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化工热力学的主要内容

发布网友 发布时间:2022-04-22 03:52

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热心网友 时间:2023-09-15 13:12

应用热力学基本定律研究化工过程中能量的有效利用(见过程热力学分析)、各种热力学过程、相平衡和化学平衡,还研究与上述内容有关的基础数据,如物质的p-V-T关系和热化学数据。
对于与环境间既有能量传递又有物质传递的敞开系统,在计算物料进出系统前后物料的内能所发生的变化时,除了考虑热和功外,还须计入相应的动能和位能的变化,以及能量在系统中的积累。对于化工生产上经常遇到的定态流动过程(单位时间内出入系统的物料量相同,且不随时间而变化,系统中没有物质或能量的积累),第一定律可表达为:
ΔU+ΔEK+ΔEP=Q-W
或 ΔH+ΔEK+ΔEP=Q-WS
式中ΔU、ΔEK和 ΔEP分别为物料进出系统前后内能、动能和位能的变化;H为焓,H=U+pV,等于内能加上压力和体积的乘积;WS为轴功,指膨胀功以外的功,主要是与动力装置有关的功。
热力学第二定律的应用  用以研究:①相平衡,在相平衡准则的基础上建立数学模型,将平衡时的温度、压力和各相组成关联起来,应用于传质分离过程的计算;②化学平衡,在化学平衡准则的基础上研究各种工艺条件(温度、压力、配料比等)对平衡转化率的影响,应用于反应过程的工艺计算,选择最佳工艺条件;③能量的有效利用,功可以完全转变为热,热转变为功则受到一定的*,为了节约能量,在可能条件下功的消耗越少越好。对化工过程所用的热能动力装置、传质设备和反应器等,都应该进行过程的热力学分析,从而采取措施以节约能耗,提高经济效益。
热力学第二定律的建立是从研究蒸汽机效率开始的。研究表明:在高温T1与低温T2两个热源间工作的任何热机(将热转变为功的机器,如蒸汽机)的热机效率η(从高温热源吸收的热中转变为功的分率),以工作过程为可逆过程(见热力学过程)的热机(即可逆热机)的效率ηr为最高,且ηr=(T1-T2)/T1。这种可逆热机的工作过程称为卡诺循环。这个规律称为卡诺定理,它是有效利用能量的依据。
上面的卡诺定理可以由此式导出。由于可逆过程是在平衡条件下进行的,因而热力学第二定律提供了一个判断是否达到平衡的普遍准则。应用于相变化和化学变化时,可导出更具体的相平衡准则和化学平衡准则。

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