化工热力学11化工物性数据估算
《化工热力学》课程教学大纲.
《化工热力学》课程教学大纲课程代码：040310课程名称：化工热力学/Chemical Engineering Thermodynamics学时/学分：48/3先修课程：物理化学适用专业：化学工程与工艺本科开课院系：化学化工学院化学工程与工艺系教材：陈钟秀，顾飞燕，胡望明编. 化工热力学. 北京：化学工业出版社．2004主要参考书：1．金克新，赵传钧，马沛生．化工热力学. 天津：天津大学出版社．20032．陈新志，蔡振云，胡望明．化工热力学. 北京：化学工业出版社．20013 ．Smith J M and Van Ness H C. Introduction to ChemicalEngineering ．Thermodynamics. 4th ed. McGraw-Hill. New York．1996一、课程的性质和任务化工热力学是化学工程学科的一个重要分支，也是化学工程与工艺专业必修的专业基础课程。
化工热力学是将热力学原理应用于化学工程技术领域，其主要任务是以热力学第一、第二定律为基础，研究化工过程中各种能量的相互转化及其有效利用，研究各种物理和化学变化过程达到平衡的理论极限、条件和状态。
本课程将热力学的理论应用于化工生产中的真实流体和混合体系，解决化工过程中的热力学问题，培养学生从热力学的基本定律和定义出发，利用有限的资料解决工程问题的能力。
它是化工过程研究、开发与设计的理论基础。
要求通过本课程的学习，要求掌握常用的几种气体状态方程，掌握流体热力学性质的计算方法，熟悉化工过程的热力学分析方法及其在化工节能领域的应用，掌握汽液平衡的计算方法，熟悉化学反应平衡的计算，了解物性数据估算等关键内容。
二、课程的内容和基本要求绪言要求：了解课程性质、任务、要求、学习注意点。
第一章真实流体的PVT关系流体的PVT关系是化工工艺设计计算和研究热力学问题的基础，重点讲解加压下真实气体及其混合物的PVT关系的计算方法。
化工物性数据的测定、应用及其估算方法(精)
• 1.5物性数据查找
• 化学科研过程中,需要知道大量的数据,包括元素的 性质,化合物的溶沸点等物理数据,如何有效的获得 呢?
• ⑪最经常的也是最基本的是知道元素的性质,那么 就需要查元素周期表:
• ① (/)从中可获得原 子量,CAS,电性质,物理性质,结晶学,核特性及其一 些常见的化合物,但速度较慢。 • ② (/yszqb.htm)一个简便的 元素周期表,可获得原子外层电子排布,溶沸点。
• (3)运算功能 数据库中的许多物性都以公式形式 存入，代入适当条件后可算出 • 相应的值。有些方程手算困难，而在数据库中可 容易地得出。按化工计算的要求，数据库中一般 存有化工计算所需的专项计算程序，如有插值法、 最小二乘法、非线性回归等，当使用者输入自带 的原始数据后，也能给出满意的结果。 • 化工数据库可有多种分类方法，如按物性分类可 分为专项型和综合型多按化合物品种可分为专业 库和大型库，按功能可分为咨询型和联机型等。
• (3)某些物性(如气体热容、熵)可用光谱数据严格 算得，由于光谱数据也是可 • 靠的实验结果，因此这些数据也被认为是实验值， 是上述物性数据的主要来源。
• (4)数据的可靠性不但取决于实验方法，还取决于 实验的有关条件，如试剂的纯度，恒温、恒压条 件，温度、压力的测量等。 • (5)化合物的物性缺乏实验测定的情况很多，一是 缺少测定，二是有些物性无法 • 测定，如某些加热分解或聚合的物质缺少沸点等 数据。
• ⑻(/) 纳米科技基 础数据库，其中包括：中国纳米专利公开 库，中国纳米专利授权库，国外纳米专利 数据库，纳米成果数据库，纳米产品厂家 数据库，纳米课题数据库，纳米研究单位 数据库，纳米专家数据库，纳米研究仪器 设备数据库，纳米测试技术数据库，纳米 产品数据库，纳米器件数据库，中外纳米 标准数据库，纳米材料性能数据库，纳米 文献摘要数据库，纳米器件数据库。
化工热力学第三版第1章绪论与第2章流体的pVT关系
2.4.3 混合物的状态方程
（3）Martin-Hou方程 温度函数混合规则的通式为
若L代表方程常数b，则n＝１
2.4.3 混合物的状态方程
2.4.4 状态方程混合规则的发展
（1）单流体混合规则的改进
2.4.4 状态方程混合规则的发展
1.3.1 体系与环境
1. 孤立体系：体系与环境之间既无物质的交换又无能量 的交换
2. 封闭体系：体系与环境之间只有能量的交换而无物质 的交换
3. 敞开体系：体系与环境之间可以有能量与物质的交换。
1.3.2 平衡状态与状态函数
状态是指体系在某一瞬间所呈现的宏观物理状况。热 力学中，一般说体系处于某个状态， 即指平衡状态。
2.1 纯物质的p-V-T关系
2.1 纯物质的p-V-T关系
2.1 纯物质的p-V-T关系
等温线在两相区中的水平线段随着温度升高而缩短，最 后在临界温度时缩成一点犆。从图2-3上看出，临界等温 线在临界点上的斜率和曲率都等于零。数学上表示为
2.1 纯物质的p-V-T关系
2.2 气体的状态方程
对比态原理认为，在相同的对比状态下，所有的物质表 现出相同的性质。 令 将这些关系代入van der Waalls方程，得
这种关系在数学上可表示为
因为
2.3.2 以偏心因子为第三参数 的对比态原理
物质的对比蒸气压的对数与绝对温度有近似线性关系， 即
对比蒸气压方程可以表示为
2.3.2 以偏心因子为第三参数 的对比态原理
2.2.1 理想气体方程
理想气体方程是最简单的状态方程，即
2.2.2 立方型状态方程
所谓立方型状态方程是因为方程可展开为体积 （ 或密 度）的三次多项式。Vander Waals方程 （1873年）是第 一个适用真实气体的立方型方程，是对理想气体方程 （2-4）的校正。
化工热力学公式范文
化工热力学公式范文化工热力学是研究化学反应与热力学的相互关系的一门学科。
热力学是一个描述物质能量转化和传递的科学，它包括理论基础、实验方法和应用。
在化工过程中，热力学公式被广泛应用于计算与预测反应的热力学性质，以及热力学参数对反应均衡和传递的影响。
下面是一些常用的化工热力学公式。
1.焓变公式（ΔH）：ΔH = ΣH(products) - ΣH(reactants)ΔH表示反应的焓变，H代表反应体系的焓（能量），反应前后体系的焓变化量即为反应热，可以判断反应是吸热反应还是放热反应。
2. 阿伦尼乌斯公式（Arrhenius equation）：k = A × exp(-Ea/RT)k表示反应速率常数，A为频率因子，Ea为活化能，R为理想气体常数，T为反应温度。
该公式描述了化学反应速率与温度的关系，温度越高，反应速率越快。
3. 盖因斯-亨德森公式（Gibbs-Helmholtz equation）：ΔG=ΔH-TΔSΔG为自由能变化，ΔH为焓变，T为绝对温度，ΔS为熵变。
该公式描述了自由能与焓、熵之间的关系，通过计算ΔG值可以判断反应是否可逆、自发发生。
4. 凯库勒公式（Clausius-Clapeyron equation）：ln(P2/P1) = ΔHvap/R × (1/T1 - 1/T2)P1、P2为两个不同温度下的饱和蒸汽压，ΔHvap为蒸发热，R为理想气体常数，T1、T2为对应温度。
该公式描述了物质的蒸汽压与温度之间的关系，可以用于计算物质的汽化热。
5.放热反应的焓变公式：q=m×C×ΔTq为反应所释放的热量（焓变），m为物质的质量，C为物质的比热容，ΔT为温度变化。
该公式用于计算放热反应的热量释放。
6.反应平衡常数的计算：Kc=[C]^c×[D]^d/[A]^a×[B]^bKc表示反应平衡常数，[C]^c、[D]^d分别代表反应产物C、D的浓度或压力的指数，[A]^a、[B]^b分别代表反应物A、B的浓度或压力的指数。
热力学物性估算方法
每项物性有各自的多种估算方法； 同一类型的估算方法又用于不同的物性项； 目前，实用的估算方法主要是对应状态法和基团 贡献法； 此外还有参考物质法和物性间的相互估算法。
8.1 热力学性质估算思路
8.1.1 性质估算应满足的条件
(1) 能够提供纯物质及其混合物在必要条件范围内可靠的热 力学性质数据，误差较小(<5%)； (2) 估算数据仅需要少量的输入数据，所依据的物性必须是 精确而容易得到的； (3) 计算过程不宜太复杂，易学易用(已适当放宽)； (4) 估算方法尽可能对一类物质具有通用性，对不同物质的 分类不宜太多； (5) 标注明确估算数据可能的误差； (6) 在拟合估算公式中的参数时，应选择尽可能多且比较精 确的实验数据，对出现的较大偏差应多从估算公式中解决。 虽然目前尚无完全满足上述条件的估算方法，但并不影响 物性估算方法的应用价值。
Tm 178.17 Tb 409.34 pc 36.09 Vc 374
2 1
pc 0.113 0.0032 18 0.0051
618 .86( K ) Tc 617 .20
2
36.51(0.1MPa)
Vc 17.5 ni Vc ,i 17.5 358 375 .5(cm3 .mol1 )
8.1.2 物性估算基本思路
(1) 对应态原理
自范德华提出对应状态原理以来，这种方法已广泛用于状 态方程、物性估算等领域。对应态原理认为，对比压力、对比 温度都相同的任何两物质都有相同的体积 。现在该法已在较多 物性关联公式中应用，特别在对气体物性数据，如粘度、导热 系数、扩散系数等的估算和关联。
Tm 122 ni Tm,i 122 83.84 205 .84( K ) Tb 198 .2 ni Tb,i 198 .2 211 .12 409 .32( K )
化工热力学（第三版）课后答案完整版_朱自强
化工热力学（第三版）课后答案完整版_朱自强第二章流体的压力、体积、浓度关系：状态方程式2-1 试分别用下述方法求出400℃、4.053MPa 下甲烷气体的摩尔体积。
（1）理想气体方程；（2）RK 方程；（3）PR 方程；（4）维里截断式（2-7）。
其中B 用Pitzer 的普遍化关联法计算。
[解] （1）根据理想气体状态方程，可求出甲烷气体在理想情况下的摩尔体积idV 为33168.314(400273.15)1.381104.05310id RT V m mol p --?+=== （2）用RK 方程求摩尔体积将RK 方程稍加变形，可写为0.5()()RT a V b V b p T pV V b -=+-+ （E1）其中2 2.50.427480.08664c c c cR T a p RT b p ==从附表1查得甲烷的临界温度和压力分别为c T =190.6K, c p =4.60MPa ，将它们代入a, b 表达式得2 2.56-20.560.427488.314190.6 3.2217m Pa mol K 4.6010a ??== 53160.086648.314190.6 2.9846104.6010b m mol --??== 以理想气体状态方程求得的idV 为初值，代入式（E1）中迭代求解，第一次迭代得到1V 值为5168.314673.152.9846104.05310V -?=+?? 350.563353.2217(1.38110 2.984610)673.15 4.05310 1.38110(1.38110 2.984610)-----??-?-+? 3553311.381102.984610 2.1246101.389610m mol -----=?+?-?=?? 第二次迭代得2V 为353520.563353553313.2217(1.389610 2.984610)1.381102.984610673.154.05310 1.389610(1.389610 2.984610)1.381102.984610 2.1120101.389710V m mol ------------??-?=?+?-+?=?+?-?=??1V 和2V 已经相差很小，可终止迭代。
第5章_热力学物性估算方法要点
5.2.2 CG两水平基团贡献法
Constantinou和Gani 在1994年以UNIFAC基团贡献法为基础 提出了物性估算的两水平基团贡献(CG)法。他们将有机分子的结 构单元分为一级和二级两个水平的基团，物性可按两个水平来估 算。一级水平只用一级基团值，二级水平则需增加二级基团的贡 献。 估算公式如下：
《高等化工热力学》第5章
物性估算基本思路
(3) 结构和键型
所有宏观性质都与分子结构和原子间键型有关，正是它们 决定了分子间力的数量级和类型。原子、原子团和键型等是构 成分子的结构单元，通过这些分子结构单元的贡献加和，可以 求算出待估算物性。有时计算的贡献加和并不是性质本身，而 是按照简化的理论或经验规则算得的性质关联式。
《高等化工热力学》第5章
第5章 热力学性质估算方法
Methods of Estimating Thermodynamic Properties
热力学数据即物性数据，是化工数据的重要组成部分。化 工数据包括热力学数据、传递性质数据、反应速度数据、与安 全有关数据以及微观性质数据等。热力学数据是化工产品、化 工过程和化工设备的设计和操作中必不可少的数据。 由于物质种类非常多，仅“美国毒品控制法规”就列出 60000个条目，且每年都在增加；且有些物质的物性也很难通过 普通实验测得，如临界温度之前就已分解的物质的临界参数测 定。因此实验室不可能将所有物质的所有物性都能实测出来， 用热力学方法进行估算是必要的。 在过程模拟计算中耗时最多的就是物性计算，其准确与否 往往是模拟计算成败的关键因素或者先决条件。
Tm 122 ni Tm,i 122 83.84 205 .84( K ) Tb 198 .2 ni Tb,i 198 .2 211 .12 409 .32( K )
化工计算 第二章化工基础数据 第二节常用热力学物性数据
⑴蒸发热（或冷凝热）：当温度和压力不变，1mol液体蒸发时所需的热量 （或气体冷凝时放出的热量），H用V 表示。 ⑵熔融热（或凝固热）：当温度和压力不变，1mol固体熔融所需的热量（或 液体凝固时放出的热量），用Hm 表示。 ⑶升华热（或凝华热）：当温度和压力不变，1mol固体升华时所需的热量 （或气体凝华时放出的热量），H用s 表示。
解：（1）用（2-16）式计算，C1 取88，则
HV C1Tb 88 307.6 27068.8J mol 1
（2）用（2-17）式计算，由 TC 466 .7K 、pc 3.637 106 Pa 、Tb 307 .6K
Tbr
Tb Tc
307.6 466.7
0.66
H v
1.093RTcTbt
H U pV
式中 H——体系的焓，J；
U——体系的内能，J；
p——体系的压力，Pa；
V——体系的体积，m3
2.计算
H 2
H1
n
T2 T1
C
p,m
dT
高职高专“十一五”规划教材《化工计算》 军
k
k
k
k
Cp,m nkak nkbkT nkckT 2 nkdkT 3
k 1
k 1
k 1
k 1
式中各参数查取见教材
适合：理想气体
3.举例：略（见教材）
高职高专“十一五”规划教材《化工计算》 军
第二节 常用热力学物性数据
二、相变热
1.定义
任何物质都有三种相态，气相、液相和固相，在化工生产过程中，因为反 应条件的变化和化学反应的影响，常有物质会从一种相态变到另一种相态，出 现蒸发、冷凝、结晶、升华等相变过程，在相变发生的过程中伴随着热量的产 生，称为相变热。
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11.1.3 熔点与凝固点的估算
（1）Joback法 （2）CG法
化工热力学
11.1.4 偏心因子的估算
偏心因子ω的定义在第二章中已作介绍 （1）EdmisterＥ法
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11.1.4 偏心因子的估算
（2）Lee Kesler法 （3）从临界压缩因子Zｃ求ω
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11.2 流体蒸气压的估算
化工热力学
11.3.3 蒸发热（焓）的估算
蒸发热由两部分构成，即 （1）由Clausius-Clapeyron方程和实验蒸气压数据计算
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11.3.3 蒸发热（焓）的估算
（2）Watson （3）由蒸气压方程计算
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11.3.3 蒸发热（焓）的估算
化工热力学
11.3.3 蒸发热（焓）的估算
化工热力学
11.2 流体蒸气压的估算
（5）Gomez Thodos方程
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11.2 流体蒸气压的估算
对非氢键型极性化合物（包括ＮＨ３和ＣＨ３ＣＯＯＨ） 对氢键型化合物（水和醇） 对这两类极性化合物，β由式（11-29a）求得。
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11.2 流体蒸气压的估算
（6）Riedel方程 写成对应态方程得 其中
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11.4 数据的评估
① 选用经典的实验方法获得的数据。 ② 采用近期的实验（或评选）数据。 ③ 宜采用经过评估的数据；善于使用数据手册或综述性 数据文献；优先使用高知名度的 测定者或实验室的数据。 ④ 注意实验测定、分析方法的可靠性及精度，实验数据 的重复性及作者公布的测定误差。 ⑤ 注意了解实验测定目的，一般不宜采用为其他目的而 附带测定的数据。
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*11 化工物性 数据估算
化工热力学
*11 化工物性数据估算
11.1基本物性常数估算 11.2流体蒸气压的估算 11.3热化学性质估算 11.4数据的评估
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11.1 基本物性常数估算
1 临界参数的估算 2 正常沸点的估算 3 熔点与凝固点的估算 4 偏心因子的估算
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11.1.1 临界参数的估算
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
11.2 流体蒸气压的估算
化工热力学
11.2 流体蒸气压的估算
（7）Riedel-Plank-Miller方程 写成对应态方程得 其中
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11.3 热化学性质估算
1 气体热容的估算 2 液体热容的估算 3 蒸发热（焓）的估算
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11.3.1 气体热容的估算
热容数据常用的是定压热容Cp与定容热容Cv。由于难以 做到定容，因此定容热容比较难以实测，并且在实用中 总是用到定压热容，因而本节只介绍Cp的求算。知道Cp 后，根据下列热力学的关系式即可换算成Cv。
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11.3.1 气体热容的估算
（1）理想气体的热容
①
关联式
② 基团贡献法
化工热力学
11.3.1 气体热容的估算
化工热力学
11.3.1 气体热容的估算
（2）真实气体热容 在同一温度和组成下，实际气体的热容与理想气体的热 容有如下关系
据Lee Kesler法
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11.3.1 气体热容的估算
详见P293-294
化工热力学
11.3.2 液体热容的估算
三种热容之间的关系可用下式来表示
以下两近似式，可用于
间的换算。
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11.3.2 液体热容的估算
（1）Chueh-Swanson基团贡献法
化工热力学
11.3.2 液体热容的估算
续上表
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11.3.2 液体热容的估算
（2）Rowlinson-Bondi对应状态法
（4）对应状态法计算
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11.3.3 蒸发热（焓）的估算
化工热力学
11.3.3 蒸发热（焓）的估算
（5）正常沸点下的蒸发热计算 ①Giacalone方程。 ②Riedel法。
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11.3.3 蒸发热（焓）的估算
③Chen法。 ④ Vetere法。
化工热力学
11.3.3 蒸发热（焓）的估算
化工热力学
Thank you
化工热力学
（1）Clausius-Claperyron方程 或
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11.2 流体蒸气压的估算
（2）Clapetron方程
化工热力学
11.2 流体蒸气压的估算
（3）三参数关联式 三参数关联式中比较成功的是Pitzer展开式，其表达式 为
化工热力学
11.2 流体蒸气压的估算
（4）Antoine方程 Antoine对式（11-22）提出简单的改进
（1）Lydersen法
（2）Ambrose法
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11.1.1 临界参数的估算
（3）Joback法
化工热力学
11.1.1 临界参数的估算
化工热力学
11.1.1 临界参数的估算
续上表
化工热力学
11.1.1 临界参数的估算
化工热力学
11.1.1 临界参数的估算
续上表
化工热力学
11.1.1 临界参数的估算
续上表
化工热力学
11.1.1 临界参数的估算
（4）MXXC法 （5）CG法
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11.1.1 临界参数的估算
化工热力学
11.1.2 正常沸点的估算
（1）相对分子质量法 （2）Waston法 （3）有机物估算法
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11.1.2 正常沸点的估算
化工热力学
11.1.2 正常沸点的估算
（4）Joback法 （5）CG法