化工热力学复习总结教学提纲

化工热力学复习总结

第一章、绪论

一、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。

二、1-2化工热力学与物理化学的关系

化工热力学与物理化学关系密切，物理化学的热力学部分已经介绍了经典热力学的基本原理和理想系统（如理想气体和理想溶液等）的模型，化工热力学将在此基础上，将重点转移到更接近实际的系统。

三、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；

(3)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。

②R—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

()

22

a0.45724c

r

c

R T

T

P

α

=0.0778c

c

RT

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 dH TdS Vdp =+

A=U-TS dA SdT pdV =-- G=H-TS dG SdT Vdp =-+ Maxwell 关系式

S V T P V S ∂∂⎛⎫⎛⎫=- ⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭ S P T V P S ∂∂⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭ V T P S T V ∂∂⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭ P T

V S T P ∂∂⎛⎫⎛⎫

=- ⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭ 转换公式： 1Z X Y

X Y Z Y Z X ∂∂∂⎛⎫⎛⎫⎛⎫=- ⎪ ⎪

⎪∂∂∂⎝⎭⎝⎭⎝⎭

3.2计算H ∆和S ∆的方法

1.状态方程法： P P V dH C dT V T dP T ⎡⎤

∂⎛⎫=+- ⎪⎢⎥∂⎝⎭⎣⎦

P P

C V dS dT dP T T ∂⎛⎫

=

- ⎪∂⎝⎭ 2.剩余性质法： ①普遍化压缩因子图

()

()

1

R R R

T

C C C H H H RT RT RT ω=+ ()

()

1

R R R T

S S S R

R

R

ω

=+

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 =-

1

4.2

0.1720.139r B T =-导出：

0 2.60.675r r dB dT T = 1 5.20.772

r r

dB dT T = 第6章 化工过程能量分析

热力学第一定律

一、功 W

p dV

δ=-外

不可逆过程: 2112

W P dV =-⎰外体

可逆过程： 2

1

V 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。 二、封闭系统的能量平衡式：

U Q W ∆=+ dU q w δδ=+

适用于可逆与不可逆过程。 三、稳定流动过程的能量平衡式：

22S C C

u g Z

H Q W g g ∆∆∆++=+ （1J Kg -⋅）

（一）稳流过程能量平衡式的简化形式及其应用： 气体通过如孔板、阀门、多孔塞等节流装置时：

0m h ∆=（即等焓过程）

(a)压缩机和膨胀机（透平）鼓风机、泵等

0Q =， W H m h s

=∆=∆ 适用于可逆，不可逆过程。

（b ）气体通过如孔板、阀门、多孔塞等节流装置时：

0m h ∆=（即等焓过程）

(c)无轴功，但有热交换的设备：锅炉、热交换器、塔等。

0w s

= H Q ∆= （二）轴功的计算方法： (1)可逆轴功()

S R W

： 2()1

P S R P

w

vdP =⎰ 实际轴功与可逆轴功之比称为机械效率m η。

对于产功设备而言：()

S S R W W p ，()

S m S R W W η

=

对于耗功设备而言：()S

S R W W f ，()

S R m S

W W η=

四、 气体的基本热力过程 封闭体系： U q w ∆=+ 微小过程： dU q w δδ=+

（一）等容过程:

0w P dV δ=-=外外 ∴ V dU q δ= 即 V V U q ∆=

（二）等压过程： 可逆过程：R

w pdv p v =-=-∆⎰

不可逆过程（恒外压）： W P V =-∆外来计算功。

（三）等温过程： T

dU

q P dV δ=+外体

（四）绝热过程：

Q 0Q = ∴ dU W P dV δ==-外体

热力学第二定律 一、熵与熵增原理

熵的定义式：R

Q S T

δ∆=⎰

适用于任何体系和环境。