焓熵热容与温度压力的关系课件.pptx

1、焓熵热容与温度压力的关系主要内容主要内容 u导出关联各热力学性质的基本方程。它们把导出关联各热力学性质的基本方程。它们把U，H，S等热力学性质与容易度量的量如等热力学性质与容易度量的量如p、V、T、热容（热容（，）等联系起来。）等联系起来。u以过程的焓变、熵变为例，说明通过以过程的焓变、熵变为例，说明通过p V T及及热容，计算过程热力学性质变化的方法。热容，计算过程热力学性质变化的方法。u热力学性质图、表也非常有意义，本章还要介热力学性质图、表也非常有意义，本章还要介绍几种常用热力学性质图、表的制作原理及应绍几种常用热力学性质图、表的制作原理及应用。用。pCVCl 3.1 化工计算中的焓和熵

2、化工计算中的焓和熵HpVpVUTSTSAG3.2 热力学性质间的关系热力学性质间的关系u封闭系统热力学第一定律封闭系统热力学第一定律：u由由u同理：同理：dUQW若过程可逆若过程可逆只作体积功只作体积功dQT S dWp V VpSTUddd pVUH VpSTUddd 微分微分pVSTHddd TSUATSHG TSVpAddd TSpVGddd ddddHUV pp V 热力学基本方程热力学基本方程VpSTUddd pVSTHddd TSVpAddd TSpVGddd 适用条件：适用于封闭系统，它们可以用于单相或多相系统适用条件：适用于封闭系统，它们可以用于单相或多相系统热力学基本方程是关

3、于能量函数的全微分热力学基本方程是关于能量函数的全微分能量函数的导数式能量函数的导数式l热力学基本方程的全微分热力学基本方程的全微分：pHS dddVSUUUSVSV dddpSHHHSpSp dddTVAAAVTVT dddpTGGGpTpT 比较热力学基本方程比较热力学基本方程VUTS SUpV SHVp VAST TAV TGp pGT 麦克斯韦（麦克斯韦（Maxwell）关系式）关系式 l对一个单相单组元系统，系统有三种性质对一个单相单组元系统，系统有三种性质x，y，z，变量，变量z为自为自变量变量x和和y的单值连续函数的单值连续函数：,zf x y dddyxzzzxyxy yzMx

4、 xzNy dddzM xN y yxyxzzyxxy yxMNyx 全微分全微分dddUT Sp V SVTpVS VUTS SUpV u麦克斯韦（麦克斯韦（Maxwell）关系式）关系式：uMaxwell关系式的应用关系式的应用：Maxwell关系式的重要应用是用关系式的重要应用是用易于实测的基本数据易于实测的基本数据来代替或计来代替或计算那些算那些难于实测的物理量难于实测的物理量，如熵，如熵S是不能直接测量的，是不能直接测量的，S 随温度随温度T、压力压力p、体积体积V的变化的计算。的变化的计算。SVTpVS pSTVpS VTpSTV pTVSTp 提问：熵随温度的变化关系怎样？提问：

5、熵随温度的变化关系怎样？l 3.3 热热 容容 定压热容定压热容 ppCTH VVCTU pVSTHddd 恒压下两边同除以恒压下两边同除以dTppTSTTH TCTHTTSppp 1VpSTUddd 恒容下两边同除以恒容下两边同除以dTVVUSTTT TCTUTTSVVV 1定容热容定容热容 u理想气体热容理想气体热容 iggpC432iggETDTCTBTACp gpC式中的式中的A、B、C、D、E是由实验数据回归得是由实验数据回归得到的常数，目前已有大批物质的相关数据，并到的常数，目前已有大批物质的相关数据，并且有许多估算方法。且有许多估算方法。u真实气体热容真实气体热容真实气体热容真实

6、气体热容既是温度的函数，又是压既是温度的函数，又是压力的函数力的函数。其实验数据很。其实验数据很少少，也缺乏数，也缺乏数据整理和据整理和关联关联。u液体和固体的热容液体和固体的热容 除了在低温区（近凝固点）的一小段范围内，液体热容除了在低温区（近凝固点）的一小段范围内，液体热容一般随温度上升，常用的多项式为一般随温度上升，常用的多项式为：在正常沸点附近，大多数有机物热容为在正常沸点附近，大多数有机物热容为1.22 Jg-1K-1 固体热容数据比较少，常用的关联式与气体和液体热容固体热容数据比较少，常用的关联式与气体和液体热容关联式相似，也是多项式。关联式相似，也是多项式。2lCTBTACp3.

7、4 不同温度、压力下的单相流体不同温度、压力下的单相流体焓变的计算焓变的计算焓的计算途径焓的计算途径TTSH 1（T1,p1）2（T2,p2）p1TabppSH ,pp2T1T2pTMMM 焓随温度、压力的变化关系焓随温度、压力的变化关系 pTH pTfH,TpHpTVTVTCHppddd ppHTTHHTpddd pC？pVSTHddd 恒温下两边同除以恒温下两边同除以dpVpSTpHTT pTTVpS pTTVTVpH pTVTVTCHHHpppTTpTpdd2121积分积分2211ddTVVTVVVTpppHCVTTVVTTV2211ddVppVVppVTTHCVVCpVp理想气体焓的计

8、算理想气体焓的计算21dTTppTCH432iggETDTCTBTACp 21digigTTppTCHpTVTVHpppTd21 RTpV pRTV pRTVp ppRTpRTHppTd21ig 0 21digigigTTppTCHH液体焓变的计算关系式液体焓变的计算关系式 22111ddTplppTpHCTVTp 1pVVT 膨胀系数膨胀系数受压力影响不大pTVTVTCHHHpppTTpTpdd2121 真实流体焓变的计算真实流体焓变的计算 pTfCp,TCHTTppd21 pTVTVHpppTd21 真实流体的真实流体的pVT关系关系真实流体的热容关系真实流体的热容关系真实流体的等压焓真实

9、流体的等压焓变无法计算变无法计算真实流体焓变和熵变的计算真实流体焓变和熵变的计算 HT1,p1T2,p2(T1,p1)ig(T2,p2)igigH2H2ig1HHHH1H剩余性质剩余性质l定义：所谓剩余性质，是真实状态下流体的热力学性质定义：所谓剩余性质，是真实状态下流体的热力学性质与在与在同一温度、压力同一温度、压力下处于理想气体状态时下处于理想气体状态时广度热力学广度热力学性质性质之间的差额，之间的差额，RM),(),(igRpTMpTMM ),(),(igRpTHpTHH ),(),(igRpTSpTSS ),(),(igRpTVpTVV 真实流体焓变的计算真实流体焓变的计算 HT1,p

10、1T2,p2(T1,p1)ig(T2,p2)igigH1H2HR11HHR22HH R2igR1HHHH剩余焓的计算剩余焓的计算),(),(igRpTMpTMM TTTpMpMpM igR ppTppppMpMMM00digRR00p 0RR0MMpp 00R H 00R V在等温下，对在等温下，对p微分微分等式两边同乘以等式两边同乘以dpppMpMMTigTRdd 从从p0至至p进行积分进行积分 ppTppHpHHH0dig0RR 00R HpTTVTVpH pTVTVHpppd0R0ig TpH剩余焓的计算依赖剩余焓的计算依赖相应的相应的p、V、T关系关系真实流体焓变的计算真实流体焓变的计

11、算将理想气体和剩余性质的焓变计算公式代入真实流体将理想气体和剩余性质的焓变计算公式代入真实流体焓变计算途径得到焓变计算途径得到：12201012dddpTpigppTpppTTVVHTVpCTVTpTT 利用状态方程计算焓变利用状态方程计算焓变利用维里方程计算利用维里方程计算HR1pVBpZRTRT RTVBp ddpVRBTpT 0dddpRpTRTRBHB TpppT 0dddppTBB TpT ddRTBHpB TT 0dpRppVHVTpT 利用立方型状态方程计算利用立方型状态方程计算HRl计算计算HR的关键在于计算的关键在于计算 项项l首先必须将使用的状态方程表示成首先必须将使用的状

12、态方程表示成V的显函数形式，的显函数形式，才可以进一步对才可以进一步对T求偏导。求偏导。l立方型状态方程是体积立方型状态方程是体积V的隐函数，压力的隐函数，压力p的显函数的显函数形式，为了计算方便，需要将形式，为了计算方便，需要将HR计算公式中的计算公式中的 ，改换成的改换成的 形式。形式。pVT pVT VpT 1VpTpTVTVp pVTVpVTTp ddpVTTVppVTT dddV ppVp V 000()dddddmmmmp pmmppRppppVVVpVVVVVHV pTpTppVp VTVT dVRVVTpHpVRTTpVT 0dpRppVHVTpT l以以RK方程为例方程为例:

13、l在体积在体积V不变的条件下对温度不变的条件下对温度T求偏导求偏导:l利用立方型状态方程计算剩余性质需要先使用温度利用立方型状态方程计算剩余性质需要先使用温度和压力计算流体的体积和压力计算流体的体积V（或者压缩因子（或者压缩因子Z）,具体具体计算方法见计算方法见pVT的计算。的计算。0.5RTapVbT V Vb 0.53ln 12RabHpVRTT bV 1.52VpRaTVbT V Vb 利用普遍化关联式计算焓变利用普遍化关联式计算焓变l普遍化维里系数法普遍化维里系数法 的的函函数数是是对对比比温温度度均均r1010dd,dd,TTBTBBBrrddRTBHpB TT ddRTHpBBRT

14、RTT 01ccRTBBBp (0)(1)ddddddccRTBBBTpTT (0)(0)(1)(1)ddddRrrrrrHBBBBpRTTTTT ,rrRpTfH普遍化三参数压缩因子法：普遍化三参数压缩因子法：剩余性质的计算公式表示成压缩因子的函数为：剩余性质的计算公式表示成压缩因子的函数为：20dpRpZpHRTTp (0)(1)ZZZ 01RRRcccHHHRTRTRT 无因次处理无因次处理并简化表示并简化表示利用通过利用通过焓差图焓差图得到，得到，它们都是它们都是对比温度对比温度和和对比压力对比压力的关系曲线的关系曲线 ,rrRpTfH 利用普遍化方法计算剩余性质时需注意：根据对比温度

15、和对利用普遍化方法计算剩余性质时需注意：根据对比温度和对比压力的范围选择方法，选择的依据和比压力的范围选择方法，选择的依据和pVT计算时相同。计算时相同。cRcRRTHRTH10,计算举例（一）计算举例（一）在化工过程中，经常需要使用高压气体，如合成氨工业，气体要加压在化工过程中，经常需要使用高压气体，如合成氨工业，气体要加压送入反应器。这时需要使用送入反应器。这时需要使用压缩机压缩机。如图：。如图：QWuzgHs 221T1,p1T2,p2T1,p1T2,p2000sWH H T1,p1T2,p2进入压缩机的气体状态为进入压缩机的气体状态为压缩机出口流体状态为压缩机出口流体状态为压缩机为绝热

16、的，动能变化与势能变化可以忽略，求压缩机作功多少？压缩机为绝热的，动能变化与势能变化可以忽略，求压缩机作功多少？计算举例（二）计算举例（二）醋酸是重要的有机化工原料，也是优良的有机溶剂，目前主要醋酸是重要的有机化工原料，也是优良的有机溶剂，目前主要使用使用甲醇羰基化法甲醇羰基化法生产。生产。COOHCHCOOHCH33 HHHifif ,15.29825,P180、3MPaH ifirHH 反应条件为：反应条件为：180、3MPa，该反应条件下的反应热如何计算？该反应条件下的反应热如何计算？目前我们可以找到目前我们可以找到25 时各物质的标准生成焓。时各物质的标准生成焓。3.5不同温度、压力下

17、的单相流体不同温度、压力下的单相流体熵变的计算熵变的计算熵随温度、压力的变化关系熵随温度、压力的变化关系 pTfS,pTS TpSppSTTSSTpddd pTVTTCSSSpppTTpTpdd2121 pTVTCSppddd 积分积分TCppTV 理想气体熵的计算理想气体熵的计算 21digigTTppTTCS432iggETDTCTBTACp 21dTTppTTCSpTVSpppTd21 RTpV pRTV pRTVp 21digppTppRS 21lnppR 21igigigiglnd21ppRTTCSSSTTpTp 真实流体熵变的计算真实流体熵变的计算 pTfCp,TTCSTTppd2

18、1 pTVSpppTd21 真实流体的真实流体的pVT关系关系真实流体的热容关系真实流体的热容关系真实流体的等压熵真实流体的等压熵变无法计算变无法计算真实流体熵变的计算真实流体熵变的计算 ST1,p1T2,p2(T1,p1)ig(T2,p2)igigS1S2SR11SS R22SS RigR21SSSS ppTppSpSSS0dig0RRpTTVpS 00R SpRpST igpTVpRSTpppd0R 剩余熵的计算同样剩余熵的计算同样依赖相应的依赖相应的p、V、T关系关系 ppTppppMpMMM00digRR00p 0RR0MMpp 剩余熵的计算剩余熵的计算真实流体熵变的计算真实流体熵变的

19、计算将理想气体和剩余性质的熵变计算公式代入真实流体将理想气体和剩余性质的熵变计算公式代入真实流体熵变计算途径得到熵变计算途径得到：1220101212ddlndigpTpppTpppTTCpVRRVSpTRTpTpTppT 利用状态方程计算熵变利用状态方程计算熵变利用维里方程计算利用维里方程计算HR1pVBpZRTRT RTVBp ddpVRBTpT 0dpRppTRVSppT 0dddpRpTRRBSpppT ddRBSpT 利用立方型状态方程计算利用立方型状态方程计算SR l计算计算SR的关键仍然在于计算的关键仍然在于计算 项项l为了计算方便，同样需要将为了计算方便，同样需要将SR计算公式

20、中的计算公式中的 ，改换成的改换成的 形式。形式。pVT pVT VpT pVTVpVTTp ddpVTTVppVTT 0dpRppTRVSppT ddVVRVVVpVSVRTV l以以RK方程为例方程为例:l在体积在体积V不变的条件下对温度不变的条件下对温度T求偏导求偏导:l利用立方型状态方程计算剩余熵同样需要先使用温利用立方型状态方程计算剩余熵同样需要先使用温度和压力计算流体的体积度和压力计算流体的体积V（或者压缩因子（或者压缩因子Z）。）。0.5RTapVbT V Vb 1.5lnlnln 12RRTabSRVbRpT bV 1.52VpRaTVbT V Vb 利用普遍化关联式计算熵变利

21、用普遍化关联式计算熵变 l普遍化维里系数法普遍化维里系数法 的的函函数数是是对对比比温温度度均均r1010dd,dd,TTBTBBBrrddRBSpT ddRSpBRRT 01ccRTBBBp (0)(1)ddddddccRTBBBTpTT 01ddddRrrrSBBpRTT ,rrRpTfS 普遍化三参数压缩因子法：普遍化三参数压缩因子法：剩余性质的计算公式表示成压缩因子的函数为：剩余性质的计算公式表示成压缩因子的函数为：0d1pRpZpSRZTTp (0)(1)ZZZ 01RRRSSSRRR 无因次处理无因次处理并简化表示并简化表示利用通过利用通过熵差图熵差图得到，得到，它们都是它们都是对

22、比温度对比温度和和对比压力对比压力的关系曲线的关系曲线 ,rrRpTfS 利用普遍化方法计算剩余性质时需注意：根据对比温度和对利用普遍化方法计算剩余性质时需注意：根据对比温度和对比压力的范围选择方法，选择的依据和比压力的范围选择方法，选择的依据和pVT计算时相同。计算时相同。RSRSRR10,剩余焓和剩余熵的计算剩余焓和剩余熵的计算TTBTBpH ddRTBpSddR VVTVVpTpTRTpVHdR状态方程法状态方程法对应状态法对应状态法维里方程维里方程立方型状态方程立方型状态方程普遍化维里系数法普遍化维里系数法普遍化压缩因子法普遍化压缩因子法 VVVVVVVRVTpSddR rrrrrTB

23、TBTBTBpRTHdddd)1()1()0()0(R rrrTBTBpRSdddd10R cccRTHRTHRTH1R0RR RSRSRS1R0RR 真实气体热容的计算：真实气体热容的计算：工程上常常借助于热容差来计算真实气体热容：工程上常常借助于热容差来计算真实气体热容：试思考并证明试思考并证明：常用计算方法：常用计算方法：igpppCCC2ig20dppppVCCTpT 01pppCCC 计算举例（三）计算举例（三）某气体符合方程某气体符合方程：，且且（a）导出剩余焓和剩余熵的计算公式；）导出剩余焓和剩余熵的计算公式；（b）得出）得出Cp的表达式；的表达式；（c）写出由（）写出由（T1，

24、p1）到（）到（T2，p2）过程中焓变和熵）过程中焓变和熵变的表达式变的表达式 2app VbRTTigpdCcT 3.6 蒸气压和蒸发焓蒸气压和蒸发焓蒸发焓与蒸发熵蒸发焓与蒸发熵 u当物质穿过汽液相边界时则发生了汽液相转变。当物质穿过汽液相边界时则发生了汽液相转变。u纯物质的相变是在一定的温度和压力下发生的。纯物质的相变是在一定的温度和压力下发生的。u相变的结果使广度热力学函数的许多性质发生急剧变化。相变的结果使广度热力学函数的许多性质发生急剧变化。u饱和液体的摩尔焓、摩尔熵与相同温度和压力下的饱和蒸气的摩饱和液体的摩尔焓、摩尔熵与相同温度和压力下的饱和蒸气的摩尔焓、摩尔熵相差很大，它们之间

25、的差值分别被称为此尔焓、摩尔熵相差很大，它们之间的差值分别被称为此T、p下该下该物质的蒸发焓、蒸发熵，即：物质的蒸发焓、蒸发熵，即：u对于纯物质的摩尔吉布斯自由能对于纯物质的摩尔吉布斯自由能G在发生相变的过程中保持不变在发生相变的过程中保持不变 vlvHHH vlvSSS vlGG ClausiusClapeyron方程方程 l当两相系统的当两相系统的T发生发生dT的变化时，为了维持两相平衡的变化时，为了维持两相平衡，压力将发生，压力将发生dps的变化，并且必须保持着的的变化，并且必须保持着的 关关系，其变化为系，其变化为 dddvvsvGVpST ddvlGG dddllslGVpS T d

26、dddvsvlslVpSTVpST ddvlsvvlvSSSpTVVV vlGG ddvlGG 整理整理,vvSV 为纯物质在温度为纯物质在温度T、压力、压力p下的摩尔蒸发熵和摩尔蒸发下的摩尔蒸发熵和摩尔蒸发体积体积 u该式称为该式称为ClausiusClapeyron方程（克克方程方程（克克方程）。）。u它把它把摩尔蒸发焓摩尔蒸发焓直接和直接和蒸气压与温度关系蒸气压与温度关系关联起关联起来了。来了。u它是一种严密的热力学关系，提供了一种及其重它是一种严密的热力学关系，提供了一种及其重要的不同性质之间的联系。若知道了要的不同性质之间的联系。若知道了蒸气压和温度蒸气压和温度的关系，则可将它用于蒸

27、发焓的计算。的关系，则可将它用于蒸发焓的计算。vvHTS dddHT S V p ddsvvHpTTV vlvlvsssZ RTZ RTZRTVVVppp 2dd(/)svsHpTRTpZ dlnd(1/)svHpTR Z 恒温、恒压恒温、恒压积分积分ddsvvSpTV 蒸气压方程蒸气压方程 u当物质处于汽液平衡状态时，饱和蒸汽的压力即为当物质处于汽液平衡状态时，饱和蒸汽的压力即为饱和蒸气压，简称蒸气压。饱和蒸气压，简称蒸气压。u描述蒸气压和温度关系的方程，被称为蒸气压方描述蒸气压和温度关系的方程，被称为蒸气压方程程。u目前文献中提供的蒸气压方程很多，下面仅介绍简目前文献中提供的蒸气压方程很多

28、，下面仅介绍简单的两种。有关蒸气压的估算方法请参见本书第八单的两种。有关蒸气压的估算方法请参见本书第八章。章。vHZ 和和lnsBpAT constvHR Z lnsBpATC dlnd(1/)svHpTR Z 为温度的弱函数为温度的弱函数积分积分在温度间隔不大时，计算结果在温度间隔不大时，计算结果尚可以。仅用于小温度区间尚可以。仅用于小温度区间目前工程上常用的是目前工程上常用的是Antoine（安托尼）方程（安托尼）方程 式中，式中，A、B、C称为称为Antoine（安托尼）常（安托尼）常数，许多常用物质的安托尼常数可以从手数，许多常用物质的安托尼常数可以从手册中查出。册中查出。使用安托尼方

29、程时需要注意方使用安托尼方程时需要注意方程形式和每个物理量的单位。程形式和每个物理量的单位。dlnd(1/)svHpTR Z vlvlpZZZVVRT 由蒸气压方程计算，不同由蒸气压方程计算，不同的蒸气压方程表达式不同的蒸气压方程表达式不同1/231rrpZT 该式适用范围为该式适用范围为 TTb1Z 针对饱和汽、液均适用的状针对饱和汽、液均适用的状态方程计算态方程计算 近似计算近似计算此外，还有一系列的经验或半经验的关联式可以计算此外，还有一系列的经验或半经验的关联式可以计算蒸发焓和蒸发熵，详细的估算方法请参见本书第八章。蒸发焓和蒸发熵，详细的估算方法请参见本书第八章。思思 考考 题题求反应

30、求反应 2A(g)A2(l)的的Gibbs自由能。自由能。已知已知：反应温度为：反应温度为373K，反应压力为，反应压力为10MPa。设计计算途径并说出应该知道哪些相应设计计算途径并说出应该知道哪些相应数据。数据。3.7 热力学性质图表热力学性质图表两相系统的热力学性质关系两相系统的热力学性质关系 u当单组元系统处于当单组元系统处于汽液两相平衡汽液两相平衡状态时，往往需要状态时，往往需要处理处理两相混合物两相混合物的性质，它与各相的性质和各相的的性质，它与各相的性质和各相的相对量有关。相对量有关。u可以采用一种简单的方法把混合物的性质和每一项可以采用一种简单的方法把混合物的性质和每一项的性质及

31、每一项的量关联起来，对单位质量的混合的性质及每一项的量关联起来，对单位质量的混合物有物有：(1)lvUUxU x (1)lvSSxS x (1)lvHHxH x u式中式中x为气相的质量分率或摩尔分率（通常为气相的质量分率或摩尔分率（通常称为品质称为品质干度干度），），M是泛指两相混合物的广是泛指两相混合物的广度热力学性质。度热力学性质。是按每单位质量或每摩尔物是按每单位质量或每摩尔物料度量的。料度量的。u气相中的这些值是指气相中的这些值是指饱和蒸气饱和蒸气的性质，同样，的性质，同样，液体的热力学性质是指液体的热力学性质是指液体饱和状态液体饱和状态的性质。的性质。(1)lvMMxM x 热力学

32、性质图概况热力学性质图概况u可以从可以从pVT关系及等压热容计算热力学性质。关系及等压热容计算热力学性质。u为了能够迅速、方便地同时获得多种热力学性质，人们将某些为了能够迅速、方便地同时获得多种热力学性质，人们将某些常用物质（如水蒸汽，空气，氨，氟里昂等）热力学性质制成常用物质（如水蒸汽，空气，氨，氟里昂等）热力学性质制成专用的热力学图或表。专用的热力学图或表。u除了用于在一张图上同时直接读物质的除了用于在一张图上同时直接读物质的p、V、T、H、S等热力等热力学性质外，还能够形象地表示热力学性质的规律和过程进行的学性质外，还能够形象地表示热力学性质的规律和过程进行的路径。路径。u这些热力学性质

33、图表使用极为方便。在同一张图上，已知两个这些热力学性质图表使用极为方便。在同一张图上，已知两个热力学性质就可以查出各种热力学性质参数。热力学性质就可以查出各种热力学性质参数。u这些图表是如何制作的，又什么共性的东西，如何用？这些图表是如何制作的，又什么共性的东西，如何用？为什么？为什么？热力学性质图热力学性质图u已画出的热力学性质图有已画出的热力学性质图有pV，pT，HT、TS、lnpH、HS图等。图等。upV图和图和pT图在的第图在的第2章已经介绍，它们只作为热力学关系表章已经介绍，它们只作为热力学关系表达，而不是工程上直接读取数字的图。达，而不是工程上直接读取数字的图。u在工程上常用地热力

34、学性质图有：在工程上常用地热力学性质图有：焓温图（称焓温图（称HT图），以图），以H为纵坐标，为纵坐标，T为横坐标。为横坐标。温熵图（称温熵图（称TS图），以图），以T为纵坐标，为纵坐标，S为横坐标。为横坐标。压焓图（称压焓图（称lnpH图），以图），以lnp为纵坐标，为纵坐标，H为横坐标。为横坐标。焓熵图（称焓熵图（称Mollier图，图，HS图），以图），以H为纵坐标，为纵坐标，S为横坐标。为横坐标。热力学性质图其特点表现在：热力学性质图其特点表现在：使用方便；使用方便；易看出变化趋势，易分析问题；易看出变化趋势，易分析问题；读数不如表格准确读数不如表格准确。焓温图（焓温图（HT图）图）T

35、c饱和汽相线饱和汽相线饱和液相线饱和液相线等压线等压线该图主要用于热量的计算，不附有熵值该图主要用于热量的计算，不附有熵值作用：帮助解决热功效率问题作用：帮助解决热功效率问题 图形图形 T-S 图图TS固固固固液液液液C饱和饱和气相气相线线饱和饱和液相液相线线等干度线等干度线等焓等焓线线等压线等压线等容等容线线干度：汽相的重量分率或摩尔分率干度：汽相的重量分率或摩尔分率三相线三相线固气固气气液气液 T-S图上图上等压线变化规律等压线变化规律用数学表示为：用数学表示为：TSp 由由MaxwellMaxwell关系式知：关系式知：pTSVpT ST小小p一定一定 0PVT T T V T V 亦即

36、亦即：0TSp T-S图上图上等焓线变化规律等焓线变化规律l在在p一定时一定时 0PpHCT T ，H 焓值大的等焓值大的等H H线在上边线在上边 ST大大T-S图上等容线变化规律图上等容线变化规律l在等在等T下，由下，由Maxwell式式知知:TVSpVT 对任何气体，在对任何气体，在V一定一定时，时，T ，p 它说明了在它说明了在T一定时，一定时，随随V ，S 较大的等容线位于熵较大的等容线位于熵值较大的一边。值较大的一边。ST大大T-S图概括了物质性质的变化规律。图概括了物质性质的变化规律。当物质状态确定后，其热力学性质均可以在当物质状态确定后，其热力学性质均可以在T-S图上查得。图上查

37、得。对于单组分物系，依据相律，给定两个参数后，其性质就对于单组分物系，依据相律，给定两个参数后，其性质就完全确定，该状态在完全确定，该状态在TS图中的位置亦就确定。图中的位置亦就确定。对于单组份两相共存区，自由度是对于单组份两相共存区，自由度是1，确定状态只需确定，确定状态只需确定一个参数，它是饱和曲线上的一点。一个参数，它是饱和曲线上的一点。要确定两相共存物系中汽液相对量，还需要规定一个容量要确定两相共存物系中汽液相对量，还需要规定一个容量性质的独立参数。因为在两相区，强度性质性质的独立参数。因为在两相区，强度性质T和和p二者只有二者只有一个为独立参数。一个为独立参数。若已知某物系在两相区的

38、位置，则该物系在若已知某物系在两相区的位置，则该物系在TS图中的图中的位置随之确定，则可以利用位置随之确定，则可以利用TS图求出汽液相对量。图求出汽液相对量。利用利用TS图表示过程图表示过程TSC等焓等焓线线过冷液体加热过冷液体加热从饱和液体蒸从饱和液体蒸发为饱和气体发为饱和气体过冷蒸汽加热过冷蒸汽加热等压加热或冷却过程等压加热或冷却过程节流过程节流过程可逆绝热过程可逆绝热过程等熵过程等熵过程H-S图图 n这种图主要用于热机，压缩机这种图主要用于热机，压缩机,冷冻机中工质状冷冻机中工质状态变化有关问题。态变化有关问题。n图形图形 HS固固固固液液液液C等温等温三相线三相线固气固气气液气液等压等

39、压等温等压等温等压等过热等过热p-H 图图 l这种图主要用于计算制冷系数这种图主要用于计算制冷系数,制冷机的循环制冷机的循环量及物流所作的功量及物流所作的功。l图形图形lnpH固固固固液液液液C等容等容等熵等熵等温等温三相线三相线固气固气气液气液热力学性质图的共性热力学性质图的共性 u1.1.制作原理及步骤相同制作原理及步骤相同,仅适用于特定物质仅适用于特定物质.u2.图形中内容基本相同图形中内容基本相同,p,V,T,H,S都有都有.热力学图表与普遍化热力学图表的区别热力学图表与普遍化热力学图表的区别主要区别表现在两个方面主要区别表现在两个方面:其一是制作原理不同其一是制作原理不同;其二是应用

40、范围不同其二是应用范围不同.1.1.制作原理不同制作原理不同 2.2.应用范围不同应用范围不同 热：以实验数据为基础，用热力学基热：以实验数据为基础，用热力学基本关系进行计算本关系进行计算普：以对比参数作为独立变量作出的普：以对比参数作为独立变量作出的 热：只适应于特定的物质热：只适应于特定的物质普：对物质没有限制普：对物质没有限制,可适用于任一物质可适用于任一物质.热力学性质表热力学性质表 热力学性质表很简单，它是把热力学性质以热力学性质表很简单，它是把热力学性质以一一对应的表格形式表示出来，其特点为：一一对应的表格形式表示出来，其特点为：l对确定点数据准确对确定点数据准确l但对非确定点需要

41、内插计算，一般用直线内插但对非确定点需要内插计算，一般用直线内插。n常用的热力学性质表有水和水蒸气表常用的热力学性质表有水和水蒸气表n包括饱和水蒸气表和过冷水以及过热水蒸气表包括饱和水蒸气表和过冷水以及过热水蒸气表过冷过冷水水过热水过热水蒸气蒸气气液两气液两相共存相共存区区饱和水饱和水蒸气蒸气气液两相共存区气液两相共存区的热力学性质采的热力学性质采用饱和水蒸气表用饱和水蒸气表和干度进行计算和干度进行计算(1)lvMMxM x 使用饱和使用饱和水蒸气表水蒸气表使用过使用过冷水表冷水表使用过热使用过热水蒸气表水蒸气表TS思考题思考题u刚性容器的体积为刚性容器的体积为1.0m3，内存有，内存有0.0

42、5m3的饱和水的饱和水和和0.95m3的饱和水蒸气，压力是的饱和水蒸气，压力是0.1013MPa。问。问至少需要加入多少热量才能使容器中的水完全汽至少需要加入多少热量才能使容器中的水完全汽化？此时容器的压力多大？（化？此时容器的压力多大？（1.0266*108J,89.5*105Pa）提示：提示：（1）加入的热量应等于什么性质变化？）加入的热量应等于什么性质变化？（2）始态和终态应该查什么表？尤其注意终态应）始态和终态应该查什么表？尤其注意终态应该是什么状态？温度和压力分别是多少？该是什么状态？温度和压力分别是多少？3.8 化工生产过程中流体化工生产过程中流体pVT及及 焓变计算举例焓变计算举

43、例l低压法合成甲醇的合成塔条件为低压法合成甲醇的合成塔条件为240，5.0MPa，设进入合成塔的原料气设进入合成塔的原料气H2与与CO组成（体积比）为组成（体积比）为2.1:1，其初始条件设为，其初始条件设为25，0.1MPa，设在，设在5.0MPa条件下，流体的管道流速为条件下，流体的管道流速为15ms-1，设年产，设年产100万吨万吨甲醇（不考虑副反应，物料衡算依甲醇（不考虑副反应，物料衡算依CO计量），请使计量），请使用热力学理论方法计算：用热力学理论方法计算：（1）原料气在进入合成塔的管道直径选为多大合适？）原料气在进入合成塔的管道直径选为多大合适？（2）原料气从初始状态到合成塔过程中

44、需要加入的热）原料气从初始状态到合成塔过程中需要加入的热量为多少？量为多少？本章总结本章总结u热力学基本方程、麦克斯韦热力学基本方程、麦克斯韦（Maxwell）关系式等是重要的热）关系式等是重要的热力学基本关系，利用它们可以将力学基本关系，利用它们可以将H、S等热力学函数表示为等热力学函数表示为pVT的关系式，进而进行热力学的计算。的关系式，进而进行热力学的计算。u理想气体焓变和熵变的计算分为定压部分和定温部分，它们依理想气体焓变和熵变的计算分为定压部分和定温部分，它们依赖于一定温度范围内的理想气体热容关系式和具体的温度、压赖于一定温度范围内的理想气体热容关系式和具体的温度、压力值。力值。u剩

45、余性质是真实流体焓变和熵变计算的关键。剩余焓和剩余熵剩余性质是真实流体焓变和熵变计算的关键。剩余焓和剩余熵的计算依赖于合适的的计算依赖于合适的pVT的关系。的关系。u各种热力学性质图和热力学性质表原理和使用方法大致相同，各种热力学性质图和热力学性质表原理和使用方法大致相同，它们在工程热力学中应用非常方便。它们在工程热力学中应用非常方便。带着知识走向学生，不如带着学生走向知识。牛传明你要做多大的事情，就该承受多大的压力。道德修养能达到的最高价段，是认识到我们应该控制我们的思想。-达尔文你有你的生命观，我有我的生命观，我不干涉你。只要我能，我就感化你。如果不能，那我就认命。永远不要试图嘲笑那些有缺陷的人。骄傲是断了引线的风筝稍纵即逝。世上最累人的事，莫过于虚伪的过日子。只会在水泥地上走路的人，永远不会留下深深的脚印。形成天才的决定因素应该是勤奋。郭沫若工作中，你要把每一件小事都和远大的固定的目标结合起来。你只管活你自己的，不必去介意别人的扭曲与是非。爬上最高的境界，你会陡然发现：那里的景色竟然是你司空见惯的。