高等化工热力学课后题整理

《高等化工热力学课后题整理》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、1.化工热力学在化工中的地位、作用和意义？化工热力学是将热力学原理应用于化学工程技术领域。它的主要任务是以热力学第一、第二定律为基础，研究化工过程中各种能量的相互转化及其有效利用，研究各种物理和化学变化过程达到平衡的理论极限、条件和状态。化工热力学是化学工程学的重要组成部分，是化工过程研究、开发与设计的理论基础。热力学的重要性在于这些定律及其伴随的某些定义都给出了数学的表达式。从而导出一套相互关联的方程式，由这些方程式可以导出范围极广泛的实际结果和结论。物理学家、化学家和工程师都应用热力学这一事实说明

2、，它是一种具有普遍适用性的科学。它的基本原理在任何情况下都是相同的，但应用则不同。化学工程师必须处理特别广泛的各种问题，最重要的是确定许多物理和化学过程中所需要的热和功，确定化学反应以及不同相间传递化学物质的平衡条件。2.推导热力学基本方程和有用的关系式？这四个基本方程可由热力学第一和第二定律导得。推导前需要一个有关状态或平衡态的基本假定：对于一个均相系统，如果不考虑除压力以外的其它广义力，为了确定平衡态，除了系统中每一种物质的数量外，还需确定两个独立的状态函数。如果有广义力存在，则每多一个广义力，还

3、需再确定一个状态函数，通常就选相应的广义位移。根据这个基本假定，如有L个广义力和K个组分，我们可将内能U表达为：写出全微分式，式中下标Y表示所有广义位移均不变，则为除外均不变，下标表示所有组分的量均恒定，则为除外均恒定。式(1.5-6)只涉及状态函数及其变化，因而与过程是否可逆无关。又由于可以独立变化，可任意应用于封闭系统或敞开系统。现在先求式(1.5-6)右边的前两个偏导数，在所有广义位移和各组分数量均保持恒定的前提下，将热力学第一定律用于可逆过程可得以热力学第二定律代入，得由于式(1.5-6)与过

4、程是否可逆无关，与式(1.5-8)相较得定义广义力和化学位分别为代入式(1.5-6)即得式(1.5-1)，再结合H、A、G的定义，，代入式(1.5-1)即得式(1.5-2、3、4)。类似于式(1.5-5)，可写出它们是热力学基本方程的积分形式。类似推导可得利用二阶偏导数与求导次序无关的原理，还可得它们被称为Maxwell关系式。类似还有这些都是非常有用的式子。1.为什么要研究流体的PVT关系，如何研究流体的PVT关系？研究流体的PVT关系所以吸引着人们巨大的兴趣，是因为PVT关系具有特别优异的性能。这

5、种性能在于如果知道PVT关系以及运用热力学方法可以求得物质的所有重要的热力学性质,对传递（迁移）性质的关联也有很大帮助。如果不仅对气体，而且对液体的PVT关系也有足够的了解,我们还能预测一系列涉及气液相平衡关系的性质，如液体的逸度或饱和蒸气压以及蒸发热等。按照相平衡时两相逸度相等的原理，我们甚至可以不必利用活度或过量函数，不必涉及标准态的选取，直接计算气液平衡或液液平衡。当然，由于液体的复杂性。这后一方面的发展还很不成熟。通常有两种研究PVT关系的途径(1)理论的方法在分子间力理论的基础上运用统计力学

6、方法进行研究在不太高的压力下使用的气体的维里方程就是它的重要成果利用第四章介绍的各种位能函数模型可以由分子参数如兰纳琼斯位能函数的e与关联第二第三维里系数如果使用比较简单的萨日兰模型我们将得到范德华方程应用统计力学理论也建立了一些液体的状态方程但它需要更细致的液体结构模型这将在第六章介绍对应状态原理是另一个重要的成果它表达了不同流体之间的内在联系运用对比参数将不同流体的性质统一关联起来在实践中得到广泛的应用(2)经验与半经验的方法在目前的理论水平上要建立一个适用范围广和准确度高的状态方程是有困难的因而

7、发展了大量的经验与半经验的力程它们大致上可以分为两大类一类通常被称为立方型方程可以展开为体积的三次多项式所以称为立方它们大都是范德华方程的修正包含2-3个与温度有关的特征参数使用较为方便另一类是更精细的方程大都是在维里方程基础上的修正包含大量的特征参数这种方程精度高但计算复杂2.如何计算流体的体积一个复杂的状态方程，如Lee-Kesler方程等的长处是在于它的多功能性，即这种状态方程可以用于所有相态，即气相，液相和稠密相。然而，仅仅为了计算饱和液体的摩尔体积，则比较简单的方程往往更精确且更方便。液体摩

8、尔体积的对比关联式在过去10年中已发表了很多，本节只选其中若干个，供读者参考使用。1.饱和液体状态方程（1）Rackett方程作者曾应用式(2-6.1)对16种不同性质的液体进行检验计算，其中包括一些极性物质，如氨、丙酮、氰化氢等，最大误差为7%，多数物质的计算误差均在2%以内。但本方程对缔合液体，如醇类、梭酸类和睛类不适用。此式也不适用于量子效应很强的流体，如氮、氢等。（2)Spencer-Danner方程其中与Raekett方程中采用的实验的Zc有区