《化工热力学》学习体会报告

《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，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：⑴严密性⑵完整性⑶普遍性⑷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（熵增原理）；第三定律（绝对熵定律）；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；

(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。

2、 P-V-T 关系

对于纯物质而言，在单相区里，PVT 三者之间存在着一定的函数关系，用数学式表示为：f(P,V,T)= 0 (2-2)

式（2-2）就是关联平衡状态下任何纯物质均相流体的压力﹑比容和温度三者之间关系的状态方程式。

状态方程可以从三个变量中解出任何一个作为另两个变量的函数，也就是用显函数的形式表现出来。

如：V = V(P,T) ; P = P(V,T) ; T = T(P,V )

3、理想气体状态方程

f (P,V ,T ) = 0

PV = nRT

（1）理想气体的两个假设

A.气体分子间无作用力

B.气体分子本身不占有体积

（2）掌握理想气体气体状态方程需明确的三个问题：

A.理想气体本身是假设的，实际上是不存在的。但它是一切真实气体当P →0 时可以接近的极限，因而该方程可以用来判断真实气体状态方程的正确程度，即：真实气体状态方程在P →0 时，应变为：PV = nRT

B.低压下的气体（特别是难液化的N2，H2，CO，CH4，…），在工程设计中，在几十个大气压（几个Mpa）下，仍可按理想气体状态方程计算P、V、T：而对较易液化的气体，如NH3，CO2，C2H4（乙炔）等，在较低压力下，也不能用理想气体状态方程计算。

C.应用理想气体状态方程时要注意R 的单位常用的是（SI 制）

当T（K），P（Pa），V（m3/mol）时，R=8.314 J/mol K

当T（K），P（Pa），V（m3/kmol）时，R=8.314×103 J/kmol K

（3）理想气体状态方程的变型

P1V1 = P2V2 = nR

T1 T2

4、Redlich-Kwong（RK）方程

5、Soave（SRK）方程

6、Peng-Robinson（PR）方程

第三章纯物质的热力学性质

1.热力学性质之间的关系

=-

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 ∂∂∂⎛⎫⎛⎫

⎛⎫=- ⎪ ⎪

⎪∂∂∂⎝⎭⎝⎭⎝⎭

2.计算H ∆和S ∆的方法

2.1状态方程法： P P V dH C dT V T dP T ⎡⎤

∂⎛⎫=+- ⎪⎢⎥∂⎝⎭⎣

⎦

P P

C V dS dT dP T T ∂⎛⎫=- ⎪∂⎝⎭ 2.2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 = 3.两项系统的热力学性质及热力学图表

对化工过程进行热力学分析，对工程进行工艺与设备计算时，需要物质在各种状态下的焓、熵、比容等热力学参数的数据，希望能够迅速、简便的获得所研究物质的各种热力学性质参数。为此，人们将某些常用物质（入水蒸气、空气、氟里昂等）的焓、熵、比容和温度、压力的关系制成专用的图或表，常用的有水