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1、会计学1热力学第十二章热力学第十二章第一页，共49页。目的(md):动力装置煤、油、天然气的燃烧(rnsho)应用：化学反应(huxu fnyng)的过程 chemical reaction水处理化工过程 热力学基本定律用于化学过程，研究这些过程能量的转换、平衡、方向性、化学平衡第1页/共49页第二页，共49页。1、质量守恒 Mass balance4222()22gCHOCOH OaAbBcCdDa, b, c , d 化学计量(jling)系数无化学反应：物质的种类(zhngli)和数量不变反应物Reactants生成物Products有化学反应：物质的种类和数量变化 原子数守恒一般式第2
2、页/共49页第三页，共49页。2、独立(dl)变量数 力不平衡(pnghng)势热不平衡势化学势 Chemical potential无化学反应：简单可压缩系统，2有化学反应：独立变量数2第3页/共49页第四页，共49页。3、基本(jbn)热力过程T + vT + pp + sv + s无化学反应：Tvps有化学反应(huxu fnyng)测固、液燃料的发热量测气体燃料的发热量燃气轮机燃烧室绝热容器第4页/共49页第五页，共49页。一、化学反应(huxu fnyng)系统的热一律表达式QUW 本章只考虑(kol)容积变化功，忽略动、位能变化1、闭口系QdUWpRQUUWaAbBcCdD容积变化
3、功生成物反应物Chemically reacting systems第5页/共49页第六页，共49页。1、闭口(b ku)系vvpRQUUpppRQHHpRQUUWv + 绝热pRUUp + 绝热pRHH第6页/共49页第七页，共49页。outintpRQHHW2、开口(ki ku)系ppoutinpRQHHp + 绝热outinpRHH第7页/共49页第八页，共49页。 当系统经历一个化学反应过程，只作容积变化功，若所得生成物的温度与反应物温度相等，这时1kmol主要反应物或生成物所吸收或放出的热量 反应热效应4222()22gCHOCOH O取1kmol CH4 作为(zuwi)基准定容热
4、效应定压热效应常用规定(gudng)：吸热为正，放热为负第8页/共49页第九页，共49页。定容热效应定压热效应状态(zhungti)量vpRQUUT + v1kmolT + pppRQHH1kmol第9页/共49页第十页，共49页。pvQQ固体(gt)、液体燃料参与(cny)反应的是理想气体pvQQHUUp VU pR()()pvmmmmQQUnpVUnpVnR TnnR T 一般燃烧反应(fnyng)分子数变化不大pvQQ第10页/共49页第十一页，共49页。例221COOCO21.5Rn 1pn 282761kJ/kmolCOpQ 300K下281513kJ/kmolCOvQ 0.4%pv
5、pQQQ第11页/共49页第十二页，共49页。pvQQ一般固体、液体、理想气体同时参与(cny)反应22COCO只计气体反应前后固、液0Vn一般燃烧工程， 用的最多pQ第12页/共49页第十三页，共49页。不同(b tn)的T, p下，热效应不同(b tn)，为比较标准态：25oC(298.15K), 1 atm (101.325kPa)标准定压热效应 或 0pQ0H查手册(shuc) Standard reference state第13页/共49页第十四页，共49页。反应热：系统与外界交换的热量(rling)，过程量热效应：容积(rngj)变化功T 1 kmol状态(zhungti)量赫斯
6、定律Hess Law第14页/共49页第十五页，共49页。 当反应前后物质的种类给定时，化学反应的热效应，与中间过程无关，只与过程初始和终了(zhnglio)状态有关。CDABEQp1Qp2Qp3Qp4Qp5p1p2p3p4p5QQQQQ 某些测不出（或不易(b y)测）的热效应可由易测的热效应代替。第15页/共49页第十六页，共49页。0212pCOCOQ测不准(b zhn)C2COCO0pQopQopQ022p12COOCOQ000pppQQQ000pppQQQ022pCOCOQ同时产生02393522kJ/kmolCOpQ 02282993kJ/kmolCOpQ 0110529kJ/km
7、olCOpQ 标准(biozhn)态第16页/共49页第十七页，共49页。 1kmol燃料完全(wnqun)燃烧时的热效应的绝对值0282993/()pQkJ kmol CO 标准状态CO的标准(biozhn)热值00282993/()fpHQkJ kmol CO 22p12COOCOQ例fH放热为负CompleteHeating value of the fuel第17页/共49页第十八页，共49页。若含H的燃料燃烧(rnsho)，会有H2O产生如果()psvTTp如果()psvTTp高热值生成物是液态水hfH生成物是气态水低热值lfHHigher heating value and Low
8、er heating value 第18页/共49页第十九页，共49页。例22212HOH O标准态02285838/.hfHkJkmol H02241827/.lfHkJkmol H00244011/.hlffHHkJkmol H O 1kmol H2O在25oC时的汽化潜热第19页/共49页第二十页，共49页。aAbBcCdD vmCmDmAmBQcUdUaUbU定容反应定容反应理想气体 vmCmDmAmBMpRQcHdHaHbHRcd Tab T定压反应闭口系统 pmCmDmAmBQcHdHaHbHpmCmDmAmBoutinQcHdHaHbH定压反应开口系统第20页/共49页第二十一页
9、，共49页。 无化学反应，物质数量不变，当状态变化(binhu)，物质间焓的基准点可以不一样，把各物质的焓差相加即可。 有化学反应，有物质生成、消失，物质数量变化 统一基准点Enthalpy of formation at the standard reference state第21页/共49页第二十二页，共49页。化学(huxu)上基准点：25oC（298.15K） 1atm (101.325kPa) 物质(wzh)在( T, p )下的焓000,25,1( ,)( ,)ommffT pfmCatmHT pHT phhhH 标准生成焓第22页/共49页第二十三页，共49页。规定(gudng
10、)： 由有关单质在标准状态下发生化学反应(huxu fnyng)生成1kmol化合物所吸收的热量，称为该化合物的标准生成焓 0,25,1( ,)oT pmfmCatmHT phH 任何单质在25oC，1atm下的焓为零00fh 第23页/共49页第二十四页，共49页。例：CO2的标准(biozhn)生成焓，标准(biozhn)状态下生成 1kmol CO2的热22COCOT0p02220000,p COmmmCOCOQHHH222000,fp COmCOCOhQH标准生成焓热效应标准状态下焓-393522kJ/kmolCO2表12-1第24页/共49页第二十五页，共49页。物质(wzh)在 T
11、 , p 状态的焓 0,25,1( ,)T pmfmatmHT phH 查表12-1查附表7pmCT或第25页/共49页第二十六页，共49页。任一闭口(b ku)系统，等压反应热 ,25,125,1,25,125,10000pmCmDmAmBT pT pmatmmatmCDT pT pmatmmatmABffffCDABQcHdHaHbHcHdHaHbHc hd ha hb h第26页/共49页第二十七页，共49页。任一开口(ki ku)系统，等压反应热 ,25,125,1,25,125,10000()()pmCmDoutmAmBinT pT pmatmmatmCDoutT pT pmatmm
12、atmABinffffCDABinoutQcHdHaHbHcHdHaHbHc hd ha hb h第27页/共49页第二十八页，共49页。闭口系统，等容反应(fnyng)，理想气体 ,25,125,1,25,125,10000vmCmDmAmBmpRT pT pmatmmatmCDT pT pmatmmatmABffffCDABmpRQcHdHaHbHRcd Tab TcHdHaHbHc hd ha hb hRcd Tab T第28页/共49页第二十九页，共49页。例：2212COOCO求1 kmol CO在1atm, 1000oC燃烧(rnsho)时的 热效应生成物和反应物的温度(wnd)均
13、为1000oC2222220100001000252501000251212pmCOmCOmOfCOmCOfCOmCOfOmOQHHHhHhHhH 第29页/共49页第三十页，共49页。2222220100001000252501000251212pmCOmCOmOfCOmCOfCOmCOfOmOQHHHhHhHhH 查表12-120393522/fCOhkJkmol 0110529/fCOhkJkmol 200fOh第30页/共49页第三十一页，共49页。2220100001000252510002512pfCOmCOfCOmCOmOQhHhHH 由式（3-20）查附表3，或查附表72222
14、1000,25100025,0,02100025(100025)1.122 10000.8282544.0148468.2/p COp COp COCOcccMkJkmolCO第31页/共49页第三十二页，共49页。2220100001000252510002512pfCOmCOfCOmCOmOQhHhHH 100025,0,0(100025)30922.7/p COp COCOccMkJkmolCO222100025,0,02(100025)32386.4/p Op OOccMkJkmolO第32页/共49页第三十三页，共49页。2220100025010002510002512393522
15、48468.2110529130922.732386.42281640.7/pfCOmCOfCOmCOmOQhHhHHkJkmolCO 第33页/共49页第三十四页，共49页。表12-1中H2O有两个标准(biozhn)生成焓生成(shn chn)气态水20()241827/fH O ghkJkmol 生成液态水20( )285838/fH O lhkJkmol 第34页/共49页第三十五页，共49页。主要指燃烧(rnsho)过程一、燃料(rnlio)热值的计算上例中，CO在1atm, 1000oC时的热值281640.7/fpHQkJkmol 1kmol燃料完全燃烧时热效应的绝对值若有燃烧产
16、物有水高热值（液态水）低热值（气态水）第35页/共49页第三十六页，共49页。计算(j sun)H2在1atm,25oC时的高热值和低热值22212HOH O0hfH0lfH标准状态第36页/共49页第三十七页，共49页。H2的标准(biozhn)高热值222( )12lHOH O0hfH0285838/hfHkJkmol22222220025,100( )25,112285838/pmH OmHmOatmfH O lmH OatmfHfOQHHHhHhhkJkmol 第37页/共49页第三十八页，共49页。H2的标准(biozhn)低热值222()12gHOH O0lfH0241827/lf
17、HkJkmol22222220025,100()25,112241827/pmH OmHmOatmfH O gmH OatmfHfOQHHHhHhhkJkmol 第38页/共49页第三十九页，共49页。793.7621实际(shj)燃烧，加入空气，有时炼钢用纯氧空气氧气 21 mol%氮气 79 mol% 燃烧(rnsho)过程，氮气虽不参与燃烧(rnsho)，但氮气被加热，总燃烧(rnsho)温度下降，对外放热量变化2213.764.76kmolOkmolNkmolAir第39页/共49页第四十页，共49页。4222()22gCHOCOH O例：甲烷(ji wn)燃烧甲烷才能完全(wnqun
18、)燃烧1kmol 2kmol24.76kmolAir第40页/共49页第四十一页，共49页。42222()2223.76223.76gCHONCOH ON完全(wnqun)燃烧所需氧气对应的空气量 实际燃烧过程，为了氧气与燃料(rnlio)充分混合燃烧，常加入过量空气。24.76kmolAir理论空气量第41页/共49页第四十二页，共49页。实际空气量理论空气量燃烧需要(xyo)，降低燃烧温度1300oC燃气轮机(rnqlnj)中45锅炉中1.21.5Percent excess air第42页/共49页第四十三页，共49页。42222()22223.7622(1)23.76gCHONCOH
19、OON41kmolCH22 kmolO27.52 kmolN21kmolCO22kmolH O22(1)kmolO27.52 kmolN第43页/共49页第四十四页，共49页。定压燃烧(rnsho)，闭口系定压燃烧(rnsho)，开口系025025pRTpfmpTfmRQn hHn hH 025025pRTpoutfmpoutTinfmtRinQnhHnhHW 第44页/共49页第四十五页，共49页。025025pRTvfmMppTfmMRRQn hHR Tn hHR T 定容燃烧，理想气体(l xin q t)，只与温度有关第45页/共49页第四十六页，共49页。aAbBcCdD 在不考虑(
20、kol)动、位能变化，又不对外作功的系统，若燃料绝热完全燃烧，且理论空气量，燃烧产物可达最高温度 理论燃烧温度abcdTR1TR2TpTp燃料空气10ppRQHH第46页/共49页第四十七页，共49页。aAbBcCdD0ppRQHH如何(rh)求理论燃烧温度Tp试凑法120029829800298298ppRRTTfmfmCDTTfmfmABc hHd hHa hHb hH pRHH第47页/共49页第四十八页，共49页。假定 左边=pTTpTT假定 左边= pTTTT120029829800298298ppRRTTfmfmCDTTfmfmABc hHd hHa hHb hH 已知第48页/共49页第四十九页，共49页。