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1、422009年第1期(总第105期)化工热力学中从生活中来到*生产中去的实例冯新,陆小华,吉远辉,钱红亮(南京工业大学材料化学工程国家重点实验室,江苏南京210009)[摘要]生动的实例是改变化工热力学枯燥、抽象局面的良药。本文列举了多个从生活中来到生产中去与热力学原理密切相关的实例,以期激发学生的兴趣,使他们体会到化工热力学的魅力。[关键词]化工热力学;实例;pVT性质;偏摩尔性质;节能减排PracticalExamplesofChemicalEngineeringThermodynamicsFeng
2、Xin,LuXiaohua,JiYuanhui,QianHongliangAbstract:Chemicalengineeringthermodynamicsisacoursethatstudentsgenerallyfeelabstract,uninterestinganddifficulttostudy.However,vividexampleswillexcitethem.Inthispaper,manyexamples,closelyrelatedtothethermodynamicprincip
3、lesfromlifetoproduction,areenumeratedinstimulatingstudents!interestsandhelpthemtorealizethecharismaofchemicalengineeringthermodynamics.Keywords:Chemicalengineeringthermodynamics;Practicalexamples;pVTproperty;Partialmolarproperty;Energysavinganddischargered
4、uction众所周知,化工热力学是化学工程的精髓。更多的人能共享他的智慧和成果。然而,该课程是枯燥的、难学的,抽象的概念和多一、流体的pVT性质[12]而繁琐的公式往往令众多学子望而生畏。临界温度Tc是过程安全最重要、最普遍的[2]理解是走向真知必不可少的阶段。作者认基本概念之一。因此,作者在设计pVT例题时,为,生动的实例是改变该局面的良药。考虑到学始终围绕着这个知识点。生对生产没有感性认识,课程教学应尽可能用从∀例1#pVT行为与液化气成分选择的关系生活中来到生产中去的实例,并精心设计。编制
5、液化气是理想的气体燃料。对家庭用液化气鲜活实例是不易的,这也是一线教师最大的苦恼。的要求是加压后变成液体储于高压钢瓶里,打开本文愿意与大家共享作者编写、收集的多个例子,减压阀后即汽化,以便燃烧。现有如表1所示的也许它们还不够成熟和准确,但以期能起到抛砖6种物质作为液化气成分的候选气体。引玉的作用,希望更多的教师加入这个队伍,以便(1)请根据对液化气储存和使用的要求来选[作者简介]冯新(1961),女,教授、博导、博士。*本文由2007江苏高等教育教改立项课题重点项目资助(编号442)。化工热力
6、学中从生活中来到生产中去的实例43择液化气成分。∀例2#pVT行为与汽车新燃料压缩天然气间(2)请解释以下现象:到冬天,有时钢瓶内还的关系有较多液体却不能被点燃。随着汽油不断涨价,既经济又环保的天然气表1各种气体的T[3]c、pc以及正常沸点Tb已成为汽车发动机的新燃料,越来越多的公交车物质Tc,∃pc,atmTb,∃燃烧值,kJ/g和出租车改烧天然气(主要成分为甲烷)。为了使甲烷-82.5545.36-161.4555.6单位气量能行驶更长的里程,天然气加气站需要将管道输送来的0.2MPa、10∃的天然
7、气压缩灌乙烷32.1848.08-88.6552.0装到储气罐中,制成压缩天然气,其压力为丙烷96.5941.98-42.1550.520MPa,由于压缩机冷却效果在夏天要差,所以气正丁烷151.937.43-0.549.6体的温度在冬天为15∃,夏天为45∃。已知储气正戊烷196.4633.3236.0549.1罐体积为70L,每kg甲烷可行驶17公里,问:正己烷234.429.8068.7548.4(1)如果将20MPa,15∃压缩天然气当做理想气体,则与RK状态方程相比,它计算出来的一解:(1)根
8、据液化气候选成分Tc、pc的范围画罐压缩天然气的行驶里程多了还是少了,相差多成pT示意图,见图1。少公里?(按冬天算)。试问:此时的压缩天然气能否当做理想气体?(2)如果将管道输送来的0.2MPa、10∃的天然气不经压缩直接装入储气罐中,一罐天然气能行驶多少公里?(3)为了行驶更长的里程,在其他条件均不变的情况下,是否可以通过再提高压力使压缩天然气变成液化天然气来实现?你有什么好的建议?(4)据出租车司机说同
