化工热力学学习体会报告

1、化工热力学学习体会报告化工热力学是热力学与化学相结合的学科，它在热力学内容中补充化合物众多及化学变化的特点，又增加了气液溶液及化学反应的内容。又是热力学与化学工程相结合，除增加化学热力学内容外，又强调了组成变化的规律，要确定反应物与产物的化学平衡组成规律，更要解决各种相平问题，即各相组成分布的规律。化工热力学是在基本热力学关系基础上，重点讨论能量关系和组成关系。能量关系要比物理化学中简单的能量守恒大大扩展，在组成计算中包括化学平衡体系组成及相平衡组成计算及预测，对于各种不同种类相平衡，在各相组元化学位相同的基础上提出了使用的关系式，并在各种不对称体系情况下，可以适应或做出修正。一、重要章节知识

2、点归纳第一章、绪论1、化工热力学的目的和任务通过一定的理论方法，从容易测量的性质推测难测量的性质、从有限的实验数据获得更系统的物性的信息具有重要的理论和实际意义。化工热力学就是运用经典热力学的原理，结合反映系统特征的模型，解决工业过程（特别是化工过程）中热力学性质的计算和预测、相平衡和化学平衡计算、能量的有效利用等实际问题。2、化工热力学及其特性：所谓热力学主要是研究热现象和能量转换的。热力学以宏观体系作为自己的研究对象，就其内容而言，它涉及到热机的效率，能源的利用，各种物理、化学乃至生命过程的能量转换，以及这些过程在指定条件下有没有发生的可能性。如今热力学已广泛的用于研究各种能量之间的关系，

3、热力学从远古时期发展至今，可称它为一门“完善”的科学，这主要表现在它具有四大特性：严密性完整性普遍性精简性严密性表现在热力学具有严格的理论基础。热力学证明是可以行通的事情，在实际当中才能够行的通；热力学证明是不可行的事情，在实际当中无论采用什么措施，也实施不了。完整性是由于热力学具有热力学第一定律（能量守恒定律）；第二定律（嫡增原理）；第三定律（绝对嫡定律）；第零定律（热平衡定律）这四大定律使热力学成为一门逻辑性强而完整的科学。普遍性表现在热现象在日常生活中是必不可缺少的。热力学的基本定律、基本理论，不但能够解决实际生产中的问题，还能够解决日常生活中的问题，甚至用于宇宙问题的研究。精简性表现在

4、热力学能够定性、定量地解决实际问题。特别是后者(定量)，这是目前有些课程所无法比拟的。热力学的四大特性使得热力学成为一门“完善”的学科，而其它学科就相形见拙了。热力学发展至今，已成为多分支的学科，主要有工程热力学、化学热力学和化工热力学。3、化工热力学性质计算的一般方法(1)基于相律分析系统的独立变量和从属变量；(2)由经典热力学原理得到普遍化关系式。特别是将热力学性质与能容易测量的p、V、T及组成性质和理想气体等压热容联系起来；引入表达系统特性的模型，如状态方程或活度系数；(4)数学求解。第二章、流体的P-V-T关系1、纯物质的P-V-T性质流体的P-V-T数据是化工生产、工程设计和科学研究

5、最为基本的数据，它们是化工热力学的基础数据。三维立体图2-1是典型的纯物质的P-V-T关系图。田2-12-1纯佝粒的PVTPVT图(a)(a)凝同时收缩图2-12-1”物质的PVTPVT图b)0不可逆过程Sg=0可逆过程可判断过程进行的方向Sg0节流后温度降低，制冷。J=0温度不变。J0节流后温度升高，制热2.1特点：过程等始由于压力变化而引效应3.1Carnot循环对外作（最大）功TLWS,CQHQLQH1THWs,c效率CWS,CQHTLTH3.2Rankine循环及其热效率T_TPCp（2）蒸汽轮对于单位质量的流体WS热效率WSwsh1h2Q0q0热效率越高，汽耗率越低，表明循环越完善（

6、1）等嫡效率值膨胀作功过程，不可逆绝热过程的做功量与可逆绝热过程的做功量之比WS（不可逆）SWS,RHIH2；HIH2hih2hih2（2）实际Rankine循环的热效率:(HIH2)(H3H4)H1H4h1h2h1h4Carnot制制冷效能系数低温下吸收的热=QLqL净功逆向Carnot循环的制冷效能系数QLWST2T1(i)(i)单位制冷量 q_hq_h (2)制冷剂每小时的循环量qL(3)冷凝器的放热量：冷凝器的放热量包括显热和潜热量部分(5)制冷效能系数制冷装置提供的单位制冷量与压缩单位质量制冷剂所消耗的功量之比|QL|H1H4hA|ws|H2Hih2h4.3热泵热泵循环的经济性以消耗

7、单位动量所得到的供热量来衡量，称物供热系数即_|2|_即一而jIC/-36?11KI二、习题演练H24H3H2H4H3H H4H H2m(hm(h4h h2) )(4)压缩机消耗的WSH12mwSm(h2h1)功I2S21，压缩机消耗的功率mwSW36001.试用下列各种方法计算水蒸气在107.9X105Pa593K下的比容，并与水蒸气表查出的数据(V0.01687m3kg1)进行比较。(1)理想气体定律(2)维里方程(3)普遍化RK方程解：从附录三中查得水的临界参数为：Tc=647.13K,pc=22.055MPq(1)理想气体定律abT；5(238a)0.345RT8.314593一一_5

8、p107.91054.569106m3mol10.02538m3kg1误差=。016870.02538100%50.5%(2)0.01687维里方程Tc5930.916647.13PrPc5107.91050.489使用普遍化的第二维里系数:B(0)0.0830.422/Tr160.0830.422T16r0.40260.139_420.172/Tr.0.1390.172T-0.1096BPcRTcB(1)0.40260.3450.10960.4404BpRT1曳R1Pr0.4890.9160.44040.7649ZRTV0.76498.314-I5107.9105933.4951063.13

9、.1mmol0.01942mkg、口0.016870.01942误差二100%15.1%0.01687(3)普遍化R-K方程bPr(238b)将对比温度和对比压力值代入并整理的:1ah151hbTr1hbPr0.04625ZTrZ联立上述两式迭代求解得：Z=0.7335误差=。016870.01862100%10.4%0.01687水是极性较强的物质2.一个体积为0.3m3的封闭储槽内贮乙烷，温度为290K、压力为25X105Pa,若将乙烷加热到479K,试估算压力将变为多少？解：乙烷的临界参数和偏心因子为：Tc=305.32K,Pc=4.872MPq=0.099因此：Tr1TI/Tc290/

10、305.320.95p.1p1/p。2.5/48.720.513故使用图2-11,应该使用普遍化第二维里系数计算B(0)0.0830.422/Tj60.083人42*0.3750.95.B(1)0.1390.172/Tr420.139。,20.0740.95.V总0.3n5392.2molV76.510加热后，采用RK方程进行计算5.628ZRTP0.73358.314593107.91053.3515106m3mol30.01862mkgZ1IT1B0B110.5130.3750.0990.074-0.79350.95ZRTP0.79358.3142902510576.5105m3mol其中

11、：T=479K摩尔体积仍然为 V76.5105m3mol1,首先计算:代入RK方程:RTP_05VbT.V(Vb)9.8790.56.6479765.010765.0+45.1410=4.804106Pa=4.804MPa3.测得天然气(摩尔组成为CH84%。9%GH7%在压力9.27MP3温度37.8C下的平均时速为25m3h1。试用下述方法计算在标准状况下的气体流速。(1)理想气体方程;(2)虚拟临界参数；(3) Dalton定律和普遍化压缩因子图；(4) Amagat定律和普遍化压缩因子图。解：(1)按理想气体状态方程；标准状况下气体流速v(273K,0.1013MPa)=叱L一9.27

12、252732010m3h1T1p237.82730.1013(2)虚拟临界参数法首先使用Kay规则求出虚拟的临界温度和临界压力，计算结果列表如下:组分摩尔/%Tc/Kpc/MPayTc/Kypc/MPa甲烷0.84190.564.599160.073.863氮气0.09126.103.39411.350.305乙烷0.07305.324.87221.370.341a0.42748R2Tc2.5/pc=。皿8&31424.872102.5305.3260.5.-29=9.879PamKmolb0.08664RTc/p0=0.086648.314305.324.872106=4.51410

13、5m3mol18.314479765.010645.14106Tr37.8273192.791.61,pr9.274.5102.055合计1.00192.794.510虚拟临界温度为192.79K,压力为4.510MPa,混合物的平均压缩因子可由下列对比温度和对比压力求出：查两参数普遍化压缩因子图得:Z市0.89将压缩因子代入方程 pVZRT 得:v2551n-41.00810molh100.8kmolhV2.48110在标准状态下，压缩因子Z=1,因此体积流率可以得到:(2) Dalton定律和普遍化压缩因子查普遍化压缩因子图时，各物质的压力使用分压组分TrT1cpipyipiprPCZyi

14、Z甲烷1.637.7871.6930.900.756氮气2.460.8340.2460.980.0882乙烷1.0280.6490.1330.960.0672合计0.9114将压缩因子代入方程 pVZRT 得:419.83910molh98.39kmolh在标准状态下，压缩因子Z=1,因此体积流率可以得到:RT38.3142733,1vnVn98.391062204.5mhp0.101310(3) Amagat定律和普遍化压缩因子先查得各物质的压缩因子，再使用分体积定律进行计算组分TTrr1cpprPCZyiZZRTVP0.898.31437.82739.27106432.48110mmol、

15、，RTvnVn100.810P8.3142730.1013106一312258.5mhZRTP0.91148.31437.82739.27106432.54110mmol25n-4V2.541104甲烷1.632.0160.880.739氮气2.462.7310.990.08914,试用普遍化方法计算二氧化碳在473.2K、30MPaF的始与嫡。已知在相同条件下，二氧化碳处于理想状态的始值为8377Jmol1,嫡为25.86Jmol-1K-1。解：需要计算该条件下二氧化碳的剩余始和嫡已知二氧化碳的临界参数为：TC=304.19K,pC=7.382MPq=0.228,-30“1.556,pr4.

16、0647.382(387)(388)乙烷合计1.0281.9030.320.02240.8507yiVi9.2710643.12.37110mmol25n-4V2.371104119.83910molh105.44kmolh在标准状态下，压缩因子Z=1,因此体积流率可以得到:RT3vnVn105,4410P8.3142730.1013106312362.5mh473.2304.19根据图211,应该使用普遍化的燎差图和嫡差图进行计算,查图(34)、(36)、(38)、(310),分别得到:RTCR1,HR1.75,0.1R0SR0.85,R1SR0.24HRRTcRTcRTc1.750.228

17、0.11.7731.773RT1.7738.314304.19c4483.5Jmol1ZiRT0.85078.31437.8273SRR0SRR1SR0.850.2280.240.905SR0.905_110.9058.3147.522JmolKHRig故,HHigHR4483.583773893.5Jmol1Sig故，SSigSR7.52225.8618.34Jmol1K5.空气在膨胀机中进行绝热可逆膨胀。始态温度Ti为230K、压力pi为101.3X105Pa。(1)若要求在膨胀终了时不出现液滴，试问终压不得低于多少？(2)若终压为1.013X105Pa,空气中液相含量为多少？终温为多少？

18、膨胀机对外做功多少？(3)若自始态通过节流阀膨胀至1.013X105Pa,终温为多少？解：(1)查空气的TS图，其中初态为T=230K,仍=101.3X105Pa,查得H196kcalkg1其中绝热可逆过程是一个等嫡过程沿着等嫡线从初态到末态为饱和液体(即交于饱和液相线时)，此时压力可查得：p2=8atm(1)若沿着等嫡线到压力为1atm时， 则到了气液共存区， 查得此时T2=84K且此时 H262kcalkg1,饱和状态的始值分别为：Hl22kcalkg1,Hg69kcalkg1HxHv(1x)Hl62x691x22x0.851即液相含量为1-0.851=0.149由热力学第一定律，止匕时

19、HWsH2H1629634kcalkg1膨胀机对外做功34kcalkg1(2)若过程是通过节流阀膨胀，即是一个等始过程从初态等始膨胀至压力为1.013X105Pa,终温为：192K三、学习心得通过对化工热力学这门课程的学习，深刻认识到化工热力学是在经典热力学基本原理和理想系统(如理想气体和理想溶液等)的模型基础上，将重点转移到更接近实际的系统上，为的是解决工厂中的能量利用及平衡问题。而为了使热力学的模型和结果既保持正确性和严格性，又便于应用，热力学采用了以标准态为基础加上模型校正的方法来处理实际系统。为了利用有限的实验数据获得整个系统、 其他相似体系以及复杂体系的热力学数据， 热力学又采用了由易到难、由简到繁的思路：从局部试验数据加半经验模型推算系统完整的信息，从常温、常压的物性数据推算苛刻条件下的性质，从纯物质信息利用混合规则求取混合物信息等。想要学好化工热力学这门课程，应重视概念，强化理解。热力学中的基本概念很多，如广度性质、强度性质、孤立体系、封闭体系、敞开体系、