化工热力学第三章精选.ppt

流体的热力学性质 各章之间的联系 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(温度)、P(压力)、V(体积)、Cp(等压热容)、Cv(等容热容);U(内能)、H(焓)、S(熵)、A(自由能)、G(自由焓)，f(逸度)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 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 两相系统的热力学性质及热力学图表 §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 教材P.30 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Δ S。 解：可以把这种变化看成是两步进行： （1）恒压过程：在压力P1下，温度T1变到T2 （2）恒温过程在温度T2下，压力从P1压缩到P2。 如果气体为真实气体，并可以用van der waals状态方程表达，则ΔS为多少？ §3.2.1.3内能(Internal Energy)的普遍关系 例3：证明状态方程 p(V-b)=RT表达的流体: (a)等温下，Cp与压力无关； (b)在一个等焓变化过程中，温度是随压力的下降而上升。 §3.2.2 焓、熵的计算 一、参比态的选择 二、剩余性质的引入 三、剩余性质MR的计算 ①普遍化维里系数法 ②普遍化压缩因子法 四、真实气体焓、熵的计算 五、真实气体的焓变和熵变 六、偏离函数与剩余性质的关系 物化——焓变、熵变 化工热力学——为了工程方便，需要绝对熵S、绝对熵H的计算。 犹如“海拔高度”的概念 §3.2.2 焓、熵的计算 参比态的选择规则： 参比态的压力P0应足够低。 基准态的选择是任意的，常常出于方便，但通常多选物质的某些特征状态做基准态，例如： ①水（水蒸气）以三相点为基准态，即：令三相点（0.01℃）的饱和水U=0，S=0?? ②对于气体，大多选取1atm（100kPa）；25℃（298K）为基准态。 §3.2.2 焓、熵的计算 定义：剩余性质（Residual Property）是指气体真实状态下的热力学性质M与同一T，P下当气体处于理想状态下热力学性质M* 之间的差额。 剩余性质MR可用下式表示： 二、剩余性质的引入 必须注意：既然气体在真实状态下，那么在相同T和P下，气体状态不可能处于理想状态。