化工热力学第2章 pVT关系和状态方程.ppt

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1、第二章p-V-T关系和状态方程纯物质的p-V-T相图状态方程：立方型、多常数混合法则重点与难点（1）应该理解状态方程不仅本身可以计算流体的p-V-T性质，而且在推算热力学性质中状态方程是表达系统特征的重要模型。（2）熟悉纯物质的p-V-T相图及其相图上的重要概念。掌握三维的p-V-T相图与二维p-V图、p-T图的对应关系，以及p-V图与p-T图上的对应关系。重点与难点（3）掌握由纯物质的临界点的数学特征来约束状态方程常数的方法。2.1引言流体最基本的性质有两大类，一类是p、V、T组成和热容数据，另一类是热数据（如标准生成焓和标准生成熵等）。流体的p-V-T数据是化工热力学的基础数据。这

2、些数据是可以直接测量的，但是众多的数据都做测量，那么必然既浪费时间又不经济，是否能够找出纯物质或者混合物的p-V-T数据，运用热力学的基础理论将这些数据加以关联，提出日益精确的计算方法？2.1引言目前，绝大多数的纯流体，都能查到临界参数、正常沸点、饱和蒸气压等基础数据。状态方程(EOS)对应态原理(CSP)流体的p-V-T数据及其状态方程是计算热力学性质最重要的模型之一。2.2纯物质的p-V-T相图图2-1纯物质的p-V-T相图2.2纯物质的p-V-T相图图2-1纯物质的p-V-T相图固固液液液-汽汽气临界点三相线固-汽c点：临界点(CriticalPoint)，该点表示纯物质汽-液两

3、相可以共存的最高温度TC和最高压力pc。在图中高于TC和pc的区域称为超临界流体区，在这个区域流体的属性不同于气体也不同于液体，它具有特殊的属性。2.2纯物质的p-V-T相图图2-2p-V-T相图的投影图图2-3纯物质的p-T图2.2纯物质的p-V-T相图——p-T图立体图中垂直于V轴的平面与三维曲面的相交线在p-T图的投影。2.2纯物质的p-V-T相图——p-T图等容线纯物质的p-V图VCPC饱和液体线饱和气体线液/汽液汽气2.2纯物质的p-V-T相图——p-V图泡点线露点线从图中看出纯物质p-V图有三个特点：（1）体系汽-液两相的体积差随温度和压力的上升而减少，外延至ΔV=0点，求

4、得pc，Tc，Vc。2.2纯物质的p-V-T相图——p-V图（2）在单相区，等温线为光滑的曲线或直线，高于临界温度的等温线光滑无转折点；低于临界温度的等温线有转折点，由三部分组成。2.2纯物质的p-V-T相图——p-V图（3）等温线在临界点处出现水平拐点，该点的一阶导数和二阶导数皆为零:斜率曲率2.2纯物质的p-V-T相图——p-V图【例题2－l】在一个刚性的容器中，装入了1mol的某一纯物质，容器的体积正好等于该物质的摩尔临界体积Vc。如果使其加热，并沿着例图2－1的p-T图中的1→C→2的途径变化(C是临界点)。请将该变化过程表示在p-V图上，并描述在加热过程中各点的状态和现象。C

5、练习题1、压力低于所处温度下的饱和蒸气压的液体称过热液体。2、压力高于同温度下的饱和蒸气压的气体是过冷蒸气。3、指定温度下的纯物质，当压力大于该温度下的饱和蒸气压时，则物质的状态为（）A饱和蒸气B超临界流体C过热蒸气D压缩液体4、T温度下的过热蒸气的压力p（）A＞ps(T)B＜ps(T)C＝ps(T)2.3状态方程（equationofstate）纯流体的状态方程(EOS)是描述流体p-V-T性质的关系式。p=p（T，V）V=V（T，p）f(p,T,V)=0较难同时表达两个相的热力学性质，在非均相系统中的应用受到限制2.3状态方程（equationofstate）应当注意，以T，V为自

6、变量的状态方程，虽然能方便地用以T，V为独立变量的系统的性质计算，但也可以用于以T，p为独立变量的系统的性质计算，只是计算时需要先计算V。对于T，p为自变量的情况也是相似的。2.3.1状态方程的应用1用一个状态方程即可精确地代表相当广泛范围内的p、V、T实验数据，借此可精确地计算所需的p、V、T数据。2可计算不能直接从实验测定的其它热力学性质。3可进行相平衡和化学反应平衡计算。2.3.2理想气体方程p为气体压力；V为摩尔体积；T为绝对温度；R为通用气体常数。1在较低压力和较高温度下可用理想气体方程进行计算。2为真实气体状态方程计算提供初始值。3判断真实气体状态方程的极限情况的正确程度，

7、当或者时，任何的状态方程都还原为理想气体方程。理想气体方程的应用2.4.1vanderWaals（vdW）方程2.4.2Redlich-Kwong（RK）方程2.4.3Soave（SRK）方程2.4.4Peng-Robinson（PR）方程2.4立方型状态方程2.4立方型状态方程2.4.1vanderWaals（vdW）方程第一个适用真实气体的立方型方程，其形式为：a，b常数值的确定：2.4立方型状态方程——vdW方程vdW方程的ZC＝0.37