化工热力学课程考前辅导优秀课件.ppt
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1、化工热力学课程考前辅导第1页,本讲稿共51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2页,本讲稿共51页三个理想化的概念三个理想化的概念: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)为什么要引入这些理想化的概念,它们有什么作用?为什么要引入这些理想化的概念,它们有什么作用?(2)(2)这些理想化的概念这些理想化的概念定性表述定性表述及及定量关系定量关系。问题问题:理解上需要费神、动脑筋的理解
2、上需要费神、动脑筋的Very Important第3页,本讲稿共51页纯物质的纯物质的p-V-T关系关系状态方程状态方程 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 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方程等方程等流体的蒸气压、蒸发焓和蒸发熵流体的蒸气压、蒸发焓和蒸发熵 混合规则与混合物的混合规则与混合物的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的液体的p-V-T关系关系 系统的特征量系统
3、的特征量Chapter 2难点难点:已知:已知p,T,(x),计算,计算V。方法方法:迭代求解或三次方:迭代求解或三次方程解析求解程解析求解计算类型计算类型:p-V-T-(x)间的相互推算间的相互推算第4页,本讲稿共51页热力学性质间的关系热力学性质间的关系 热力学基本方程热力学基本方程 单相系统的热力学性质单相系统的热力学性质 熵熵S、热力学能、热力学能U、焓、焓H、Gibbs自由焓自由焓G计算计算用剩余性质计算系统的热力学性质用剩余性质计算系统的热力学性质 用状态方程计算热力学性质用状态方程计算热力学性质 气体热力学性质的普遍化关系气体热力学性质的普遍化关系纯组分的逸度与逸度系数纯组分的逸
4、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 Maxwell关系关系系统的热力学函数一系统的热力学函数一Chapter 3这些内容均是针对封闭系统给出的,基础是基于理想气体得到的一些普这些内容均是针对封闭系统给出的,基础是基于理想气体得到的一些普遍结论与关系。遍结论与关系。第5页,本讲稿共51页课程的主线课程的主线Gibbs函数函数(G函数函数)反映真实气体与理想气体性质之差,称之为反映真实气体与理想气体性质之差,称之为剩余剩余G函数函数。与逸度或逸度系数的关系:与逸度或逸度系数的关系:重点与难点重点与难点:系统的热力学函数的计算方法系统的热力学函数的
5、计算方法第6页,本讲稿共51页认识:认识:G函数对温度、压力的偏导数关系与意义:函数对温度、压力的偏导数关系与意义:第7页,本讲稿共51页均相敞开系均相敞开系统热力学基本方程力学基本方程偏摩偏摩尔量量定定义、以及其与摩、以及其与摩尔量量间的关系的关系Gibbs-Duhem方程方程混合混合过程性程性质的的变化化混合物中混合物中组分的逸度及分的逸度及计算方法算方法过量性量性质、过量函数模型与活度系数关量函数模型与活度系数关联式式理想溶液及其理想溶液及其标准准态系统的热力学函数二系统的热力学函数二Chapter 4这些内容均是针对敞开系统给出的,基础是基于混合物的理想气体状态方这些内容均是针对敞开系
6、统给出的,基础是基于混合物的理想气体状态方程以及理想溶液得到的一些普遍结论与关系。程以及理想溶液得到的一些普遍结论与关系。第8页,本讲稿共51页反映真实溶液反映真实溶液和理想溶液性质之差和理想溶液性质之差,称为过量称为过量Gibbs函数函数。与活度或活度系数的关系为。与活度或活度系数的关系为实验数据的热力学一致性检验的基础实验数据的热力学一致性检验的基础Gibbs-Duhem方程方程Gibbs-Duhem方程是一个微分方程,因此方程是一个微分方程,因此掌握微积分的计掌握微积分的计算是必须的算是必须的理想溶液定性表述与定量关系;标准态的引入目的及两种理想溶液定性表述与定量关系;标准态的引入目的及
7、两种条件下的标准态。条件下的标准态。活度、活度系数及其标准态;各种形式的活度系数模型活度、活度系数及其标准态;各种形式的活度系数模型第9页,本讲稿共51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,混合物的汽液相平衡及其表达平衡性质与判据,混合物的汽液相平衡及其表达:相图、及其汽相图、及其汽(气气)液平衡方程液平衡方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、与各相的组成、与各相的组成)的确定的确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法相互推算及双重迭代循环计算方法气液平衡计算气液平衡计算
8、Gibbs-Duhem方程应用于汽液平衡数据的热力学一致性校验方程应用于汽液平衡数据的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10页,本讲稿共51页掌握单相封闭系统和多相复杂系统化学反应的计量关系;掌握单相封闭系统和多相复杂系统化学反应的计量关系;掌握反应平衡常数和标准自由焓变化的关系,平衡常数、平衡组成的计算;掌握反应平衡常数和标准自由焓变化的关系,平衡常数、平衡组成的计算;了解温度对系统平衡组成的影响;了解温度对系统平衡组成的影响;化学反应平衡化学反应平衡Chapt
9、er 9化学反应进度;反应的平衡常数和标准化学反应进度;反应的平衡常数和标准Gibbs自由焓变化值间自由焓变化值间的关系,以及平衡常数和平衡组成的计算等。的关系,以及平衡常数和平衡组成的计算等。第11页,本讲稿共51页工程热力学篇:热力学第一定律与工程热力学篇:热力学第一定律与第二定律及其工程应用第二定律及其工程应用 热力学第一定律热力学第一定律Chapter 6敞开系统热力学第一定律敞开系统热力学第一定律 稳定流动与可逆过程稳定流动与可逆过程 可逆轴功与实际轴功的计算可逆轴功与实际轴功的计算 气体压缩及膨胀过程热力学分析气体压缩及膨胀过程热力学分析 节流与等熵膨胀过程中的温度效应节流与等熵膨
10、胀过程中的温度效应 敞开系统的热力学第一定律敞开系统的热力学第一定律:稳定流动过程稳定流动过程及其各种特殊条件下的应用及其各种特殊条件下的应用目的就是利用状态函数的目的就是利用状态函数的变化量来计算:变化量来计算:热:热:Q Q功:功:WWs s第12页,本讲稿共51页热力学第二定律热力学第二定律Chapter 7热力学第二定律的定性表述方式和熵衡算方程;热力学第二定律的定性表述方式和熵衡算方程;弄弄清清一一些些基基本本概概念念,如如系系统统与与环环境境、环环境境状状态态、可可逆逆的的热热功功转转换换装装置置(即即Carnot循环循环)、理想功与、理想功与 损失功、有效能与无效能等;损失功、有
11、效能与无效能等;熵熵衡衡算算方方程程、理理想想功功与与损损失失功功的的计计算算及及有有效效能能衡衡算算方方法法对对化化工工单元过程进行热力学分析,单元过程进行热力学分析,对能量的使用和消耗进行评价。对能量的使用和消耗进行评价。稳定流动过程熵衡算方程稳定流动过程熵衡算方程:有效能的综合利用:理想功与有效能也是一种有效能的综合利用:理想功与有效能也是一种Gibbs函数。函数。理想功理想功有效能有效能目的就是利用状态函数变化量和第一目的就是利用状态函数变化量和第一定律来计算熵的产生量:定律来计算熵的产生量:来源于热交换量来源于热交换量Q Q第13页,本讲稿共51页理想功与损失功的计算及其对化工单元过
12、程:理想功与损失功的计算及其对化工单元过程:流流体流动、传热、混合与分离体流动、传热、混合与分离等的分析等的分析化工过程的用能评价及其准则化工过程的用能评价及其准则环境与环境状态,有效能的计算及其对化工单元过程:环境与环境状态,有效能的计算及其对化工单元过程:流流体流动、传热、混合与分离体流动、传热、混合与分离等的分析等的分析效率的定义效率的定义:分为第一定律效率分为第一定律效率(热机效率热机效率)和第二定律效率和第二定律效率(热力学效率热力学效率或有效能效率或有效能效率)第14页,本讲稿共51页Rankine循循环环的的热热力力学学分分析析方方法法,热热效效率率、气气耗耗率率的的概概念念与与
13、计计算算,以以及及Rankine改进方法。改进方法。逆逆Carnot循循环环与与蒸蒸汽汽压压缩缩制制冷冷循循环环的的基基本本组组成成,制制冷冷系系数数和和单单位位工工质质循循环量的计算;环量的计算;热泵的基本概念和在工业生产中的应用;热泵的基本概念和在工业生产中的应用;热力循环过程热力循环过程Chapter 8核心是采用核心是采用第一定律及其效率第一定律及其效率(热机效率热机效率)对各热力过程进对各热力过程进行分析与评价行分析与评价若采用第二定律及其效率若采用第二定律及其效率(热力学效率或有效能效率热力学效率或有效能效率)进行评价将进行评价将更为复杂一些。更为复杂一些。热效率热效率:即为热机效
14、率:即为热机效率制冷系数与制热系数制冷系数与制热系数:亦即:亦即 的比值。的比值。第15页,本讲稿共51页内容包括:内容包括:基本概念题:基本概念题:计算题:计算题:是非判断题是非判断题选择题选择题:单选或多选题单选或多选题第二部分:例题分析与详解第二部分:例题分析与详解第16页,本讲稿共51页是非题是非题 1.热力学基本关系式热力学基本关系式只适用于可逆过程。只适用于可逆过程。()2.由于剩余函数是两个等温状态的性质之差,故不能用剩余函数来计算性质随着由于剩余函数是两个等温状态的性质之差,故不能用剩余函数来计算性质随着温度的变化。温度的变化。()3.水蒸气定温过程中,热力学内能和焓的变化值为
15、零。水蒸气定温过程中,热力学内能和焓的变化值为零。()4.对于理想溶液的某一容量性质对于理想溶液的某一容量性质,则,则。()5.在温、常压下,将在温、常压下,将10cm3的液体水与的液体水与20 cm3的液体甲醇混合后,其总体积为的液体甲醇混合后,其总体积为 30 cm3。()6.系统混合过程的性质变化与该系统相应的过量性质是相同的。系统混合过程的性质变化与该系统相应的过量性质是相同的。()7.理想溶液在全浓度范围内,每个组分均遵守理想溶液在全浓度范围内,每个组分均遵守Lewis-Randall规则。规则。()8.对理想溶液具有负偏差的系统中,各组分活度系数对理想溶液具有负偏差的系统中,各组分
16、活度系数均大于均大于1 1。()9.夏天也可利用火热的太阳来造就凉爽的工作环境。夏天也可利用火热的太阳来造就凉爽的工作环境。()10.损耗功与孤立系统的总熵变有关,总熵变越大,损耗功越大,因此应该尽量减少系统的不可逆性。损耗功与孤立系统的总熵变有关,总熵变越大,损耗功越大,因此应该尽量减少系统的不可逆性。()11.温度和压力相同的两种纯物质混合成理想溶液,则混合过程的温度、压力、焓、温度和压力相同的两种纯物质混合成理想溶液,则混合过程的温度、压力、焓、Gibbs自由能的值自由能的值不变。不变。()12.对于二元混合物系统,当在某浓度范围内组分对于二元混合物系统,当在某浓度范围内组分2符合符合H
17、enry规则,则在相同的浓度范围内组分规则,则在相同的浓度范围内组分1符合符合Lewis-Randall规则。规则。()13.在一定温度和压力下的理想溶液的组分逸度与其摩尔分数成正比。在一定温度和压力下的理想溶液的组分逸度与其摩尔分数成正比。()14.理想气体混合物就是一种理想溶液。理想气体混合物就是一种理想溶液。()第17页,本讲稿共51页15.对于理想溶液,所有的混合过程性质变化均为零。对于理想溶液,所有的混合过程性质变化均为零。()16.对于理想溶液所有的过量性质均为零。对于理想溶液所有的过量性质均为零。()17.理想溶液中所有组分的活度系数为零。理想溶液中所有组分的活度系数为零。()1
18、8.热泵循环与制冷循环的原理实质上是相同的。热泵循环与制冷循环的原理实质上是相同的。()19.蒸汽压缩制冷循环过程中,制冷剂蒸发吸收的热量一定等于制冷剂冷却和冷凝放出蒸汽压缩制冷循环过程中,制冷剂蒸发吸收的热量一定等于制冷剂冷却和冷凝放出的热量。的热量。()20.有人认为,热泵实质上就是一种能源采掘机。有人认为,热泵实质上就是一种能源采掘机。()21.逸度也是一种热力学性质逸度也是一种热力学性质,溶液中组分溶液中组分i的分逸度与溶液逸度的关系为的分逸度与溶液逸度的关系为。()22.冬天,使室温由冬天,使室温由10升至升至20,空调比电加热器更省电。,空调比电加热器更省电。()23.对不可逆绝热
19、循环过程,由于其不可逆性,孤立系统的总熵变大于零。对不可逆绝热循环过程,由于其不可逆性,孤立系统的总熵变大于零。()24.理想功理想功进行时,理论上可能产生的最大功或者必须消耗的最小功,因此理想功就是可逆功,同时也是有效能的负进行时,理论上可能产生的最大功或者必须消耗的最小功,因此理想功就是可逆功,同时也是有效能的负值。值。()是指系统的状态变化是在一定的环境条件下按以完全可逆过程是指系统的状态变化是在一定的环境条件下按以完全可逆过程25.只有偏摩尔只有偏摩尔Gibbs函数与化学势相等,所以函数与化学势相等,所以是最有用的。是最有用的。()26.Wilson方程是工程设计中应用最广泛的描述活度
20、系数的方程。但它不适用于液液部分互溶系统。方程是工程设计中应用最广泛的描述活度系数的方程。但它不适用于液液部分互溶系统。()27.汽液平衡关系汽液平衡关系的适用的条件是理想气体和理想溶液。的适用的条件是理想气体和理想溶液。()第18页,本讲稿共51页28.汽液平衡关系汽液平衡关系液相。液相。()的适用的条件是低压条件下的非理想的适用的条件是低压条件下的非理想29.在(在(1)()(2)二元系统的汽液平衡中,若()二元系统的汽液平衡中,若(1)是轻组分,()是轻组分,(2)是重组分,)是重组分,则则,。()30.混合物汽液相图中的泡点曲线表示的是饱和汽相,而露点曲线表示的是饱和液相。混合物汽液相
21、图中的泡点曲线表示的是饱和汽相,而露点曲线表示的是饱和液相。()。31.对于负偏差系统,液相的活度系数总是小于对于负偏差系统,液相的活度系数总是小于1。()32.在一定压力下,组成相同的混合物的露点温度和泡点温度不可能相同。在一定压力下,组成相同的混合物的露点温度和泡点温度不可能相同。()33.在在组组分分(1)组组分分(2)二二元元系系统统的的汽汽液液平平衡衡中中,若若(1)是是轻轻组组分分,(2)是是重重组组分分,若若温温度度一一定,则系统的压力,随着定,则系统的压力,随着的增大而增大。的增大而增大。()34.理想系统的汽液平衡理想系统的汽液平衡 等于等于1。()35.对于理想系统,汽液平
22、衡常数对于理想系统,汽液平衡常数,只与,只与 T、有关,而与组成无关。有关,而与组成无关。()36.能满足热力学一致性的汽液平衡数据就是高质量的数据。能满足热力学一致性的汽液平衡数据就是高质量的数据。()37.即使工质没有相变的性质,也能实现制冷循环和动力循环。即使工质没有相变的性质,也能实现制冷循环和动力循环。()38.制冷循环既可产生低温,同时也可产生高温。制冷循环既可产生低温,同时也可产生高温。()39.因实际循环的热效率与工质性质有关,这就违反了热力学第二定律。因实际循环的热效率与工质性质有关,这就违反了热力学第二定律。()40.对对动动力力循循环环来来说说,热热效效率率越越高高,做做
23、功功越越大大;对对制制冷冷循循环环来来说说,制制冷冷系系统统越越大大,耗耗功功越越少少。()第19页,本讲稿共51页单选或多选题单选或多选题 1.纯物质的第二纯物质的第二virial系数系数B(A )A.仅是温度仅是温度T的函数的函数 B.是是T和和p的函数的函数C.是是T和和V的函数的函数 D.是任何两强度性质的函数是任何两强度性质的函数 2.T温度下的过冷纯液体的压力温度下的过冷纯液体的压力p(A )A.B.0 B.0,也可能,也可能C.D.=0 0 B.=0C.1 C.1 D.=1(D )。30.关于化工热力学研究特点的下列说法中不正确的是关于化工热力学研究特点的下列说法中不正确的是(B
24、 )A.研究系统为实际状态。研究系统为实际状态。B.解释微观本质及其产生某种现象的内部原因。解释微观本质及其产生某种现象的内部原因。C.处理方法为以理想态为标准态加上校正。处理方法为以理想态为标准态加上校正。D.获取数据的方法为少量实验数据加半经验模型。获取数据的方法为少量实验数据加半经验模型。E.应用领域是解决工厂中的能量利用和平衡问题。应用领域是解决工厂中的能量利用和平衡问题。31.气体真空节流膨胀产生冷效应时的微分节流系数是气体真空节流膨胀产生冷效应时的微分节流系数是(D )。A.B.C.D.不确定不确定32.下列关系式哪个适用于理想溶液下列关系式哪个适用于理想溶液(A )。A.B.C.
25、D.33.在众多状态方程式中,能从理论上加以证明的是在众多状态方程式中,能从理论上加以证明的是(B )。A.RK方程方程 B.Virial方程方程C.Van der Waals方程方程 D.Matin-Hou方程方程第25页,本讲稿共51页34.常压下某液体沸腾时,保持不变的热力学性质是常压下某液体沸腾时,保持不变的热力学性质是(C )。A.摩尔体积摩尔体积 B.摩尔熵摩尔熵C.摩尔自由焓摩尔自由焓 D.摩尔热力学能摩尔热力学能35.由由于于温温差差引引起起两两个个物物系系之之间间进进行行热热交交换换,那那么么包包括括这这两两个个物物系系的的绝绝热热体体系系的的熵熵变变为为(A )。A.正值正
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