相变潜热的计算讲解课件.pptx

相变潜热intent heat of phase change 一、相变潜热机理1.相的定义相：系统中具有完全相同的物理性质和化学组成的均匀部分。相变化过程：物质从一个相转移到另一个相的过程。 实质：新相的生成和旧相的消失。2.相的分类（1）只要是气体，无论一种或几种混合在一起， 都是一相；（2）液体根据其互溶程度，通常为一相、两相、三相共存；（3）固体无论分散得多细，一般有几种固体就有几种相。3.相变潜热的定义相变潜热：是指单位质量或者单位物质的量的物质在等温等压的情况下，从一个相转变为另一个相吸收或者放出的热量。常见的：固-液 转变 → 熔解热液-气 转变 → 汽化热固-气 转变 → 升华热许多固体在不同的温度和压强下具有不同的结晶形式，即可以从一种固相转变为另一种固相，这种过程称为同素异晶转变。同素异晶转变过程中也要产生相变潜热。4.不同物质的相变潜热（1）对于纯物质，一般认为相变是在单一温度下进行的（即所谓的理想相变），其相变值可视为一个常数；（2）对于复合相变介质，其相变是在一个小的温度范围内进行的，在这种相变过程中的相变潜热不再是一个常熟，与温度t有关。5.相变潜热的大小 液相分子比在固相分子中有大得多的自由动能，具有较高的能量，气相中分子也具有较高的自由度，分子间完全自由，相互引力几乎为0。同等情况下，对应的潜热大小： 固-气 ＞ 液-气 ＞ 固-液二、相变潜热的计算液体气化 → 蒸发热固体溶化 → 熔解热液体凝固 → 凝固热固体晶型转变 → 相变热相变潜热相变 相变材料按照其相变类型分类，总共可以分成四类： （1）固-气相变材料 （2）液-气相变材料 （3）固-固相变材料 （4）固-液相变材料热力学公式查手册特鲁顿公式陈氏方程Riedel方程克劳修斯方程沃森公式气-液 固-液固-气固-固经验公式变时间步长法有限差分-有限单元法焓法显热容法DSC法DTA法相变潜热的实质：相变过程中末态与初态的焓差△H，即相变焓。同时，一般来说，压力对于固体、液体的焓的影响都很小，所以在压力变化不大的情况下，可以忽略压力对于固体、液体的焓的影响。方法①：根据热力学公式 为相变焓， 为相变温度， 为相变熵。方法②：查手册 许多纯物质在正常沸点（或熔点）下的相变潜热数据可在手册中查到。 若查到的数据，其条件不符合要求，可设计一定计算途径来计算。 △h1例如：（已知）A（液）1molT1,P1A（汽）1molT1，P1 △h3 △h4A（液）1molT2,P2 △h2（？）A（汽）1molT2，P2 △h2 ＝ △ h1 － △ h3－ △ h4方法③： 特鲁顿法则（沸点法） △hv＝b Tb (kJ/mol) b为常数，对非极性液体，b＝0.088; 水﹑低分子量醇，b＝0.109。 Tb 为液体的正常沸点，K； △hv 汽化潜热，kJ/mol。注意：此法用于计算标准汽化热即正常沸点下的相变 潜热；计算误差比较大，在30%之内。方法④：陈氏方程Tb为液体的正常沸点，KTc 为临界温度，KPc 为临界压力，atm 注意:此方程适用于烃类及弱极性化合物，误差一般小于4%。不适用醇酸等具有缔结性的化合物。方法⑤Riedel方程Tb正常沸点，K ;正常沸点下的汽化潜热，J/mol;△hvpc临界压力，Mpa;Trb正常沸点下的对比温度(Trb=Tb/Tc)注意：此公式计算正常沸点下的汽化焓，误差一般都在 5%之内。方法⑥克劳修斯-克拉贝隆方程式中p*蒸汽压，其单位要视式中常数B的数值而定，此方程△h看作常数 若在蒸汽压数据覆盖的范围内， △h可看作为常数时，则可将实验测得的几个温度下相应的饱和蒸汽压数据，作lnp-1/T图，由直线斜率（ －△hv/R)求出此温度范围内的平均摩尔汽化热。在很多情况下，汽化热随温度改变，需用克拉贝隆方程：中低压时，Vg ﹥﹥Vl，由理想气体状态方程代入下式得：式中，Vg 、Vl分别为气体和液体在温度T时的摩尔容积。温度T时的汽化热可用lnp-T图由蒸汽压数据来计算，即曲线上某温度处的切线斜率，就是该温度的（dlnp/dT），由上式求出△hv。方法⑦：沃森公式式中：Tr1、Tr2分别是T1、T2下的对比温度注意：此公式在临界温度10K以外平均误差为1.8%方法⑧：标准熔化热的经验估算△hm（J/mol) ≈9.2Tm(用于金属元素) ≈25Tm(用于无机化合物) ≈50Tm(用于有机化合物)式中 Tm 为正常熔点,K。固-液相变过程：方法⑨：变时间步长法步长就是将需要测量的数值均匀分成若干个区间，每个区间的长度就叫步长。时间步长法应该是以时间轴为主自变量，确定步长后定点测值，简单来说就是每隔一段时间取一个值记录下来，方便统计、观察数据。方法⑩：有限差分-有限单元法