第三章流体的热力学性质2013.ppt

流体的热力学性质 各章之间的联系 焓和熵的作用 生活和生产中时时处处都离不开能量的转换和利用。如蒸汽动力循环、制冷循环。 化工过程更是一个以能量为源泉和动力将原料加工成为产品的过程。 能量的转换、利用、回收、排放，构成了化工过程用能的特点和规律。 化工热力学的两大任务之一就是过程的热力学分析。 能量衡算，计算过程实际消耗的热、机械功、电功等。 分析能量品位变化，指明能耗的薄弱环节。 什么是流体的热力学性质？ 流体的热力学性质包括气体、液体的 T、P、V、Cp、Cv U、H、S、A、G，f等。 按其来源分类 ⑴可直接测量的：P，V，T等； ⑵不能直接测量的：U，H，S，A，G等； ⑶可直接测量，也可推算的：Cp，Cv， z， κ，β， μJ等。 焓平衡数据S , H, U, G倒底有什么用？ 1、怎样去除酒精中的甲醇？ 2、精馏塔的设计 再沸器多大？ 需通入多少蒸汽？ 如何移走放热反应中的热量？移走多少？ ③多元相平衡数据是设计、生产操作和产品质量控制必不可少的，尤其是产品众多、分离要求高的石油化工更是如此。 产品分离：设备投资50~90%；能量60~90%。 精馏塔的设计 §5.1.3 稳流体系能量平衡方程及其应用 一些常见的属于稳流体系的装置 §5.1.3 稳流体系能量平衡方程及其应用 应用中的简化 1）流体通过压缩机、膨胀机 ∵ ?u2≈0，g? Z≈0 ∴ ?H=Q + Ws——稳流过程中最常用的公式 若绝热过程Q=0， Ws= ?H= H2-H1 高压高温蒸汽带动透平产生轴功。 §5.1.3 稳流体系能量平衡方程及其应用 2）流体通过换热器、管道、混合器 ∵ Ws=0，?u2=0，g? Z=0 ∴ ?H=Q 如发生化学反应，相变化，温度变化时，与环境交换的热量（反应热，相变热，显热）等于体系的焓差。 §5.1.3 稳流体系能量平衡方程及其应用 3）流体通过节流阀门或多孔塞，如节流膨胀或绝热闪蒸过程。 ∵ Ws=0，?u2=0，g? Z=0 ，Q=0 ∴ ?H=0 冷冻过程是节流过程，焓未变但温度降低 §6.3.1蒸汽压缩制冷循环 3、蒸汽压缩制冷循环——几个重要指标 §5.1.3 稳流体系能量平衡方程及其应用 4）流体通过喷嘴获得高速气体（超音速） 例：火箭、化工生产中的喷射器。 ∵ Q=0，g? Z=0 ， Ws=0 ∴ ?H= -?u2/2 ； u2 u1 损失功 第三章内容 §3.1 热力学性质间的关系 §3.2 热力学性质的计算 §3.3纯流体的热力学性质图表 §3.1 热力学性质间的关系 §3.1.1 热力学基本关系式 §3.1.2 点函数间数学关系式 §3.1.3 Maxwell方程 §3.1.4热力学偏导数关系式 §3.1.5 热力学基本关系式、热力学偏导数关系式和Maxwell方程的意义 §3.1.6 其它重要的关系式 §3.1.7 帮助记忆小诀窍 复习：热力学定律与热力学基本关系式 状态函数 内能 ΔU=Ｑ+Ｗ 焓 H=U＋PV 自由能 A=U－TS 自由焓 G=H－TS 复习：热力学定律与热力学基本关系式 3.1.1 热力学基本关系式 如何计算U，H，A、G？ 1）由公式知U，H，A，G =f(P，V，T，S) 2）P、V、T、 S中只有两个是独立变量。S不能直接测定， 以（T, P ）和（ T ，V）为自变量最有实际意义。 3、若有S=S(T，P) 和 V=V(T，P)，就能推算不可直接测量的U，H，A，G。 问题：如何建立 V=V(T，P)和S=S(T，P) ？ 答案： §3.1.5 热力学基本关系式、偏导数关系式和Maxwell方程的意义 描述单组分体系的8个热力学量P，V，T，U，H，S，A，G每3个均可构成一个偏导数，总共可构成336个偏导数。 独立的一阶偏导数共112个。其中有两类共6个可通过实验直接测定。 （1）由PVT实验测定的偏导数 （2）由量热实验测定的偏导数 （1）由PVT实验测定的偏导数 （2）由量热实验测定的偏导数 例3-2 试计算在0.1013MPa下，液态汞有275K恒容加热到277K时所产生的压力。 §3.1.7 帮助记忆小诀窍 §3.1.7 帮助记忆小诀窍 §3.1.7 帮助记忆小诀窍 §3.2 热力学性质的计算 §3.2.1 焓、熵、内能的普遍关系 §3.2.1.1 焓的普遍关系 §3.2.1.2 熵的普遍关系 §3.2.1.3 内能的普遍关系 §3.2.2 焓、熵的计算 例1： 理想气体从T1,P1变到T2,P2 ，求熵变ΔS。 解： 如果气体为真实气体，并可以用van der wa