化工热力学考试重点-终极版整理课件.doc

1、化工热力学复习化工热力学1、临界点定义及表达式:维持气液平衡的最高温度和压力点。=0、- O0T Tc2、Virial方程体积表达式:pV B1压力表达式:RTpV1RTco =3、偏心因子的定义及表达式：各种物质加Tr0.7时，纯态流体对比蒸汽压对数值与Ar, Kr, Xe的值的偏差，即lg P4、普遍化Virial系数1.00。T 0.7r物理商I义：棉心因子表征物质的偏心度，即非球型分子偏离球对称的程度BpcRTcpp1rrBT Trr0.083.普遍化忻臼词数与普7680.422-1.6i3 - 0.1395、Prausnitz混合规则0.5T T T 1 k.CijCi Cjij31

2、1V VV 33ci cj Cij2=i( + yZ Z Z 2cijci zj= /p Z RT Vcij (cij +cijcij2ciji j6、嫡的表达式的推导第一 dS行程）当S . S T,V时/知有=I I+ I (e J (e JSSdSdTdVT d - I V jKIJRkVTQ T d Sc )C f TVT T VVST TVSp< cVTTVdTp所以dS CvdVTTV积分得到=()TdVS SoS C d InT=- V v c c JT0第二dS方程 当S S T,p时，则有SSdSdTdp所以dSdT =积分得到S S0STCTo上I第三dS匚方程p,V

3、CdS；C ,.dp因为C二 VdSTcVI cdpd InTp时，则有VJRL ccdpdpTpVTCp V7、始的表达式推导=I I c dVTd JdpdVdV利用刚刚导出的三个dS 方程来得到三个dH 方程。1 ）式并注意得到1）dH TdS Vdp将第一 dS 方程代入（ppdpdTdVTVVT得到第一dH 方程3化工热力学复习dH CVdT T积分得到第二dHdSc dTCpTdpdHTdSdHC dTp积分得到第三dHdSdHdHdVdTVdppdT方程TdS积分得到VdpdpdpdTdVJ pdV VTdpdpdpdpdVdVdVpVV0p0Vpp0V8、剩余性质的定义：所谓剩

4、余性质，是气体在真实状态下的热力学性质与在同一温度、压力下当气体处于理想状态下的热力学性质之间的差额。R*M M M式中 M 与 M* 分别为在相同温度和压力下，真实气体与理想气体的某一广度热力学性质的摩尔值，如V、 U、 H、 S 和 G 等。9、普遍化Virial 系数计算剩余熵和焓40dB1dBRTcTrdTTrdTr1dBdTr0dBdTr00.422B 0.0831.6TrodB0.675dTr2.6Tr0.1390.1724.2Tr1dBdTr0.7225.2Tr10、逸度及逸度系数的定义对于真实气体，定义逸度O逸度系数的定义iP温嫡图，即TfiidGiRTd ln fi化工热力学

5、复习等干度线、等压线、等始线、等比容线12、化学位、偏摩尔性质i在所处相中的势，称化学位：将无限小量的物质 i加到均相体系中而保持相均匀同时体系的嫡和体积保持不变，体系内能变化与加入物质量的比值为物质为化学位。nUni nS nVnHnS p nnAnGnn .i nV nip n,T,T,偏摩尔性质：在给定的 T、P和其他物质的量不变时，向含有组分i的无限多的溶液中加入 1mol的组分i所引起的热力学性质的变化。一nMM in i T p n ,j偏摩尔性质有三个重要的要素： 恒温、恒压；广度性质（容量性质）随某组分摩尔数的变化率13、混合物的组分逸度及逸度系数混合物中组分i的逸度的定义为：

6、dGi RTln ?（等温）。=一_?混合物中组分i的逸度系数的定义为：? fx p i混合物的逸度的定义为：dG岖T ln f（等温） 混合物的逸度系数的定义为:)=? f LR f。 lim f iix 1 ix if HL k ,其中 ki 为 henry ii14、理想溶液的逸度，标准态（1）、以Lewis-Randall定则为基础规定标准态:T?（2）、以Henry定律为基础规定标准态：lim f常数。适用条件：在体系温度、压力下，溶液中各组分的纯物质聚集态相同，并且组分之间可以无限制混合时，各组分都以Lewis-Randall定则为基础规定标准态在体系温度、压力下，溶液中各组分的纯

7、物质聚集态不同，或者，组分之间不能无限制混合时， 溶剂以Lewis-Randall定则为基础规定标准态，溶质以Henry定律为基础规定标准态。15、混合过程性质：溶液的性质 M与构成溶液各组分在标准态时性质总和之差。W =M 一2xM , Mi是与混合物同温、同压下纯组分i的摩尔性质。i i混合物的摩尔性质与偏摩尔性质的关系：M x M x M x M M i ii ii ii16、超额性质定义及表达式超额性质定义为相同的温度、压力和组成条件下真实溶液性质与理想溶液性 质之差。EidM M MEidM M M17、正规溶液和无热溶液的区分正规溶液：当极少量的一个组分从理想溶液迁移到有相同组成的

8、真实溶液时，如果没有嫡的变化，并且总的体积不变，此溶液称为正规溶液。EEEES0、V 0、 G H无热溶液：某些由分子大小相差甚远的组分构成的溶液亍-特别是聚合物溶液EEE属此类型。这类溶液 H 0 ,故称为无热溶液。G TS 。(1)、18、相成衡/判据dG ,它表明在给定的温度和压力条件下，平衡态就是所有可能变化达到的I由始数值中最小的那个状态、21Ni ii iCX _ P _ .三 7T _/相在均一的温度、压力下达到平衡时，表明，N个组分的系统内，若兀个一I" , 物系内的每一组分在所有各相中的化学位必定相同,说明，各相在同样的温度、压力下(3)、？21,f f f i N

9、 i ii达到平衡时，每一个组分在各相中的逸度相等。19、气液平衡的分类(1)、完全理想系：汽相一理想气体，液相 一理想液体V f i?L f is iPyi0s sf X P X i i i i i1yi=XisPiP(2)、理想希:汽，液相理想液体(VL均服从LR)?V f iOL0PyPi ifs sPi i0Pi(3小学分邛世系：冬一理想气体，液相一非理想液体?Vf Pyii0sX f X Pi i ii i isy p i i iX P iPy i ? fi Xi iPx iL0 ?fii iK i VV? P ? ii20、理想功概念：理想功即指体系的状态变化是在一定的环境条件下按

10、完全可逆的过程进行时，理论上可能产生的最大功或者必须消耗的最小功21、热力学效率t：理想功与实际功的比值W产生功acWidT需要功W idWac22、由 Rankine 循环的示意图画温熵图23、通过通过改变蒸汽参数提高 Rankine循环的热效率(1)、提高蒸汽的过热温度在相同的蒸汽压力下，提高蒸汽的过热温度时，可提高平均吸热温度，增大作功量，提高循环的热效率，并且可以降低汽耗率。同时乏气的干度增加，使透 平机的相对内部效率也可提高。但是蒸汽的最高温度受到金属材料性能的限制， 不能无限地提高，一般过热蒸汽的最高温度以不超873K为宜。(2)、提高蒸汽的压力当蒸汽压力提高时，热效率提高、而汽耗

11、率下降。但是随着压力的提高，乏汽的干度下降，即湿含量增加，因而会引起透乎机相对内部效率的降低。还会使透平中最后几级的叶片受到磨蚀， 缩短寿命。乏汽的干度一般不应低于 0.88。另 外，蒸汽压力的提高，不能超过水的临界压力，而且设备制造费用也会大幅上升。24、节流膨胀过程、绝热膨胀过程节流膨胀：高压流体流过管道中一节流元件(如节流阀、孔板、毛细管等)，迅速膨胀到低压的过程称为节流膨胀H 0TJP Hj0,T不变j0,T0, T绝热膨胀：气体从高压向低压做绝热膨胀时，若通过膨胀机来实现，则可对外做功，如果过程是可逆的，称为等嫡膨胀S 0p S25、Gibbs-Duhem 方程Gibbs-Duhem

12、方程的一般形式：（需 I+1-%-】-E - =0dTdP xdMi iTPP,xT ,x咚T、p恒足时x dM 0 i i T P当 M=G 时 x dG 0 + i i T P,二元系等温、等压条件下xidM i x2dM 20:、题目1、正确写出下列她办学画数眦g义式偏心因子：各种物质在 T 0.7时，纯态流体对比蒸汽压对数值与Ar, Kr,rso偏心因子表征物质分子的偏心度，即lg p1.00r TXe的值的偏差，即0.7r非球型分子褊离球对称的程度。剩余性质M R2?谓剩余性质，是气体在真实状态下的热力学性质与在同一_ 6V 一般可以视为常数温度、压力下当气体处于理想状态下的热力学性

13、质之间的差额。可逆轴功p2Vdp ,对于液体在积分时p1微观嫡 S:热力学几率的量度，与体系内部分子运动混乱程度有关,S k In 。宏观嫡S:嫡是表征系统混乱程度的量度,QdS oT10嫡流Sf6Q ,流入体系为正，离开体系为负。 T嫡产S :是体系内部不可逆性引起的嫡变。 g理想功W :理想功即指体系的状态变化是在一定的环境条件下按完全可逆 id的过程进行时，理论上可能产生的最大功或者必须消耗的最小功W =4T华。 id0损耗功W :系统在相同的状态变化过程中，完全可逆过程的理想功与不可 L逆过程的实际功之差，W =W "W oL id S有效能E，任何体系在一定状态下的有效能是

14、体系与环境的作用，从所处 x的状态达到与环境相平衡的可逆过程中，对外界做的最大有用功称为该体系在该状态下的有用功。 n热效率nT：理想功与实际功的比值。T产生功nT需要功WacWid-WidWaco产功过程热力学效率它是过程热力学完善性的尺度,反映了过程可逆的程度。产生功anW acQWid耗功过程热力学效率:理想功与耗功设备在实际过程中消耗的功的比值,它是过程热力学完善性的尺度,反映了过程可逆的程度。需要功aWidl年WacA偏摩尔性质M i :在给定的T、P和其他物质的量不变时,向含有组分i的无nM M i限多的溶液中加入 1mol的组分i所引起的热力学性质的变化,T ,P ,n混合性质

15、M :溶液的性质M与构成溶液各组分在标准态时性质总和之差,11超额性质ME：相同温度、压力和组成时，真实溶液与理想溶液混合性质之Eid差,MM a M-a oEidM M M逸度：dG RTd In fii逸度系数:Pf ：温度为常数时, 组分逸度？i?In ?fdG RTd f ,fiii lim 1y p p oi组分逸度系数？ f ；i组分活度：活度定义为溶液中组分的逸度： ofifi活度与摩尔百分数之比为活度系数，f对该组分在标准态时的逸度 i之比,用a?表示,? V .i,ai组分活度系数?丞 ffiiiidx i x i f i?i2、问答题(1)、T-S图与蒸汽动力循环图。(2选

16、1,见重点11与22)(2)动Ji传递与热量传递的推与。(2选1)=6 6=动量传递过程：流体与设备和流体分子之间的摩擦和扰动与致嫡增和不可和外界无热、功交换的过程，有dH TdS VdPdH Q W 0V dS dP 得 T pVdP无热、功交换但有压降的流动过程，必有功损耗，得12PV2W T 0 S =To S=To dPLP体 T 一i - ；1流动过程中温度和比容变化不大T0W V P PL12T流体压力差大致与流速成平方关系，因此损耗功大致与流速成平方关系；压力差恒定时，损耗功与To/T成正比关系，流体温度越低，损耗功越大；损耗功与流体比容成正比关系，因此气体节流的损耗功比液体节流

17、的损耗功大得多。热量传递助糊耗推导过程：损耗功即系统在相同的状态变化过程中，不可逆过程的实际功与完全可逆过程的理想功之差。W T S 一-Hid 0 syssysW Q HsysWWTS Q id0 sysQ QSsursur TT00W T ST SL0 sys0 surW T SL0 g即使没有散热损失，也因存在传热温差而有损耗功；当环境温度、传热量和传热温度积恒定时， 损耗功与传热温差成正比关系，传热温差越低，损耗功越小；当环境温度、传热量和传热温差恒定时，损耗功与传热温度积成反比关系。因此低温传热时要求的传热温差更小。（3）、正规溶液、无热溶液的区分与标准态的两种情况。（2选1,见重点

18、14 与 17）3、证明题（1）、S H 方程的证明（2选1,见重点6与7）。?是ln f的偏摩尔性质与ln ?（2）、ln fi是ln 的偏摩尔性质（2选1）。ixi?是ln f的偏摩尔性ln f质 i x i131 ?f f与的关系i由f的定义dG RTdlnf T, X.恒RT积分GdGGfd In ff若压力充分低G G RT In f RT In P对nmol气体有hnG nG nRT In f nRTln Pc(在恒T、P、下，对n求偏微分,nGnGnln fRTRT In PT ,P,n由偏摩尔性质nln fG G RTi i* RT In P=?由f的定义i一 二?恒温dG R

19、Td In fii)=积分fidG RT dln fi J ?RT Inf RT In fiiG.若基准态充分低RT Inf RT In iRTln f RT In x RT In P iiG Gfi iiRT ln RT ln PxiA 、 B 可得? lnf n filn =x nii T P n,ln i 是 ln 的偏摩尔性质1415i由恒等式nln PlnP=filnxiln PInxi P1 * T P n ,jjInn ff nlnPT ,P,n产lnn Pnln宙偏摩尔M质定义知;In In是 的偏摩尔性质 i故有In =?x Ini i1、298.15KT 若下NaCI(B)

20、溶解工，1kg水(A)中形成的溶液的总体积的关系JT为Vt 1001.383/2nBnB16.6251.7730.119 2n =0.5mol 时，水和 NaCI 的(cm BnB3)。求工 一偏摩尔Va ,Vb 。VdV3tt0.5解：Vb16.6251.773 n 0.119 2nBBndn2BBT ,P,nmol 时， VB18.62cm 3 mol -1且，Vt1010.35cm 3Vt nAVA nBVB ，n 1000 18 55.56 molAV n 1010.3518.6231所以，V A t V 0.518.02cm molBB 55.56nA2、以下三题类型的选一题(1)、

21、从文献得知在 633.15K, 98.06kPa时水的始为57496.72 J mol ,试应用普遍化方法求算在633.15K ,9806kPa下的始值。解:T 633.150.978r 647.1 9806.23 0.445 22048.3233.15K.98 06kPa理想气体0.344/ = 5749(普遍化压缩因子法:RTc1H=0.52;= 0.60RT；335K,=09806kPaHA 'RTc0.520.344 0.60 0.7264理想气体RTcRTc0.7264RTc0.7264 8.314 647.1 3908.24J / mol已知：Ho57496.72 J / molH 57496.723908.0453588.7 J / mol=一普遍化维里系数法:0dB0.6750.422dTr_ 1dB-o0.7152;B2.6Tr0.0830.3542dTrRT0.7225.2Tr0.4550.62500.8105;B0.1391.6Tr0.1724.2Tr0.049840dBFA=1dBdTr0.35420.71520.978H RT0.62508.314633.15 0.6250dT Tr r0.049850.344 0.81053292.2J / mol0.978已知：H057496.72 J / molH 57496.7