内蒙古科技大学化工热力学期末复习重点

第一章 绪论1.1 化工热力学的目的、意义 (1)化工热力学的目的：是运用经典热力学原理，结合 反映系统特征的模型，解决化工过程中热力学性质计算 和预测、相平衡与化学平衡计算以及能量有效利用等实 际问题的科学。 经典热力学原理：经典热力学原理是以热力学三大定律 为基础，运用数学方法推得的系统中热力学性质之间的 关系式，可以表示为 M = f(T、P)或M = f(T、V)的 形式，其中的P、T、V分别表示压力、温度和摩尔体积， 它们是能够实验测定的、最容易获得的基本性质，而M = U、H、S、G、Cp等，它们分别表示系统的摩尔内能、 焓、熵、吉布斯函数和等压热容等，这些性质往往是难 以实验直接测定的、但是在实际应用中最有用的性质。

模型：经典热力学原理必须与反映系统特征的模型相结合， 才能解决实际问题。因为它只表示了上述两类热力学性质 之间的普遍依赖关系，并不因具体系统而异。具体系统的 这种关系还要由此系统的特征来决定，这种特征在实际应 用过程中，常采用半经验模型来表达。本书涉及到的半经 验模型主要有两种，一是状态方程(EOS),可以表示为 P = P(T、V、a、b,…) 二是活度系数模型，可以表示为

式中的a、b、A、B都是特征常数，由系统的性质决定，有 的也与温度有关。虽然有的状态方程可以用于气、液两相， 但较多用于气相，而且准确也高，而活度系数模型主要用 于液体溶液。

i f ( xi , A, B )

(2)意义： 化工热力学解决的三大问题中，以平衡状态下 热力学性质的计算最为重要，它是解决其它问题的基础， 所以在本书中受到特别的重视，所占的篇幅较多，其理由 如下： 物性或热力学性质是化工工艺设计中不可缺少的基础数据。 化工生产要涉及大量的物质，在过程开发和化工生产中， 若对处理物料的性质不了解，则无法分析流体间物质和能 量的传递，也无法设计分离过程，更无法认识其反应过程。 虽然实际操作过程不可能在平衡状态下进行，但是平衡态 下的热力学数据代表着极限的状态，是对实际过程进行可 行性分析、提高设计水平、优化操作条件不可缺少的数据。 平衡状态下热力学性质的计算，不仅可以克服实验测定所 带来的数据不完整、存在误差等弊端，而且能够从局部数 据推算系统的完整信息；从常温、常压下的物性数据推算 苛刻条件下的性质；从容易测定的数据推测较难测定的数 据；从纯物质的性质求取混合物的性质，还可以对实验数 据的质量进行检验，做出评价和筛选。所有这些都会节省 大量的人力、物力和财力。

1.2 化工热力学的

研究对象 化工热力学研究的主要对象是：封闭系统，它又分为均 相和非均相封闭系统。一个非均相封闭系统在尚未达到 平衡时的各相都可视为均相敞开系统；当达到平衡时， 相与相之间进行的物质和能量传递都已经处于动态平衡， 其各相都可视为均相封闭系统。正确理解这种关系，不 仅有助于非均相系统热力学性质的计算，也能使不同系 统的热力学性质计算与热力学原理一一对应起来。 上述均相与非均相系统，都对应于实际的纯物质和定组 成混合物，如图1-1所示。

均相纯物质

均相封闭系统封闭系统 非均相封闭系统 均相定组成混合物 非均相纯物质

非均相定组成混合物图1-1 化工热力学研究对象

以上讨论的研究对象是从系统与环境进行 物质、能量交换关系来说明的，若从系统 的性质特点来看，则又可将系统分为理想 系统(如理想气体和理想溶液)与非理想 系统(如真实气体与真实溶液)。前者是 物理化学中讨论的主要对象，而后者是化 工热力学研究的主要对象。非理想系统更 接近实际应用，过程所涉及的温度、压力 范围比较宽，处理起来更复杂，但是，随 着科学技术的高速发展，电子计算机的广 泛应用，这些问题都将会得到解决。

1.3 化工热力学的内容及安排 化工热力学所涉及到的流体性质主要有两类，一类是基 本性质，如P、V、T等，另一类是更重要的、难测的性质， 如M = U、H、G、Cp等，这些性质的计算主要由第二章至 第五章来完成，具体安排见表1-1。表1-1 热力学性质计算的内容及其安排 P、V、T 第二章 第二章 第二章 部分专用方程； 第五章 第五章 非均相定组成混合物 均相纯物质 均相定组成混合物 非均相纯物质 M = U、H、G、Cp等 第三章 第三章和第四章

1.4 热力学性质计算的一般方法 化工热力学计算热力学性质时，一般通过以下三步来完成： 变量分析，并推出原理式： 首先应用相律，对系统进行 变量分析，确定独立变量和要求的从属变量；通过一定的 数学推导，将从属变量或要求的热力学性质表示成易测性 质(P、T、V及理想气体的热容)的函数； 引入表达系统特征的模型： 本书的第二章将学习状态方 程EOS模型，在第四章将学到活度系数模型； 数学求解： 将上述原理式与模型方程组合(实际上是将 模型方程代入原理式)进行数学求解，求得具体系统的从 属变量。 以上三步可以相应概括为原理-模型-应用，也可以理解为 化工热力学内容的“三要素”。

第二章 流体的P-V-T性质2.1 引言 1)用途：用流体的P-V-T性质，结合一定的热力学原理式， 可以推算更有用的性质M。这是流体的P-V-T

性质的最重 要的用途之一，所以流体的P-V-T性质的研究是重要的基 础工作。 2)获得方法：流体的P-V-T性质的获得，主要通过两种方 法：一是实验测定，存在种种弊端 。虽然至今已经积累 了大量的纯物质及其混合物的P-V-T数据，如水、空气、 氨等，但是实验测定不具有普遍性，如费时、费力又耗 资；测定所有流体的P-V-T数据显然是不现实的，离散的 数据点不便于进行数学处理，难以采用理论的方法获得 数据点以外的或其它的热力学性质；二是用流体的临界 参数、正常沸点、饱和蒸气压等基础数据来预测流体的 P-V-T性质。这是具有实际意义的工作，因为绝大多数的 纯流体的上述基础数据能够在有关手册中查到, 这正是本 章要讨论的，

本章内容主要有： 纯物质的P-V-T相图； 纯流体P-V-T关系—状态方程EOS(包括立方型 和多常数型)和对应态原理； 纯流体饱和性质的专用方程； 均相定组成混合物的P-V-T性质。

2.2 纯物质的P-V-T相图 (1)纯物质的P-V-T相图 用几何图形来描述纯物质的状态随着P、V、 T的变化关系图。纯物质的P-V-T相图可以 表示成三维曲面的形式。但是三维图比较 复杂，实际使用的常常是将P-V-T曲面分别 投影到P-T和P-V平面上的、更加直观的二 维图形。如图2-1和图2-2。

(2)P-V相图分析 区、点和线：图中的S、L、V、G分别表示固相、液相、 蒸气(可以液化)和气相(不能液化)的单相区；图中的 S/L、V/S、V/L分别表示固/液、气/固和气/液两相平衡共 存区；曲线AC和BC分别表示饱和液体线(泡点线)和饱 和蒸气线(露点线),它们与三相线(通过AB的直线) 包围着气液两相平衡区，并且在C点平滑相连；C点是气 液平衡共存的最高温度和压力点，叫临界点。临界点对应 的参数叫临界参数，如临界温度Tc、临界压力Pc和临界 体积Vc等。附录A-1中给出了部分物质的临界参数。通过 AB的直线是三相线，线上的任意一点都表示气、液、固 三相平衡。 超临界流体区：高于临界温度和压力的区域叫超临界流体 区。从液体到流体或从气体到流体都不存在相变化。超临 界流体既不同于液体，也不同于气体，它的密度可以接近 液体，但具有类似气体的体积可变性和传递性质，可以作 为特殊的萃取溶剂和反应介质，与此相应的开发技术有超 临界萃取和超临界反应等。

P-V图上的等温线: 主要有三种, 一是高于临界温度的等 …… 此处隐藏：2455字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……