化工热力学复习课件省公共课一等奖全国赛课获奖课件.pptx

1-5章 复习第1页“化工热力学化工热力学”=“基本概念基本概念”+“数学模型数学模型”内涵内涵 外延外延事物本质属性事物本质属性概念适用范围概念适用范围 公式公式各种解析关系式，各种解析关系式，(偏偏)微分关系式，向量方程等微分关系式，向量方程等边界条件边界条件初始条件初始条件t=0或或t=t时，某变量解时，某变量解x=0或或x=L时，某变量解时，某变量解第2页基本概念基本概念是热力学灵魂，所以正确地了是热力学灵魂，所以正确地了解是学好化工热力学课程基础。解是学好化工热力学课程基础。基本概念：基本概念：系统系统(system)与系统性质：与系统性质：环境环境(surroundings)与环境性质：与环境性质：热力学函数有热力学函数有：基本特征量基本特征量：热力学函数有热力学函数有：基本特征量基本特征量：第3页状态函数与过程函数状态函数与过程函数强度性质与容量性质强度性质与容量性质平衡状态和可逆过程平衡状态和可逆过程热力学过程与循环热力学过程与循环第4页三类系统：三类系统：封闭系统封闭系统：Closed System敞开系统敞开系统：Opening System孤立系统孤立系统：Isolated System化工热力学处理关键对象化工热力学处理关键对象这种区分是从系统与环境间是否有这种区分是从系统与环境间是否有物质物质传递、传递、热量热量传递和传递和功功传递来划分传递来划分第5页三个理想化概念三个理想化概念：理想气体理想气体：ideal gas理想溶液理想溶液：ideal solution可逆过程可逆过程：reversible process(1)(1)为何要引入这些理想化概念，它们有什么作用？为何要引入这些理想化概念，它们有什么作用？(2)(2)这些理想化概念这些理想化概念定性表述定性表述及及定量关系定量关系。问题问题：了解上需要费神、动脑筋了解上需要费神、动脑筋Very Important第6页 定性：定性：分子视为刚性球体，既无大小（分子视为刚性球体，既无大小（不考虑分子体不考虑分子体积）积），也无能量，也无能量(或或相互相互作用力作用力)。u理想气体理想气体(Ideal Gas)定性、定量关系定性、定量关系 定量：定量：严格数学描述关系应为：严格数学描述关系应为：补充：补充：V：摩尔体积R：理想气体常数8.314Jmol-1K-1 第7页若若则则:凡是符合凡是符合Lewis-Randall规则溶液定义为规则溶液定义为理想溶液理想溶液。Lewis-Randall规则规则：组分：组分i标准态逸度标准态逸度或或：理想溶液中组分：理想溶液中组分i逸度逸度溶液中组分溶液中组分i逸度与其摩尔分数逸度与其摩尔分数xi成正百分比关系，称之为成正百分比关系，称之为Lewis-Randall规则。规则。Lewis-Randall规则规则第8页教材结构教材结构(p，V，T，x)关系关系热力学基本方程热力学基本方程dG=-SdT+VdpH，SG，ideal gasideal solutionideal work，chapter1chapter2chapter3chapter4chapter7热力学第一定律热力学第一定律热力学第二定律热力学第二定律chapter6相平衡、化学反应平衡相平衡、化学反应平衡动力循环、制冷循环动力循环、制冷循环chapter5chapter9chapter8此处未考虑到电、磁、核、界面等方面影响此处未考虑到电、磁、核、界面等方面影响第9页纯物质纯物质p-V-T关系关系状态方程状态方程 u 立方型状态方程立方型状态方程：Van Der Waals、RK(SRK)、PR、PT方程等方程等u 多参数状态方程多参数状态方程：Virial、WBR、MH方程等方程等对应态原理及其应用对应态原理及其应用：二参数、三参数方程；普遍化二参数、三参数方程；普遍化Virial方程等方程等流体蒸气压、蒸发焓和蒸发熵流体蒸气压、蒸发焓和蒸发熵 混合规则与混合物混合规则与混合物p-V-T关系关系：算术平均和几何平均算术平均和几何平均液体液体p-V-T关系关系 系统特征量系统特征量Chapter 2难点难点：已知：已知p，T，(x)，计算，计算V。方法方法：迭代求解或三：迭代求解或三次方程解析求解次方程解析求解计算类型计算类型：p-V-T-(x)间相互推算间相互推算第10页热力学性质间关系热力学性质间关系 u 热力学基本方程热力学基本方程 单相系统热力学性质单相系统热力学性质 u 熵熵S、热力学能、热力学能U、焓、焓H、Gibbs自由焓自由焓G计算计算用剩下性质计算系统热力学性质用剩下性质计算系统热力学性质 用状态方程计算热力学性质用状态方程计算热力学性质 气体热力学性质普遍化关系气体热力学性质普遍化关系纯组分逸度与逸度系数纯组分逸度与逸度系数 纯物质饱和热力学性质计算纯物质饱和热力学性质计算 热力学图热力学图/表表 u Maxwell关系关系系统热力学函数系统热力学函数Chapter 3这些内容均是针对封闭系统给出，基础是基于理想气体得到一些这些内容均是针对封闭系统给出，基础是基于理想气体得到一些普遍结论与关系。普遍结论与关系。第11页课程根本课程根本Gibbs函数函数(G函数函数)反应真实气体与理想气体性质之差，称之为反应真实气体与理想气体性质之差，称之为剩下剩下G函数函数。与逸度或逸度系数关系：。与逸度或逸度系数关系：重点与难点重点与难点：系统热力学函数计算方法系统热力学函数计算方法第12页认识：认识：G函数对温度、压力偏导数关系与意义：函数对温度、压力偏导数关系与意义：第13页均相敞开系统热力学基本方程均相敞开系统热力学基本方程偏摩尔量偏摩尔量定义、以及其与摩尔量间关系定义、以及其与摩尔量间关系Gibbs-Duhem方程方程混合过程性质改变混合过程性质改变混合物中组分逸度及计算方法混合物中组分逸度及计算方法过量性质、过量函数模型与活度系数关联式过量性质、过量函数模型与活度系数关联式理想溶液及其标准态理想溶液及其标准态系统热力学函数二系统热力学函数二Chapter 4这些内容均是针对敞开系统给出，基础是基于混合物理想气体状这些内容均是针对敞开系统给出，基础是基于混合物理想气体状态方程以及理想溶液得到一些普遍结论与关系。态方程以及理想溶液得到一些普遍结论与关系。第14页反应真实溶液和理想溶液性质之差反应真实溶液和理想溶液性质之差,称为过量称为过量Gibbs函函数数。与活度或活度系数关系为。与活度或活度系数关系为试验数据热力学一致性检验基础试验数据热力学一致性检验基础Gibbs-Duhem方程方程Gibbs-Duhem方程是一个微分方程，所以方程是一个微分方程，所以掌握微积分掌握微积分计算是必须计算是必须理想溶液定性表述与定量关系；标准态引入目标及两理想溶液定性表述与定量关系；标准态引入目标及两种条件下标准态。种条件下标准态。活度、活度系数及其标准态；各种形式活度系数模型活度、活度系数及其标准态；各种形式活度系数模型第15页平衡篇：相平衡与化学反应平衡平衡篇：相平衡与化学反应平衡 平衡性质与判据，混合物汽液相平衡及其表示平衡性质与判据，混合物汽液相平衡及其表示:相图、及其汽相图、及其汽(气气)液平衡方液平衡方程程混合物相平衡关系混合物相平衡关系(温度温度T、压力、压力p、与各相组成、与各相组成)确实定确实定汽液相平衡计算类型与方法：汽液相平衡计算类型与方法：T，p，x，y相互推算及双重迭代循环计算方相互推算及双重迭代循环计算方法法气液平衡计算气液平衡计算Gibbs-Duhem方程应用于汽液平衡数据热力学一致性校验方程应用于汽液平衡数据热力学一致性校验液液平衡平衡计算液液平衡平衡计算相平衡相平衡Chapter 5含恒含恒(共共)沸物特征：汽液两相组成相等，即沸物特征：汽液两相组成相等，即xi=yi第16页假设O2在20、0.1MPa下H、S为零，用三参数对应态原理求O2在300、9MPa下H、S。已知O2在理想气体状态下比热容为 。（画出计算路线图，说明计算需要模型和物性数据，写出计算过程，不需要详细计算结果）。习题一第17页 第18页第19页第20页在一定温度和压力下，二元溶液中组分1偏摩尔体积如服从下式，并已知纯组分摩尔体积是V1，V2，试求出和V表示式?习题二第21页 第22页已知环己烷（1）苯（2）系统在40时活度系数模型为，纯组分蒸汽压为，试求该温度下当液相组成为时汽相组成和压力。习题三第23页 第24页在总压101.33kPa、350.8K下，苯(1)-正已烷(2)形成x1=0.525恒沸混合物。此温度下两组分蒸汽压分别是99.4KPa和97.27KPa，液相活度系数模型选取Vaar Laar方程，汽相服从理想气体，求350.8K下 汽液平衡关系 和 函数式。Vaar Laar方程为：习题四第25页 第26页对于组分A、B组成二元溶液，汽相可看做理想气体，液相为非理想溶液，溶液过量Gibbs自由焓与组成关系式可表示为：已知80时，组分A、B饱和蒸汽压分别为：问：（1）判断溶液在80时，汽液平衡能否形成恒沸物？（2）若形成恒沸物，是何种恒沸？恒沸压力和恒沸组成 为多少？习题五第27页 第28页