH pmCmDmAmB outin QcHdHaHbH 定压反应 开口系统 第20页/共49页 无化学反应，物质数量不变，当状 态变化，物质间焓的基准点可以不一样 ，把各物质的焓差相加即可。 有化学反应，有物质生成、消失 ，物质数量变化 统一基准点 Enthalpy of formation at t

9、he standard reference state 第21页/共49页 化学上基准点：25oC（298.15K） 1atm (101.325kPa) 物质在( T, p )下的焓 00 0, 25,1 ( ,)( ,) o mmff T p fm Catm HT pHT phh hH 标准生成焓 第22页/共49页 规定 ： 由有关单质在标准状态下发生化学 反应生成1kmol化合物所吸收的热量， 称为该化合物的标准生成焓 0, 25,1 ( ,) o T p mfm Catm HT phH 任何单质在25oC，1atm下的焓为零 0 0 f h 第23页/共49页 例：CO2的标准生成焓，

10、标准状态下生 成 1kmol CO2的热 22 COCO T0p0 2 22 0000 ,p COmmm COCO QHHH 2 22 000 ,fp COm COCO hQH 标准生成焓 热效应标准状态下焓 -393522kJ/kmolCO2表12-1 第24页/共49页 物质在 T , p 状态的 焓 0, 25,1 ( ,) T p mfmatm HT phH 查表12-1 查附表7 pm CT 或 第25页/共49页 任一闭口系统，等压反应热 , 25,125,1 , 25,125,1 0000 pmCmDmAmB T pT p matmmatm CD T pT p matmmatm

11、AB ffff CDAB QcHdHaHbH cHdH aHbH c hd ha hb h 第26页/共49页 任一开口系统，等压反应热 , 25,125,1 , 25,125,1 0000 ()() pmCmDoutmAmBin T pT p matmmatm CD out T pT p matmmatm AB in ffff CDAB inout QcHdHaHbH cHdH aHbH c hd ha hb h 第27页/共49页 闭口系统，等容反应，理想气体 , 25,125,1 , 25,125,1 0000 vmCmDmAmB mpR T pT p matmmatm CD T pT

12、p matmmatm AB ffff CDAB mpR QcHdHaHbH Rcd Tab T cHdH aHbH c hd ha hb h Rcd Tab T 第28页/共49页 例： 22 1 2 COOCO 求1 kmol CO在1atm, 1000oC燃烧时的 热效应 生成物和反应物的温度均为1000oC 22 22 22 0100001000 2525 01000 25 1 2 1 2 pmCOmCOmO fCOmCOfCOmCO fOmO QHHH hHhH hH 第29页/共49页 22 22 22 0100001000 2525 01000 25 1 2 1 2 pmCOmCO

13、mO fCOmCOfCOmCO fOmO QHHH hHhH hH 查表12- 1 2 0 393522/ fCO hkJkmol 0 110529/ fCO hkJkmol 2 0 0 fO h 第30页/共49页 22 2 0100001000 2525 1000 25 1 2 pfCOmCOfCOmCO mO QhHhH H 由式（3-20）查附表3，或查附表7 2 222 1000 ,25 100025 ,0,0 2 100025 (100025) 1.122 10000.8282544.01 48468.2/ p CO p COp COCO c ccM kJkmolCO 第31页/共

14、49页 22 2 0100001000 2525 1000 25 1 2 pfCOmCOfCOmCO mO QhHhH H 100025 ,0,0 (100025) 30922.7/ p COp COCO ccM kJkmolCO 222 100025 ,0,0 2 (100025) 32386.4/ p Op OO ccM kJkmolO 第32页/共49页 22 2 01000 25 01000 25 1000 25 1 2 39352248468.2110529 1 30922.732386.4 2 281640.7/ pfCOmCO fCOmCO mO QhH hH H kJkmolC

15、O 第33页/共49页 表12-1中H2O有两个标准生成焓 生成气态 水 2 0 () 241827/ fH O g hkJkmol 生成液态水 2 0 ( ) 285838/ fH O l hkJkmol 第34页/共49页 主要指燃烧过程 一、燃料热值的计算 上例中，CO在1atm, 1000oC时的热 值 281640.7/ fp HQkJkmol 1kmol燃料完全燃烧时热效应的绝对值 若有燃烧产物有水 高热值（液态水） 低热值（气态水） 第35页/共49页 计算H2在1atm,25oC时的高热值和低热值 222 1 2 HOH O 0h f H 0l f H 标准状态 第36页/共4

16、9页 H2的标准高热值 222( ) 1 2 l HOH O 0h f H 0 285838/ h f HkJkmol 222 2222 0 025,100 ( )25,1 1 2 285838/ pmH OmHmO atm fH O lmH OatmfHfO QHHH hHhh kJkmol 第37页/共49页 H2的标准低热值 222() 1 2 g HOH O 0l f H 0 241827/ l f HkJkmol 222 2222 0 025,100 ()25,1 1 2 241827/ pmH OmHmO atm fH O gmH OatmfHfO QHHH hHhh kJkmol

17、 第38页/共49页 79 3.76 21 实际燃烧，加入空气，有时炼钢用纯氧 空 气 氧气 21 mol% 氮气 79 mol% 燃烧过程，氮气虽不参与燃烧， 但氮气被加热，总燃烧温度下降，对外 放热量变化 22 13.764.76kmolOkmolNkmolAir 第39页/共49页 4222() 22 g CHOCOH O 例：甲烷燃烧 甲烷才能完全燃烧 1kmol 2kmol24.76kmolAir 第40页/共49页 422 22()2 223.76 223.76 g CHON COH ON 完全燃烧所需氧气对应的空气量 实际燃烧过程，为了氧气与燃料 充分混合燃烧，常加入过量空气。

18、24.76kmolAir 理论空气量 第41页/共49页 实际空气量 理论空气量 燃烧需要，降低燃烧温度1300oC 燃气轮机中45 锅炉中1.21.5 Percent excess air 第42页/共49页 4222 2()22 223.76 22(1)23.76 g CHONCO H OON 4 1kmolCH 2 2 kmolO 2 7.52 kmolN 2 1kmolCO 2 2kmolH O 2 2(1)kmolO 2 7.52 kmolN 第43页/共49页 定压燃烧，闭口系 定压燃烧，开口系 0 25 0 25 p R T pfm p T fm R Qn hH n hH 0 25 0 25 p R T poutfm p out T infmt Rin QnhH nhHW 第44页/共49页 0 25 0 25 p R T vfmMp p T fmMR R Qn hHR T n hHR T 定容燃烧，理想气体，只与温度有关 第45页/共49页 aAbBcCdD 在不考虑动、位能变化，又不对外 作功的系统，若燃料绝热完全燃烧，且 理论空气量，燃烧产物可达