文档介绍：高等化工热力学 Advanced Chemical Engineering Thermodynamics
《高等化工热力学》
高等化工热力学是化工类本科生化工热力学的后续课程,可为化工类专业的研究生开设。
第1章热力学基础,气体状态方程、热力学性质; 第2章均相混合物热力学,偏摩尔性质、活度系数; 第3章化工过程的热力学分析,能量的级别、有效能、化工过程的热力学分析; 第4章混合物多相系统热力学,相平衡基础、分离过程的热力学计算方法、以及化学反应平衡; 第5章热力学物性估算方法,基团贡献方法、基团相互作用贡献方法、以及对应状态方法; 第6章多组分分离过程计算方法及应用,多组分复杂精馏塔的计算。
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参考资料(References)
1. 陈新志等. 化工热力学. 北京:化学工业出版社,2001
2. 高光华等. 化工热力学. 北京:清华大学出版社,2000
3. 刘芙蓉等. 分离过程及系统模拟. 北京:***,2001
4. 许文. 高等化工热力学. 天津:天津大学出版社,2004
5. 胡英. 流体的分子热力学. 北京:高教出版社,1982
6. . Daubert. Chemical engineering thermodynamics. McGraw-Hill, New York, 1985.
7. . Smith. Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics. McGraw-Hill, 2001(化工出版社,2002)
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第1章热力学基础 Thermodynamic Foundations
气体的状态方程 Equations of State (EOS) for Gas
状态方程,即物质的p-V-T关系。流体(指非固体,如气体、液体等流动介质都称流体,fluid)的热力学性质有温度T、压力p、摩尔体积V、焓H、内能U、熵S、Gibbs自由焓G、Helmholtz自由能A(等八个)以及热容Cp、Cv等。 在上述热力学性质中,只有温度T、压力p、摩尔体积V以及热容Cp、Cv是可以通过实验直接测量的。利用流体的p-V-T关系式结合热力学关系式,就可以计算出焓H、内能U等其它性质和相平衡、化学反应平衡。
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理想气体状态方程 EOS for Ideal Gas
理想气体方程是最简单的状态方程。其中R被称为通用气体常数。当p单位为MPa、V单位为cm3时;或p单位为Pa、V单位为m3 时,R的值为:
理想气体的(1)分子没有体积,(2)分子之间没有作用力,为概念上的气体。真实气体只有在压力很低(常压以下)、或温度很高(高于200℃)的条件下才接近理想气体。实验数据证明,这种气体的pV积仅仅是温度的函数:
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立方型状态方程(Cubic EOS)
理想气体中假设:分子没有体积和分子之间没有相互作用力,故真实气体的状态方程主要从分子体积(斥力项,b)和分子相互作用能(引力项,a)两个方面对理想气体方程进行修正。立方型方程是对理想气体方程最直接的修正,因为这些方程可以展开为摩尔体积V的三次方多项式,故称立方型方程(Cubic Equations of State)。 立方型方程有许多,这里重点介绍: (1) van der Waals (vdW)方程 (2) Ridlich-Kwang (RK)方程 (3) Soave-Ridlich-Kwang (SRK)方程 (4) Peng-Robinson (PR)方程。
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(1) van der Waals (vdW)方程
van der Waals(范德华,vdW)方程(1873)是具有划时代意义的、第一个适用于真实气体的立方型方程,是对理想气体方程从斥力项(b)和引力项(a)的校正。形式如下:
其中: a为引力项参数(表征分子间相互作用能) ,b为斥力项参数(其物理意义为每mol分子的净体积)。两个参数可以利用临界点的特性条件可以确定(?):
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或:
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(2) Ridlich-Kwang(RK)方程
Ridlich-Kwang(RK)方程(1949),得到形式如下:
同样,a、b可以利用临界点的特性条件确定:
其三次展开式为:
计算迭代式为:
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(3) Soave-Ridlich-Kwang(SRK)方程
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