化工热力学解析

定义参数A和B：
A ap 0.42748 Pr
R2T 2.5
T 2.5 r
B bP 0.08664 Pr
RT
Tr
Tr
T Tc
Pr
P Pc
RK方程可以表示成压缩因子Z的三次方表达式：
Z 3 Z 2 A B B2 Z AB 0
Z PV RT
2 Soave - Redlich - Kwong ( SRK )方程
2 为真实气体状态方程计算提供初始值。
3 判断真实气体状态方程的极限情况的正
确程度，当 P 0 或者 V 时，任何
真实气体状态方程都应还原为理想气体方程。
2.2.2 立方型状态方程
立方型状态方程可以展开成为 V 的三次方 形式。 van der Waals 方程是第一个适用真实 气体的立方型方程，其形式为：
1798年，英国物理学家和政治家 Benjamin Thompson (1753-1814) 通过炮膛钻孔实验开始对 功转换为热进行定量研究。
1799年，英国化学家 Humphry Davy (17781829)通过冰的摩擦实验研究功转换为热。
热力学基本定律反映了自然界的客观规律，以
这些定律为基础进行演绎、逻辑推理而得到的热力 学关系与结论，显然具有高度的普遍性、可靠性与 实用性，可以应用于机械工程、化学、化工等各个 领域,由此形成了化学热力学、工程热力学、化工热 力学等重要的分支。化学热力学主要讨论热化学、 相平衡和化学平衡理论。工程热力学主要研究热能 动力装置中工作介质的基本热力学性质、各种装置 的工作过程以及提高能量转化效率的途径。化工热 力学是以化学热力学和工程热力学为基础，结合化 工实际过程逐步形成的学科。
1.1 热力学的发展
热力学是研究能量、能量转换以及与能量 转换有关的物性间相互关系的科学。
热力学(thermodynamics)一词的意思是热 (thermo)和动力(dynamics)，即由热产生动力， 反映了热力学起源于对热机的研究。
从十八世纪末到十九世纪初开始，随着蒸 汽机在生产中的广泛使用，如何充分利用热能 来推动机器作功成为重要的研究课题。
图2-2 P-V-T相图的投影图
在常压下加热水
液体水
带有活塞的汽缸保 持恒压
T
2
3
1
5 4
v
Leabharlann Baidu
临界点
气体
液体
液体和蒸汽
饱和液相线 （泡点线）
饱和汽相线 （露点线）
图 2-3 纯物质的P-T图
PC
气 液 液/汽
汽 饱和液相线
饱和汽相线
VC
纯物质的P-V图
在临界点 C ：
P V
Tc
化工热力学
Chemical Engineering thermodynamics
教学内容
1 绪论 2 流体的 P-V-T 关系 3 纯流体的热力学性质 4 流体混合物的热力学性质 5 化工过程的能量分析 6 蒸汽动力循环与制冷循环 7 相平衡 8 化学反应平衡
1 绪论
1.1 热力学的发展 1.2 化工热力学的内容 1.3 热力学的研究方法
0
2P V2
Tc
0
2.2 状态方程 equation of state
纯流体的状态方程(EOS) 是描述流体P-V-T性质的 关系式。
f( P, T, V ) = 0
混合物的状态方程中还包括混合物的组成（通常 是摩尔分数）。
状态方程的应用
1 用一个状态方程即可精确地代表相当广泛 范围内的P、V、T实验数据，借此可精确地计算 所需的P、V、T数据。
2 流体的 P-V-T关系
2.1 纯物质的P-V-T关系 2.2 气体的状态方程 2.3 对比态原理及其应用 2.4 真实气体混合物的P-V-T关系 2.5 液体的P-V-T性质
2.1 纯物质的P-V-T关系
液
固 液
临界点
固
固液
气
临界点 气
汽
汽
凝固时收缩
凝固时膨胀
图2-1 纯物质的P-V-T相图
P
RT V b
a V2
(2–5)
a
27
R
T2 2 C
64 PC
b RTC 8PC
1 Redlich - Kwong ( RK )方程
P
RT V b
T 1/2V
a
V
b
a
0.42768
R T2 2.5 c
Pc
b 0.08664 RTc Pc
RK方程能较成功地用于气相P-V-T的计算，但 液相的效果较差，也不能预测纯流体的蒸汽压(即汽 液平衡)。
3 确定真实流体的内能、熵和逸度等热力 学性质与温度、压力、比容和热容等可测量参 数间的关系；
4 掌握热力学图表和方程的使用方法； 5 判断计算结果的准确性。
1.3 热力学的研究方法
宏观
经典热力学
微观
统计热力学
经典热力学只研究宏观量（温度、压力、密度 等）间的关系。
但是宏观性质与分子有关 ；温度与分子运动 有关；密度与分子间相互作用有关。
P
RT V b
V
a
V
b
2 8
a
ac
T
0.42748
R 2Tc2 Pc
T
b 0.08664 RTc Pc
T
1
0.48
1.574
0.176
2
1
T 0.5 r
2
与RK方程相比，SRK方程大大提高了表达纯 物质汽液平衡的能力，使之能用于混合物的汽液 平衡计算，故在工业上获得了广泛的应用。
A ap 0.42748 Pr T
(1) 过程进行的可行性分析和能量的有效利用； (2) 相平衡和化学反应平衡问题； (3) 测量、推算与关联热力学性质。
化工热力学的基本关系式包括热力学第一 定律、热力学第二定律、相平衡关系和化学反 应平衡关系。具体应用中的难点包括：
1 简化普遍的热力学关系式以解决实际的 复杂问题；
2 联系所需要的关系式和确定求解方案；
1.2 化工热力学的目的和内容
化工热力学的主要任务是以热力学第一、第二定 律为基础,研究化工过程中各种能量的相互转化及其有 效利用的规律,研究物质状态变化与物质性质之间的关 系以及物理或化学变化达到平衡的理论极限、条件和 状态。
化工热力学是理论和工程实践性都较强的学科。
化工热力学所要解决的实际问题可以归纳为三 类：
2 用状态方程可计算不能直接从实验测定的 其它热力学性质。
3 用状态方程可进行相平衡和化学反应平衡 计算。
2.2.1 理想气体方程
PV RT Z PV 1
RT
P为气体压力；V为摩尔体积； T为绝对温度；R为通用气体常数。
理想气体方程的应用
1 在较低压力和较高温度下可用理想气体 方程进行计算。