化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件市公开课一等奖省赛课微课金奖课件.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2021/10/3,#,化工热力学,总复习,1,讲授人：王仁舒,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第1页,第1页,课程位置,化工热力学在课程链上位置,基础课：高等数学、化工制图、无机化学、有机化学、分析化学、,物理化学,化学热力学,化学动力学,专业基础课,：,、化工原理、仪表及自动化,专业课：分离工程、化学工艺学 等等,化工热力学,反应工程,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第2页,第2页,课程知识分类：,化工热力学,能量分析,流体热力学性质,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第3页,第3页,惯用化工热,力学研究方法,课程研究方法：,百分比系数法,代数法,利用抽象概括、理想方法来处理问题，用于实际问题时，加以适当修正。,压缩因子、逸度系数、活度、热力学效率,剩下函数、超额函数,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第4页,第4页,一、流体热力学性质,两类热力学基本性质,引述：,p,V,T,x,U,H,S,G,易测,难测,？,由易测数据，来推算难测数据,需要先行研究流体,p,V,T,x,关系,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第5页,第5页,纯物质,p-V-T,相图,1.1,流体,p,V,T,x,关系,定组成混合物,p-T,相图,1.1.1,流体相图及临界点,a,、临界点,：,Tc,临界温度；,Pc,临界压力；,Vc,临界体积注意：假如,T Tc,，则不存在液体；临界等温数学特征,定义：,气液两相共存最高温度或最高压力，称之临界点,。,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第6页,第6页,b.,超临界流体（,Supercritical Fluid,SCF）,定义：在,T Tc,和,P Pc,区域内，形成一个特殊状态流体,性质：,（,1,）各种物理化学性质介于气体和液体之间,并兼具二者优点。含有液体一样密度、溶解能力和传热系数,含有气体一样低粘度和高扩散系数。,（,2,）物质溶解度对,T,、,P,改变很敏感，尤其是在临界状态附近，,T,、,P,微小改变会造成溶质溶解度发生几个数量级突变，超临界流体正是利用了这一特征，经过对,T,、,P,调控来进行物质分离。,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第7页,第7页,c.,超临界萃取技术工业应用,研究较多超临界流体包含,:CO,2,、,H,2,O,、,NH,3,、甲醇、乙醇、戊烷、乙烷、乙烯等。,药剂起源、价格、安全性等原因限制。只有,CO,2,应用最多,临界条件温和,Tc=31,；,Pc=7.4 MPa,。萃取温度低,(30,50),能保留产品天然有效活性。溶解能力强。,惰性（不污染产品）、价廉易得、选择性良好和产物易从反应混合物中分离出来。大规模超临界流体萃取兴起于,用超临界,CO,2,成功地从咖啡中提取咖啡因。,用超临界戊烷流体从石油中分离重油组分。现在用于提取油脂、香精、色素、药品、酶有效成份，制造出真正天然“绿色食品”。鱼油、小麦胚芽油、沙棘油、啤酒花浸膏等天然医药保健品。,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第8页,第8页,大型超临界流体萃取装置图,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第9页,第9页,1.1,流体,p,V,T,x,关系,状态方程（,EOS,）定义（状态方程：,Equation of State,）,EOS,是物质,p-V-T,关系解析式；能反应物质微观特征或宏观,P-V-T,特征。,依据,相律,，纯物质在单相区自由度,F=C P+2,为,2,，所以,p,V,T,中,任意两个指定后,，状态就确定了。,1.1.2,纯流体,p,V,T,关系,1.1.2.1,状态方程,：,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第10页,第10页,1.1.2.2,气体状态方程,理想气体状态方程,理想气体状态方程：,理想气体：分子间相互作用力可忽略不计；气体分子本身体积可忽略不计。,理想气体,EOS,是,f(P,V,T)=0,中最简单一个形式。,R=8.314m3.pa/mol.K,量纲等价于,J/mol.K,p V=n R T,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第11页,第11页,b.,Redlich-Kwong,（,RK,）,EOS,RK,方程显著优于,vdW,方程，是真正实用,EOS,。,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第12页,第12页,RK,方程计算气相体积准确性有了很大提升；*,RK,方程计算液相体积准确性不够，不能同时用于汽、液两相；*,RK,方程用于烃类、氮、氢等非极性气体时精度较高，即使在几百大气压；但对于氨、水蒸气等极性较强气体则精度较差。,*,液相效果较差，也不能预测纯流体蒸汽压,(,即汽液平衡,),。,RK,方程适用范围及特点,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第13页,第13页,c.,Soave-Redlich-Kwong(SRK),方程,与,RK,方程相比，,SRK,方程大大提升了表示纯物质汽液平衡能力，使之能用于混合物汽液平衡计算，故在工业上取得了广泛应用。,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第14页,第14页,d.,Virial,方程,实际气体压缩因子,Z,理气,EOS：,p,V=R T,实气,EOS：,p,V=Z R T,将全部偏差全集中到,Z,压缩因子。,说明：实气状态改变，则随状态而变。即,Z=f,（,T,P,），是个无因次状态物理量。,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第15页,第15页,Virial,方程两种形式,对于低、中压气体，,二项式,精度符合工程要求。,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第16页,第16页,e.,普遍化状态方程,p,V=Z R T,将全部偏差全集中到,Z,压缩因子。,对比,(,应,),态原理,(,CSP-Corresponding State Principle),对比态原理：在相同对比温度、对比压力下，任何气体或液体对比体积（或压缩因子）是相同。写成状态方程为：,f(,p,r，Tr，Vr)=0,对比状态方程,对比参数：,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第17页,第17页,.,普遍化压缩因子法,Z=f(Tr,Pr,),Pitzer,将其写成：,Z0=f(Pr,Tr)-,是简单流体压缩因子；,Z1=f(Pr,Tr)-,是非简单流体压缩因子,Z,校正值。,p,V=Z R T,适用范围：,对非极性流体误差,3%,极性流体误差,510%,缔合气体，误差大。,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第18页,第18页,.,普遍化维里系数法,普遍化第二维里系数关系式,把 项看成是第二维力系数。,适用范围：,对非极性流体误差,3%,极性流体误差,510%,缔合气体，误差大,中、低压。,Pitzer,定义：,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第19页,第19页,普遍化关系使用区域：,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第20页,第20页,1.2,纯流体热力学性质,记忆辅助图,1.2.1,热力学性质间关系,热力学基本关系式,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第21页,第21页,麦克斯韦关系式,:,将难测量用易测量代替，建立函数关系,S=f(T,，,P),。,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第22页,第22页,热力学偏导数,关系式,:,从公式,(1),，,(2),导出,从公式,(1),，,(3),导出,从公式,(2),，,(4),导出,从公式,(3),，,(4),导出,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第23页,第23页,描述单组分体系,8,个热力学量,P,、,V,、,T,、,U,、,H,、,S,、,A,、,G,，每,3,个均可组成一个偏导数，可组成,336,个偏导 数。,而独立一阶偏导数共,112,个，而其中只有两类 可经过试验直接测定。,（共,6,个）,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第24页,第24页,6,个可测偏导数,热力学基本方程偏导数关系式,Maxwell,方程,由易测数据来推算难测数据,熵变普遍关系,焓变普遍关系,内能改变普遍关系,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第25页,第25页,a.,熵变普遍关系,理想气体：,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第26页,第26页,液体：,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第27页,第27页,b.,焓变普遍关系,理想气体：,等温：,等压：,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第28页,第28页,液体：,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第29页,第29页,c.,内能改变普遍关系,恒容过程：,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第30页,第30页,剩下性质,M,R,（,Residual Property,）：是指,在相同,T,和,P,下，真实气体状态热力学函数值,M,R,与理想气体状态热力学函数值,M,ig,之,差。,其中：,M=V,、,U,、,H,、,S,、,A,、,G,、,C,p,、,C,V,M,R,=M-M,ig,1.2.2,剩下性质,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第31页,第31页,对于焓和熵,H=M,ig,+H,R,S=M,ig,+S,R,1.2.2,剩下性质,理想气体,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第32页,第32页,剩下性质计算公式,（等温）,1.2.2,剩下性质,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第33页,第33页,剩下焓和剩下熵计算方法,依据,P-V-T,试验数据计算（作图法）,状态方程法,普遍化关系法,1.2.2,剩下性质,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第34页,第34页,状态方程法,a.,部分惯用状态方程剩下焓和剩下熵计算式,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第35页,第35页,b.,普遍化关系法,(1),由普遍化压缩因子法关联图表,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第36页,第36页,(2),普遍化维里系数法,b.,普遍化关系法,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第37页,第37页,1.2.3,真实气体,焓、熵计算,真实气体,T,1,，,p,1,，,M,1,真实气体,T,2,，,p,2,，,M,2,理想气体,T,1,，,p,1,，,M,1,ig,理想气体,T,1,，,p,2,理想气体,T,2,，,p,2,，,M,2,ig,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第38页,第38页,1.2.4,逸度,和,逸度系数,（等温）,定义：,1.2.4.1,逸度,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第39页,第39页,纯组分,i,逸度系数,定义：,逸度和逸度系数物理意义,（,1,）对于纯物质，理想气体,fi=P,对于纯物质，真实气体,fi=i*P,fi,是“校正压力”或“有效压力”。,i,表示真实气体与理想气体偏差。,（,2,）物质在任何状态下都有逃逸该状态趋势，逸度,fi,表示分子逃逸趋势，相间传递推进力。,如：一定,T,下，液相水分子有逃入气相趋势；同时，气相水分子也有逃入液相趋势。当两个趋势相等时，气液两相抵达平衡。,1.2.4.2,逸度系数,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第40页,第40页,1.2.4.3,纯气体逸度计算,纯气体逸度,计算通式：,若引入,“剩下体积”,概念，能够得到用剩下体积表示计算式：,剩下体积,（等温）,（等温）,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第41页,第41页,纯气体逸度,计算方法,依据,p-V-T,试验数据作图法,状态方程法,普遍化关系法,H,、,S,数据计算法,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第42页,第42页,a.,状态方程法,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第43页,第43页,b.,普遍化关系法,Lee-Kesler,方程：,（,1,）对应态原理（三参数压缩因子法）,由,T,r,，,p,r,值，查附表三,D1,、,D2,由附表三,D1,、,D2,得,lg,0,、,lg,1,由,lg,0,、,lg,1,值代入,Lee-Kesler,方程，即解,步骤：,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第44页,第44页,（,2,）普遍化维里系数法,（纯、混通用）,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第45页,第45页,c.H,、,S,数据计算法,注意：,1）必须有所求状态 值,2）有最低,P,*,下,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第46页,第46页,1.3,混合流体热力学性质,1.3.1,偏摩尔性质,纯物质摩尔性质,Mi,不能代表物质后在溶液中贡献值，则非常有必要引入一个新性质代替之，它能代表该物质对溶液性质真正贡献。,这个新性质就是偏摩尔性质（,Partial molar property,）,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第47页,第47页,敞开、变组成体系广度性,U,、,H,、,A,、,G,、,V,、,S,与,T,、,P,，,组成,相关,偏摩尔,性质,定义：,恒温恒压下，广度性质随组分,i,摩尔数改变率。,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第48页,第48页,1.3.1.1,化学位,在相平衡、化学平衡问题中用处很大,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第49页,第49页,1.3.1.2,集合公式,注意区分混合物三类性质：,M,，,M,i,，,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第50页,第50页,对于二元溶液，摩尔性质和偏摩尔性质间存在以下关系：,或,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第51页,第51页,1.3.1.3 Gibbs-Duhem,方程,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第52页,第52页,比较式（,4-18,）和式（,4-19,）可得,Gibbs-Duhem,方程普通形式,当,T,、,P,恒定时,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第53页,第53页,二元系等温、等压条件下,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第54页,第54页,1.3.2,混合规则,二次型混合规则,:,式中：,m,-,混合物性质，即临界参数（,Tc,、,Pc,、,Vc,）、偏心因子等其它参数；,y-,混合物中各组分摩尔分数；,ij,-,相互作用项，代表混合过程引发非理想性。,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第55页,第55页,以常见二元体系混合规则：,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第56页,第56页,Kay,规则,适用范围,当,0.5Tci/Tcj2,、,0.5Pci/Pcj2,时，,Kay,规则与其它较复杂规则比较，计算,cm,值差异小于,2,。对于组分差异很大，尤其是含有极性组分或有缔合成二聚体倾向混合物体系，不适用。,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第57页,第57页,a.virial,方程混正当则：,virial,方程混正当则，对建立其它方程混正当则有指导意义。,对于混合物状态方程,P V=Z R T，,可用,virial,方程混合规则计算,Z,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第58页,第58页,b.R K,方程混合规则：,k,ij,-,相互作用参数，普通由试验数据拟合得。对于组分性质相近混合物，可取,0,。,P R,方程混正当则与,R K,方程混正当则相同。,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第59页,第59页,流体混合物中组分逸度计算是气液平衡计算基础，也是化学反应平衡计算中必不可少。,我们是在纯流体逸度基础上讨论混合物逸度和逸度系数。,1.3.3,混合物逸度与逸度系数,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第60页,第60页,混合物中组分,i,逸度定义为,混合物中组分,i,逸度系数定义为,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第61页,第61页,(恒,T，x,),(恒,T，x,),混合物逸度与逸度系数计算基本式,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第62页,第62页,V,为显函数,p,为,显函数,混合物总体积,混合物,压缩因子,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第63页,第63页,混合物逸度计算方法,RK,方程法,维里方程计算,用,RK,方程计算组分逸度系数,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第64页,第64页,用维里方程计算组分逸度系数,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第65页,第65页,二元系,:,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第66页,第66页,1.3.3.2,混合物逸度与其组分逸度之间关系,纯物质逸度,混合物逸度,混合物中组分逸度,纯物质逸度系数,混合物逸度系数,混合物中组分逸度系数,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第67页,第67页,对照偏摩尔性质,定义,:,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第68页,第68页,混合物,逸度与其组分逸度之间关系,混合物性质,偏摩尔性质,二者关系式,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第69页,第69页,1.3.3.3,压力和温度对逸度影响,（,1,）压力对逸度影响,压力对纯组分逸度影响,压力对混合物中组分逸度影响,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第70页,第70页,（,2,）温度对逸度影响,温度对纯组分逸度影响,温度对混合物中组分逸度影响,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第71页,第71页,1.3.4,理想溶液和标准态,（,1,）以,Lewis-Randall,定则为基础要求标准态：,（,2,）以,Henry,定律为基础要求标准态,k,i,为,Henry,常数,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第72页,第72页,1.3.4.1,理想溶液,理想溶液表现出特殊物理性质，其主要特征表现在四个方面。,分子结构相同，大小一样；,分子间作用力相同；,混合时没有热效应,；,混合时没有体积改变,。,符合上述四个条件者,皆为理想溶液,缺一不可,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第73页,第73页,1.3.5,活度与活度系数,活度定义：,对于理想溶液：,活度系数：,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第74页,第74页,1.,3.6,混合过程性质改变,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第75页,第75页,1.3.6.1,混合过程自由焓改变,活度与,G,关联,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第76页,第76页,方程右端都包含有,V,H,S,与活度关联,详见教材,P82,公式,4-65,至,4-67,1.3.6.2,混合过程体积、焓、熵改变,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第77页,第77页,1.3.6.3,理想溶液混合性质改变,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第78页,第78页,1.3.7,超额性质,超额性质,(Excess Properties),，定义为相同温度、压力和组成条件下真实溶液性质与理想溶液性质之差。,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第79页,第79页,考虑到：,故而：,又：,综上述：,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第80页,第80页,1.3.7.1,超额自由焓,活度与,G,关联,即：,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第81页,第81页,对照,和,即,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第82页,第82页,1.3.8.1,非理想溶液模型,非理想溶液就其模型建立来讲，大致分为三种情况：,1、正规溶液模型;,2、无热溶液模型;,3、基团溶液模型；,1.3.8,活度系数与组成关联,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第83页,第83页,过量自由焓模型以,无热溶液,作为基础,Wilson,方程,因为分子间作用力不一样提出了局部组成概念,;,利用,Boltzmann,因子引入描述不一样分子间作用能，将微观与宏观联络起来;,把局部组成概念引入,FloryHuggins,提出无热溶液，用微观组成代替宏观组成。,1.3.8.2,活度系数与组成关联方程,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第84页,第84页,Wilson,参数：,二,元,溶液,Wilson,方程：,液相摩尔体积,分子间相互作用能,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第85页,第85页,化工热力学,总复习,2,讲授人：王仁舒,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第86页,第86页,1.4,相平衡,（,Phase Equilibrium,）,平衡状态：,在没有外界影响条件下，体系宏观状态不随时间而改变。,-,热平衡、力平衡、相平衡、化学平衡,两相,接触时，相间将发生物质、能量交换，直至,相,性质如温度、压力、组成等保持恒定，即处于,相平衡。,相平衡：,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第87页,第87页,1.4.1,相平衡,判据,含有,个,相和,N,个组分体系抵达相平衡时,由逸度定义,和上式可得,系统抵达相平衡时，除各相温度、压力相同外，每个组分在各相中逸度应相等。,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第88页,第88页,1.4.2,相图,1.4.2.1,汽液平衡立体相图,对于二元组分，它没有固定沸点，沸点是对于,纯物质,而言；对于混合物，只有泡点与露点：,泡点,：在一定压力下第一个气泡出现时温度；,露点,：在一定压力下第一个液滴出现时温度,。,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第89页,第89页,1.4.2.2,二元体系汽液平衡二维相图,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第90页,第90页,（,1,）逆向冷凝,逆向冷凝和逆向气化是,烃类混合物尤其是含氢或氮等气体烃类混合物,在特定压力、温度和组成下所产生一类特殊相平衡现象。,逆向冷凝示意图,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第91页,第91页,逆向冷凝原理与现象对于石油工业有实用价值。石油开采时，地下压力很高，油喷时间长，当压力发生改变，油气出来多，液相馏分油出来相对较少。,油井温度改变普通不大，对于老油井通常采取往井中注水方法，使其处于逆向冷凝区，以提升原油产量。,另外，从高压天然气回收凝析油，高压气井地下压力较高，如,100-200 atm,，当井口压力降至最大液相点附近时，就能够取得相当数量凝析油。但若减压过分，则液相重新汽化难以分离出凝析油。,逆向冷凝现象实际意义,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第92页,第92页,1.4.3,汽液平衡计算,活度系数法,中低压,状态方程法,高压,简化,K,值法,轻烃类物系,汽液平,衡计算,基本计算方式：迭代试差,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第93页,第93页,（,1,）活度系数法（中低压）,液相,：,以,Lewis-Randall,定则为基准标准态：,Poynting,因子，对压力影响校正,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第94页,第94页,气相,：,依据相平衡判据：,因为溶液理论推导,i,计算式未考虑,p,影响，活度系数法仅适应于远离临界点中低压范围。,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第95页,第95页,低压至中压时：,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第96页,第96页,计算,纯组分饱和蒸汽压由,Antoine,方程等饱和蒸汽压方程求。,Antoine,方程：,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第97页,第97页,计算,1.3.3.1,混合物逸度与逸度系数计算,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第98页,第98页,计算,1.2.4.3,纯组分逸度系数计算：,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第99页,第99页,计算,1.3.8,活度系数与组成关联：,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第100页,第100页,（,2,）状态方程法（高压）,实际应用中，可依据详细情况，,对汽液平衡计算进行简化！,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第101页,第101页,1.4.3.1,汽液平衡计算类型,等温泡点计算 已知体系温度,T,与液相组成,x,i,，,求泡点压力,P,与汽相组成,y,i。,等压泡点计算 已知体系压力,P,与液相组成,x,i,，,求泡点温度,T,与汽相组成,y,i。,等温露点计算 已知体系温度,T,与汽相组成,y,i,，,求露点压力,P,与液相组成,x,i。,等压露点计算 已知体系压力,P,与汽相组成,y,i,，,求露点温度,T,与液相组成,x,i。,两大类，四小类：变量为：,T,、,p,、,x,、,y,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第102页,第102页,1.4.3.2,经典气液平衡计算式,理想系汽液平衡：,低压系汽液平衡：,中压系汽液平衡：,高压系汽液平衡：,理想气体,+,理想溶液,理想气体,+,非理想溶液,非理想气体,+,非理想溶液,汽液两相均为非理想系统,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第103页,第103页,（,1,）理想系汽液平衡：,a.,等温泡点计算,已知,T,与,x,i,，,求,P,与,y,i,基本,计算式,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第104页,第104页,计算步骤,：,1.,由,Antoine,方程求,p,i,s,2.,3.,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第105页,第105页,b.,等温露点计算,已知,T,与,y,i,，,求,P,与,x,i,。,基本,计算式,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第106页,第106页,计算步骤,：,1.,由,Antoine,方程求,p,i,s,2.,3.,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第107页,第107页,c.,等压泡点计算,已知,P,与,x,i,，,求,T,与,y,i,。,求温度需要试差。任选一个,k,组分：,基本,计算式,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第108页,第108页,计算步骤,：,Antoine,方程,令,p,i,s,=p,N,Y,get,是试差允许偏差，,手算中普通取,0.010.001,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第109页,第109页,d.,等压露点计算,已知,P,与,x,i,，,求,T,与,y,i,。,基本,计算式,求温度需要试差。任选一个,k,组分：,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第110页,第110页,计算步骤,：,Antoine,方程,令,p,i,s,=p,N,Y,get,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第111页,第111页,（,1,）低压汽液平衡计算：,汽相为理想气体，液相非理想溶液。,基本,计算式,1 等温泡点计算,已知,T,与,x,i,，,求,P,与,y,i,。,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第112页,第112页,由,Antoine,方程求,由,wilson,方程求,i,计算步骤,：,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第113页,第113页,汽相为理想气体，液相非理想溶液。,基本,计算式,2,等温露点计算,已知,T,与,y,i,，,求,P,与,x,i,。,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第114页,第114页,计算步骤,：,Antoine,方程,令各,i,=1,N,Y,get,Wilson,方程,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第115页,第115页,3 等压泡点计算,已知,P,与,x,i,，,求,T,与,y,i,。,基本,计算式,求温度需要试差。任选一个,k,组分：,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第116页,第116页,计算步骤,：,Antoine,方程,Wilson,方程,N,Y,get,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第117页,第117页,4 等压露点计算,已知,P,与,y,i,，,求,T,与,x,i,。,基本,计算式,求温度需要试差。任选一个,k,组分：,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第118页,第118页,1.4.3.3,简化,K,进行汽液平衡计算,K,i,应是,T、P、y,i,、x,i,函数，但对轻烃类体系，组成对,K,i,值影响较小，可将,K,i,看作,T、P,函数，利用,P,T,K,列线图查,K,i,值。,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第119页,第119页,1.4.3.4,二元共沸物计算,基本,计算式,汽相为理想气体，液相非理想溶液。,对于二元共沸物系，恒沸点时：,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第120页,第120页,1.4.4,汽液平衡数据,热力学一致性检验,基本,方式,点检验法,面积检验法,1.4.4.1,由,i,表示,Gibbs-Duhem,方程,Gibbs-Duhem,方程普通形式：,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第121页,第121页,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第122页,第122页,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第123页,第123页,二、能量分析,2.1,化工过程能量分析,能量守恒与转化,一切物质都含有能量，能量是物质固有特征。通常，能量可分为两大类，一类是系统蓄积能量，如动能、势能和热力学能，它们都是系统状态函数。另一类是过程中系统和环境传递能量，常见有功和热量，它们就不是状态函数，而与过程相关。热量是因为温度差异引发能量传递，而做功是由势差引发能量传递。所以，,热和功是两种本质不一样且与过程传递方式相关能量形式。,2.1.1,能量平衡方程,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第124页,第124页,要求：系统得功，其值为正；反之为负。,对流动系统：,轴功,W,s,：,流体经过机械设备旋转轴与环境所交换能量。,流动功,W,f,：,物料连续流动时，因流体内部相互推进所交换功。,流动功,W,f,F.S=（P.A）.(V/A)=P.V J/Kg,（,1,）功,W,：,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第125页,第125页,对非流动系统,体积功,W,：特定设备（如带活塞气缸）中，因流体体积改变而与环境交换能量。,注意：热和功仅在能量传递中出现，并非系统本身含有能量。当能量以热和功形式传入体系后，增加是体系内能。热和功是过程函数，非状态函数。,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第126页,第126页,（,2,）能量平衡方程,一些常见属于稳流体系装置,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第127页,第127页,喷嘴与扩压管：,透平机和压缩机：,节流阀：,常见属于稳流体系装置能量平衡分析：,eg,：,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第128页,第128页,2.1.2,熵方程,2.1.2.1,热机热效率,卡诺热机效率,高温热源,T,H,低温热源,T,L,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第129页,第129页,2.1.2.1,熵增原理,2.1.2.1,熵增原理,敞开体系,a.,敞开体系熵平衡方程,内因熵改变,外因熵改变,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第130页,第130页,b.,封闭体系熵平衡方程,封闭,体系：,稳态流动,体系：,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第131页,第131页,封闭,体系：,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第132页,第132页,2.1.3,理想功、损失功及热力学效率,系统在改变过程中，因为路径不一样，所产生,(,或消耗,),功是不一样。,理想功就是系统状态改变以完全可逆方式完成，理论上产生最大功或者消耗最小功。,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第133页,第133页,系统在相同状态改变过程中，不可逆过程实际功与完全可逆过程理想功之差称为损失功。（因为过程不可逆性而引发做功效力损失。）,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第134页,第134页,热力学效率：,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第135页,第135页,2.1.4,与火无,有效能概念,以,平衡环境,状态（寂态）为,基准，理论上能够最大程度地转化为功效量称为有效能，理论上不能转化为功效量称为无效能。,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第136页,第136页,2.1.4.1,有效能计算,系统,在一定状态下有效能，就是系统从该状态改变到基态（环境状态）过程所作理想功。,当,系统由任意状态,(T,P),变到基态,(T,0,P,0,),时稳流,系统有效能,E,X,为,:,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第137页,第137页,（,1,）机械能、电能有效能机械能和电能全部是有效能，即：,E,X,=W,（或,W,S,）,动能和位能也全部是有效能。,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第138页,第138页,等压变温,过程热有效能,（,2,）热,有效能,温度,为,T,恒温热源热量,Q,有效能按卡诺热机所能做最大功计算：,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第139页,第139页,（,3,）压力,有效能,每摩尔理想气体压力有效能,对于理想气体,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第140页,第140页,（,4,）化学有效能,处于环境温度与压力下系统，与环境之间进行物质交换（物理扩散或化学反应），最终抵达与环境平衡，此过程所能做最大功为化学有效能,例题,6-9,！,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第141页,第141页,2.1.4.2,过程,不可逆性和有效能损失,E,X2,E,X1,=,（,H,2,H,1,）,T,0,（,S,2,S,1,）,=,W,id,即,E,X,=,E,X2,E,X1,=,W,id,也即 ,E,X,=,W,S,+,W,L,=,W,S,+,T,0,S,总,E,L,=,T,0,S,总,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第142页,第142页,稳流体系：,对稳流体系，若忽略掉动能和势能,HQ-Ws,，对管道流动，普通情况下，,Q0（,无热交换）,Ws0（,无轴功）,有效能损分析,dH=0,H0,dH=TdS+VdP,TdS,总,=-VdP,由前知：,E,L,=,T,0,S,总,dS,总,=(-V/T)dP,E,L,=T,0,dS,t,=T,0,(-V/T)dp,结论：,E,L,P,压力降；降低弯头及缩扩；,适当增加管径。,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第143页,第143页,2.1.4.3,衡算,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第144页,第144页,2.1.4.4,效率,a.,普通效率,b.,目标效率,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第145页,第145页,2.2,蒸汽动力循环与制冷循环,2.2.1,两相系统热力学性质及图表,惯用有水和水蒸气热力学性质表（附录四）,温熵图（,T-S,图），压焓（,lnP-H）,图，焓熵(,H-S),图。,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第146页,第146页,对于热力学容量性质有：,X,气相质量或摩尔分数,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第147页,第147页,单组份两相区,V，H，S,计算,单组份体系平衡两相混合物性质，与每相性质和每相相对量相关。,因为,V，H，S,都是容量性质，故两相数值之和就为两相混合物对应值。,汽液两相平衡：,式中：,g,气相,l,液相,x,气相重量分率或摩尔分率，在工程上，常称为干度,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第148页,第148页,（,1,）,T-S,图,水,T-S,图，其它物质,T-S,图也含有相同图形,作用：帮助处理热功效率问题,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第149页,第149页,完整图含有以下曲线,B,C,D,S,饱和曲线,BC,饱和液体线,CD,饱和蒸汽线,等线，以蓝紫线表示,等线，,以黄线,表示,等容线，以蓝紫虚线表示,等干度线，以红虚线表示,干度：汽相重量分率或摩尔分率,等线，平行于横坐标,等线，平行于纵坐标,P,H,V,x,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第150页,第150页,C,A,B,D,T,S,固,固+液,液,汽+液,气,图相区：,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第151页,第151页,等压线改变规律,S,T,小,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第152页,第152页,等焓线改变规律,T,，H,焓值大等,H,线在上边,S,T,大,在,P,一定时,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第153页,第153页,等容线改变规律,在等,T,下，由,Maxwell,式知:,S,T,大,对任何气体，在,V,一定时，,T，P,它说明了在,T,一定时，随,V，S,较大等容线位于熵值较大一边。,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第154页,第154页,（,2,）,P-H,图,这种图主要用于计算制冷系数,制冷机循环量及物流所作功。,化工热力学陈钟秀版第三版总复习课件,第155页,第155页,完整,lnP,H,图含有,压焓图中共有八种线条，六个参数：（,1,）饱和液体线（,x=0,）；（,2,）干饱和蒸气线（,x=1,）；（,3,）等干度线，参数为,x,（,x=,定值）；（,4,）等压线，参数为,p,（,p=,