总结典型化工过程热力学分析

化工热力学

第6章 化工过程热力学分析本章要求 正确理解理想功、损耗功、热力学效 正确理解理想功、损耗功、 率与有效能的概念，掌握其计算方法。了 率与有效能的概念，掌握其计算方法。 解能量衡算法、理想功与损耗功法、 解能量衡算法、理想功与损耗功法、有效 能衡算法在过程热力学分析中的应用。 能衡算法在过程热力学分析中的应用。

化工热力学

6.1基础理论 6.1基础理论6.1.1能量的级别 6.1.1能量的级别 每一种能源的发现、发展和利用， 每一种能源的发现、发展和利用，都必将伴 随着生产技术的重大改革，引起社会生产的发展， 随着生产技术的重大改革，引起社会生产的发展， 把国民经济在原有的基础上推向更高的发展阶段。 把国民经济在原有的基础上推向更高的发展阶段。 第一次：由畜力、自然力和薪柴改为煤， 第一次：由畜力、自然力和薪柴改为煤，发明了蒸 气机，引起产业革命，作为工业化的动力基础； 气机，引起产业革命，作为工业化的动力基础； 第二次：石油、天然气的发现，发明了内燃机和电， 第二次：石油、天然气的发现，发明了内燃机和电， 使生产机械化、自动化； 使生产机械化、自动化； 第三次：再生能源为基础，如太阳能发电、 第三次：再生能源为基础，如太阳能发电、核

《化工热力学》习题

第二章 流体的p-V-T关系

1. 试推导教材第6页上Van der Waals 方程中的常数a、b的计算式。 2. 某气体状态方程式满足 p?RTa?

V?bV式中，a、b是不为零的常数。问此气体是否有临界点？若有，试用a、b表示；

若无，请解释原因。

???3. 某气体的p-V-T行为可用下列状态方程描述： pV?RT??b??p

RT??式中，b为常数，θ仅是T的函数。 证明：此气体的等温压缩系数 k?RT?????p?RT??b??p?RT????

（提示：等温压缩系数的概念见教材第30页）

4. 试从计算精度、应用场合、方程常数的确定三方面对下列状态方程进行比较：

Van der Waals、RK、SRK、Virial、MH、PR方程。 5. 由蒸气压方程lg ps = A－B/T 表达物质的偏心因子，其中A、B为常数。 6. 试分别用下列方法计算水蒸气在10.3MPa、643K下的摩尔体积，并与实验值

0.0232m3/kg进行比较。已知水的临界参数及偏心因子为：Tc=647.3K, pc=22.05MPa, ω=0.344 (1) 理想气体状态方程； (2) 普遍化关系式。 7. 试用三参数普遍化关系估计正丁

《化工热力学》习题

第二章 流体的p-V-T关系

1. 试推导教材第6页上Van der Waals 方程中的常数a、b的计算式。 2. 某气体状态方程式满足 p?RTa?

V?bV式中，a、b是不为零的常数。问此气体是否有临界点？若有，试用a、b表示；

若无，请解释原因。

???3. 某气体的p-V-T行为可用下列状态方程描述： pV?RT??b??p

RT??式中，b为常数，θ仅是T的函数。 证明：此气体的等温压缩系数 k?RT?????p?RT??b??p?RT????

（提示：等温压缩系数的概念见教材第30页）

4. 试从计算精度、应用场合、方程常数的确定三方面对下列状态方程进行比较：

Van der Waals、RK、SRK、Virial、MH、PR方程。 5. 由蒸气压方程lg ps = A－B/T 表达物质的偏心因子，其中A、B为常数。 6. 试分别用下列方法计算水蒸气在10.3MPa、643K下的摩尔体积，并与实验值

0.0232m3/kg进行比较。已知水的临界参数及偏心因子为：Tc=647.3K, pc=22.05MPa, ω=0.344 (1) 理想气体状态方程； (2) 普遍化关系式。 7. 试用三参数普遍化关系估计正丁

一、基本概念题

1．理想气体的压缩因子Z?1，但由于分子间相互作用力的存在，实际气体的压缩因子 。

(A) 小于1 (B) 大于1 (C) 可能小于1也可能大于1 (D) 说不清楚 2．甲烷pc?4.599MPa，处在pr?0.3时，甲烷的压力为 。 (A) 15.33MPa (B) 2.7594 MPa； (C) 1.3797 MPa (D) 1.1746 MPa 3．关于建立状态方程的作用，以下叙述不正确的是 。

(A) 可以解决由于实验的p-V-T数据有限无法全面了解流体p-V-T行为的问题。 (B) 可以解决实验的p-V-T数据精确度不高的问题。

(C) 可以从容易获得的物性数据(p、V、T、x)来推算较难测定的数据(H，U，S，G)。 (D) 可以解决由于p-V-T数据离散不便于求导和积分，无法获得数据点以外的p-V-T的问题。 4．对于流体混合物，下面式子错误的是 。

(A) Mi?limMi (B)Hi?Ui?pVi

xi?0?(C) 理想溶液的Vi?Vi，Ui?Ui

化工热力学讲稿

0. 绪论

0.1 热力学发展简史

1593年伽利略制造出第一支温度计 1784年有了比热容的概念 18世纪中期，热质说

18世纪末到19世纪中叶，热动说

蒸汽机发明，1824年，卡诺提出理想热机，热力学的萌芽 1738年，伯努利方程诞生，为其验证能量守恒，即热力学第一定律 1824年出项第一个热功当量，焦耳进行试验测定

1850年克劳修斯证明了热机效率，1854年正式命名了热力学第二定律

1913年能斯特提出热力学第三定律 1931年Fowler提出热力学第零定律 0.2化工热力学的主要内容

热力学第一定律和热力学第二定律。

与物化不同之处在于要讨论系统与环境既有物质交换又有能量的情况，偏重的是在实际工程上的应用。 0.3 化工热力学的研究方法及其发展 微观与宏观相结合 微观：分子热力学

宏观：经典热力学

量子力学的发展液位化工热力学的研究提供了新的途径， 0.4 化工热力学在化工中的重要性 定性 定量

0.5 热能转换的基本概念

一、热力系、状态及状态参数 （一）热力系与工质

1、工质：在物化学习当中我门知道热机就是将热能转变为机械能的设备，如气轮机、内燃机等都是热机。在热机中要使热能不断的转变为机械能，需要借助于媒介

第二章 均相反应动力学习题

1. 【动力学方程形式】

有一气相反应，经实验测定在400℃下的速率方程式为:

dPA?3.6P6A2 dt2若转化为rA?kCA(mol/h.l)形式，

求相应的速率常数值及其单位。

2. [恒温恒容变压定级数]

在恒容等温下，用等摩尔H2和NO进行实验，测得如下数据： 总压（MPa）0.0272 0.0326 0.038 0.0435 0.0543 半衰期（s） 256 186 135 104 67 求此反应级数

3.[二级反应恒容定时间]

4.醋酸和乙醇的反应为二级反应，在间歇反应反应器中，5min转化率可达50%，问转化率为75%时需增加多少时间？

4、【二级恒容非等摩尔加料】

溴代异丁烷与乙醇钠在乙醇溶液中发生如下反应： i-C4H9Br+C2H5Na→Na Br+i-C4H9 OC2H5

(A)

(B) (C) (D)

溴代异丁烷的初始浓度为CA0=0.050mol/l 乙醇钠的初始浓度为CB0=0.0762mol/l,在368.15K测得不同时间的乙

第二章 均相反应动力学习题

1. 【动力学方程形式】

有一气相反应，经实验测定在400℃下的速率方程式为:

dPA?3.6P6A2 dt2若转化为rA?kCA(mol/h.l)形式，

求相应的速率常数值及其单位。

2. [恒温恒容变压定级数]

在恒容等温下，用等摩尔H2和NO进行实验，测得如下数据： 总压（MPa）0.0272 0.0326 0.038 0.0435 0.0543 半衰期（s） 256 186 135 104 67 求此反应级数

3.[二级反应恒容定时间]

4.醋酸和乙醇的反应为二级反应，在间歇反应反应器中，5min转化率可达50%，问转化率为75%时需增加多少时间？

4、【二级恒容非等摩尔加料】

溴代异丁烷与乙醇钠在乙醇溶液中发生如下反应： i-C4H9Br+C2H5Na→Na Br+i-C4H9 OC2H5

(A)

(B) (C) (D)

溴代异丁烷的初始浓度为CA0=0.050mol/l 乙醇钠的初始浓度为CB0=0.0762mol/l,在368.15K测得不同时间的乙

2-1 使用下述三种方法计算1kmol的甲烷贮存在容积为0.1246m3、温度为50℃的容器中所产生的压力是多少？

（1）理想气体方程；

（2）Redlich-Kwong方程； （3）普遍化关系式。

2-2 欲将25kg，289K的乙烯装入0.1m3的刚性容器中，试问需加多大压力？

2-3 分别使用理想气体方程和Pitzer普遍化方法，计算510K，2.5MPa下正丁烷的摩尔体积。已知实验值为1480.7cm3·mol?1.

2-4 试用下列方法求算473K，1MPa时甲醇蒸气的Z值和V值：

（1）三项截尾维里方程式（2-6），式中第二、第三维里系数的实验值为： B= ?219cm3·mol?1 C= ?17300 cm6·mol?2

（2） Redlich-Kwong方程； （3）普遍化维里系数法。

2-5 某气体的p v T行为可用下述在状态方程式来描述： pV?RT??b????p RT???式中b为常数，θ只是T的函数。 试证明此气体的等温压缩系数k??1??V????的关系式为 V??p??TRT?????p?RT??b??p?RT????

k?2-6 试计

化工热力学期末试卷

一 选择题（1×25）

1．关于化工热力学用途的下列说法中不正确的是（ ） A. 可以判断新工艺、新方法的可行性。 B. 预测反应的速率。 C. 优化工艺过程。

D. 通过热力学模型，用易测、少量数据推算难测、大量有用数据。

2. 范德华方程与RK方程均是常见的立方型方程，对于摩尔体积V存在三个实根或者一个实根，当存在三个实根时，最大的实根是（ ）。 A.饱和液体体积 B.饱和蒸汽体积

C.无物理意义 D.饱和液体与饱和蒸汽的混合体积

3．纯物质临界点时，其对比压力Pr（ ）。 A． = 1 B．= 0 C．> 0 D． < 0

4．露点的轨迹称为（ ）。

A. 饱和汽相线 B. 饱和液相线 C. 等温线 D. 三相线

5. 混合物质的第二virial系数B（ ）。 A.仅为温度的函数

化工热力学试卷一

一、

判断题：试判断对错，并写出原因或相应的公式（3分×5＝15分）

1． 熵增原理的表达式为：?S?0（ × ） 熵增原理的表达式应该为：?S隔离系统?0

或者写为：?S系统＋?S环境?0，（其中等号在可逆条件下成立） 2．二阶舍项维里方程可用于计算纯物质的逸度系数（√）

二阶舍项维里方程可以适用于压力不高的气体的pVT关系计算，由于逸度系数的计算需要使用相应条件下的状态方程，因此二阶舍项维里方程可以用于压力不高（小于1.5MPa）情况下的纯物质逸度系数的计算。

aM??yiai3． RK方程中，常数a,b的混合规则分别为

ibM??yibii （ × ）

习惯上，用于RK方程中常数a,b的混合规则分别为

aM???yiyjaij

ijbM??yibii

4．无论以Henry定律为基准，还是以Lewis-Randall规则为基准定义活度，活度和逸度的值不变。（×） 以Henry定律为基准和以Lewis-Randall规则为基准定义的活度选用的逸度标准态不同，因此相应的活度和活度系数值会发生相应的变化，但是逸度值不变。 5．烃类物系汽液平衡计算可以使用K值法。 （ ）

yipis?is烃类物系可以近似为理想混合