注化公式.doc
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注化公式.doc
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第一章物料、能量守恒
1、总质量、元素守恒。
2、对于总质量与元素:
输入系统的量=输出系统的量+系统积累量+系统损失量
对于某组分:
输入系统的量±化学反应量=输出系统的量+系统积累量+系统损失量
3、不稳定过程中:
输入量+生成量-消耗量-输出量=累积量
4、体积流量Q(m3/h),流体线速度u=Q/A(m/s);质量流量W(Kg/h),质量流速G=W/A(Kg/m2.h);摩尔流量F(kmol/h);W=GA=Qρ=uAρG=ρu
5、平均分子量=∑相对分子量×摩尔分数
6、PV=ZnRTR=8.314J/mol.KP—PaV—m3T—K
CA=PA/RTR=8.314J/mol.KP—PaCA--mol/m3
Z的大小表示真实气体和理想气体性质的偏离度
在标准状况下(0°C,0.10133MPa)下,1kmol气体的体积为22.4m3
7、气体密度ρg=MP/ZRT
PM=ZρRTZ=1+BP/RT
8、ωA+ωB=1(kg)k1、k2对比压力与T的校正系数;
9、转化率
单程转化率
总转化率
收率
质量收率
选择性
Y=X·S
总转化率>单程转化率
总收率>单程收率
10、恒容过程:
11、恒压过程:
体系焓变+体系动能变化+体系位能变化=Q(热能)+W(功)
连续流动体系下:
体系动能变化+体系位能变化=0
12、Q1(带入热能)+Q2(传入热能)+Q3(过程热效应)=Q4(带出热能)+
Q5(加热设备)+Q6(散失热量)+Q7(挥发气带出热量)
Q2>0需加热Q2<0需冷却Q3=—△H反应热Qr=—△Hr
能量守恒:
输入系统的能量+体系能产生的能量=体系能消耗的能量+输出系统的量+系统积累
13、N个组分,M个设备,则可列出的独立方程式为NxM个
14、自由度分析
变量个数:
NV=S(C+4)+Np’+2(S-流股数;C-组分数;4-流量、压力、温度、焓;2-功、热;Np’—其它过程变量)
方程个数:
Nf=C+2S+Np+1(Np-过程限制关系式;1-热量平衡式2S—浓度限制、焓计算关系;C-物料关系式)
自由度:
Nd=NV–Nf=(S-1)C+2S+(Np’–Np)+1
Nd=NV–Nf=(S-1)C+2S+(Np’–Np)+1(Np’=Np)
15、能量守恒计算时:
选取基准温度,则基准温度的晗为0
16、比热容:
(单位质量体系的热容)1Kg物质升高1℃所需要的热量,称为比热容。
单位:
KJ/Kg.℃
摩尔热容:
(1mol质量体系的热容)1mol或1Kmol物质温度升高1℃所需要的热量,称为摩尔热容。
单位为KJ/Kmol.K。
第二章化工热力学
理想气体:
高温、低压
可逆过程:
体系发生从起点--终点--起点的变化后,对环境无任何影响。
严格的可逆过程
并不存在,只是一种极限过程。
(理想过程)
不可逆过程:
自发过程,有方向性,如果改变自发变化的方向,需要借助外力(能量)作
用。
热力学第零定律:
如果两个系统分别与第三个系统达到热力学平衡,那么,这两个系统之间也达到热力学平衡。
热力学第一定律(能量转化定律):
封闭系统与环境之间交换的功和能量之和,等于系统内能的变化(依据事实:
永动机是不可能的)。
热力学第二定律:
自发过程是不可逆的(依据事实:
不能使一个自然的过程完全复原)。
热量从低温物体传给高温物体,而不发生其它变化是不可能的。
(热传导过程的不可逆性)
从热源吸“热”,将其完全转化成“功”,而不发生其它变化是不可能的。
(功转化为热的过程的不可逆性)
热力学第三定律:
任何自发过程均是熵增过程(依据事实:
不能得到绝对零度)
在热力学零度的条件下,完美晶体的熵为零。
所有热运动停止。
Q、△U、△H
Q、W过程函数,U、H、G、S是状态函数,理想气体:
U、H、Cv,m,Cp,m,△rHm,△相变Hm都是T的函数,与别的无关
H=U+PV
△U=nCv,m(T2-T1)△H=nCp,m(T2-T1)
恒容过程W=0
恒压过程W=P(V2-V1)=nR(T2-T1)[理想气体]
恒温过程Q=W=RT△H=△U=0
绝热过程r=CP/CvCp-Cv=R(气体)Cp=Cv(液体)
单分子理想气体Cv=R双原子分子理想气体Cv=R
P1V1r=P2V2r
气体的标准状态是Pθ=101.325kpa下的状态,对T无要求。
做功
W=对于可逆=
恒压W=P(V2-V1)
恒温W==nRTln=nRT
恒容W=0
绝热可逆
多变过程:
满足PVn=常数的可逆过程
熵变
dS≥δQ/T(可逆为等于,不可逆为大于)
理想气体的恒温过程
理想气体的恒容过程
恒压过程
绝热过程△S=0
在恒温恒压下的相变过程
S是状态函数
(定压热容不恒定)
混合前气体为S1、S2,混合后为S
S=S1X1+S2X2-RX1LnX1-RX2LnX2
最小分离功T0△S(△S=S-S1-S2)
Bf=△H-T0△S=RT0(Xf1LnXf1+Xf2LnXf2)(△H=0)
Wmin=△B=aBa+bBb-fBf
W损=T0△S不可逆=T0(△S热水-q损/T0)
S0=1/xAY=S0xA=
两相平衡时P、T的关系
△Hm*摩尔蒸发热△Vm*=Vm*(g)-Vm*(l)
若对液体加压则其饱和蒸汽压就要增加,但增加很少
化学势即偏摩尔G焓
G=H-TS
对于理想气体fB=yBP=PB
理想气体的逸度系数恒等于1
对于液体
对于理想气体混合物
理想气体混合物的活度与其平衡的液体的活度相同
液体混合物的逸度与其平衡的气体的逸度相同
相平衡时组分i在各个相中的化学势相同,在各个相中的逸度相同
纯物质凝聚态可利用同T同P下达平衡的饱和蒸汽的逸度获得,fL=fvsat
dG=RTdlnf
F=C-P+22—温度与压力C—组分数。
C=S-R-R/S—S种化学物质
R—反应方程式数;R/—独立的限制条件
绝热节流过程
等H不可逆过程,压力下降,熵增大
若uJ>0制冷uJ<0制热uJ=0T不变
压气机
单级理论耗功
容积效率(VE):
吸入压气机的气体容积/活塞位移容积
余隙比(C):
余隙体积/活塞位移容积
n—压缩过程的多变指数
卡诺循环(可逆机):
使热转化为功
等温可逆膨胀(T1高),绝热可逆膨胀、等温(T2低)可逆压缩、绝热可逆压缩
总熵变△S=0
逆卡诺循环(使功转化成热):
绝热可逆压缩、等温可逆放热、绝热可逆膨胀、等温可逆吸热
制冷机:
消耗功,使热量从低温传到高温(目的是转移低温物体的热量)
Q0---从低温物体吸收的热-WN---消耗的净功§—制冷系数
热泵:
与制冷机原理完全相同,但目的不同,前者为制冷,后者为制热(低温热输送给高温物体)。
目的是高温物体得到热量。
ξH=QH/WH
可逆热泵(逆卡诺循环)的制热系数:
ξH,卡=TH/(TH-TL)
ξH=|QH|/|WH|=|Q0|/|WN|+1=ξ+1
卡诺循环与逆卡诺循环与工质无关,仅是工质温度的函数,在两个温度之间操作的任何循环,以卡诺循环与逆卡诺循环的获得功与制冷系数最大。
损失功、理想功、有效能、有效能效率
WL=T0△S-QWL=T0△STWL—损失功;T0—环境温度;△ST—总熵变
稳定流动过程中Wid(理想功)=T0△S-△H△S—体系的熵变;H0、S0基态的焓、熵。
有效能的变化量△Ex=(H2-H1)-T0(S2-S1)=△H-T0△S=-Wid
有效能Ex=(H-H0)-T0(S-S0)
理想功等于有效能的减少(负值)
或
潜热(状态热)、汽化热、熔融热、熔解热
kθ=JP(平衡)
当反应前后热容变化很微小时,可认为为常数,或温度变化不大时,标准摩尔反应焓可按常数处理。
只有△rGm<0时才可能发生反应,△rGm=0达到平衡
>0,T升高反应向右,<0T升高反应向左。
对于体积增大的反应,P增大,平衡向左,P减小平衡向右
对于体积缩小的反应,P增大,平衡向右,P减小平衡向左
有惰性气体时,对于V<0,增加惰性气体,降低产物的平衡组成。
积分熔解热:
在25°C,0.10133MPa下1mol溶质溶解于nmol溶剂中时吸收或放出的热量。
不同浓度的溶液有不同的积分熔解热。
mol溶剂/mol溶质。
微分熔解热:
1Kmol溶质溶解于含量x的无限多溶液中(溶解后的溶液的含量仍为x)时,吸收或放出的热量称为微分熔解热。
KJ/mol、KJ/Kmol、KJ/Kg。
Amagat定律
Z(T,P)=y1Z1(T,P)+y2Z2(T,P)+y3Z3(T,P)+。
。
。
+ynZn(T,P)
Dalton定律
Z(T,P)=y1Z1(T,P1)+y2Z2(T,P2)+y3Z3(T,P3)+。
。
。
+ynZn(T,Pn)
Pi---温度相同下的总压下的分压
Amagat定律较Dalton定律准确
理想气体绝热自由膨胀:
Q=0W=0△U=0△H=0
元素和化合物的燃烧值是高热值,其燃烧产物应是液态水;
常压20℃时溶解为0.256m3则30.0MPa下的溶解为0.256x30/0.101,则溶解的惰性气体为
0.256x30/0.101x0.03则排放气为0.2%x2800-0.256x30/0.101x0.03
第三章流体静力学
1.P=P0+ρgh=P0+ρg(Z1-Z2)P—Paρ—kg/m3h—mg—m/s2
表压力=绝对压力-大气压力
真空度=大气压力-绝对压力
2、伯努利方程
总机械能守恒(J.kg-1)
(m)
(J)
判断流动方向应根据总势能(位能+静压能),而不是总机械能(位能+静压能+动压能)
总压头=位压头+静压头+动压头
压差计测量的是位能与静压能的和。
3、质量守恒
稳态是指质量流量恒定
定态流动中:
Ws=μ1A1ρ1=μ2A2ρ2=常数
流体不可压缩时:
Vs=μ1A1=μ2A2=常数
A=d2/4=0.785d2
4、流体类型
μ---Pa.s(动力粘度)
γ—m2/s(运动粘度)
1cp=0.001P=1×10-3pa.s
Re ≤2000时为滞流或层流,Re>3000时,按湍流或紊流
5、hf—J/kg—无单位L—m—Pa
—相对粗糙度,ε—绝对粗糙度
滞流时(Re ≤2000)
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