电厂化学导论
第一讲 水质纵横
1、根据不同用水者对水质的要求差异,说明水质好坏是相对的。
电力行业锅炉用水,以锅炉给水为例,要求悬浮物≤5mg/L,溶氧量≤0.1 mg/L,且随额定蒸汽压力升高,要求更加严格。
农田灌溉用水,要求水作悬浮物≤150mg/L,旱作≤200mg/L;溶氧量水作≤280mg/L,旱作≤450mg/L。
同样对水质有一定要求,锅炉用水和灌溉用水有很大区别,锅炉用水要求更高。合格的农业灌溉用水也不一定达得到锅炉用水标准。由此可见,对水的使用不同,对水质的判断标准也不同。
2、举例说明水质对社会、经济可持续发展的重要影响
水在人类生活生产中起到绝对重要的作用,工业农业生产都需要水。不同领域也都对水质有不同要求,同时水质对生产有极大影响。农业灌溉水的水质会影响作物产量,工业用水水质会影响效率甚至生产安全,生活用水水质极大影响人的健康。优质水有利于生产效率的提高,人的健康发展,水质在社会各方面都起到重要作用。
第二讲 火电厂用水及其处理
1、你了解生产饮用水(自来水)或矿泉水的工艺处理系统吗?
自来水。首先要选好合适的水源水和取水口,输送至一级泵房(取水泵房)并在一级泵房前加高锰酸钾以杀灭藻类、植物和贝类动物。再通过一级泵房加压,将水送至厂内处理系统中。在进入净水构筑物之前,通常经过混合(在水源水中加入适量的硫酸铝,俗称矾)反应、沉淀、过滤、消毒等处理工艺,每一工艺配以相应的构筑物(如沉淀池、滤池、清水池等),滤后消毒一般是加氯,投加了消毒剂的水经清水池、并在池内反应一小时左右就成为合格的饮用水,再经过二级泵房(输水泵房)加压输送到城市管网中,供生活饮用和生产使用。(资料来自谷腾环保网)
矿泉水。工艺流程:源水--源水泵---多介质过滤器--活性碳过滤器--保安过滤器--高压泵--反渗透装置--用水点。
系统主要分为:预处理、反渗透(RO)两部分。以反渗透装置为核心设备,其它设备是为其配套服务的。其中,预处理部分:源水泵、机械过滤器、活性碳吸附器、精密过滤器等设备;反渗透装置:反渗透是该系统的心脏部分,设计成熟合理与否不仅直接决定RO系统能否达到设计要求,而且关系到RO膜的使用寿命,经RO装置处理的水,能除绝大部分无机盐类和几乎全部有机物,微生物。RO装置在水质分离过程中没有相变,脱盐率高,设备体积小,自控运行,适用性强,应用范围广,无环境地污染等优点,本系统采用二级反渗透除盐系统,去除水中绝大部分离子、微粒、有机物等,使其水质达到纯化水标准。(资料来自大河人家(北京)水处理设备有限公司官方网站)
第三讲 腐蚀与社会
1、简述电化学腐蚀的特点
电化学腐蚀:不纯的金属跟电解质溶液接触发生的原电池反应,比较活泼的金属失去电子而被氧化。
电化学腐蚀具有普遍性。以电解质为介质(比如各种水或含水介质及熔融盐)。发生电化学反应,金属与氧化剂通过腐蚀电池进行氧化还原反应,电化学腐蚀中都含有一个阴极反应和一个阳极反应。
2、简述腐蚀电池的工作原理
腐蚀电池的腐蚀体系包括,含有杂质铁的锌、稀硫酸。锌、铁、稀硫酸形成原电池,阴极锌溶解,阳极铁析氢。电子通过金属基体从阳极流向阴极,电子定向移动过程形成外电路电流。
3、常见的局部腐蚀有哪些类型
电偶腐蚀、点蚀、缝隙腐蚀、晶间腐蚀、选择性服饰、磨损腐蚀、应力腐蚀、氢损伤等
4、腐蚀给人类带来的危害
浪费宝贵资源,因腐蚀而报废的钢铁相当于年产量的30%,约有1/3无法收回。 妨碍技术发展,重要金属资源正在被加速消耗,可用年数不及技术年数。 导致安全事故,金属腐蚀使建筑、交通、工业方面出现极大安全隐患。 巨大经济损失,保守估计由腐蚀造成的经济损失占GDP6.2%.
第四讲 发电机组热力设备的腐蚀、防护及其效益
1、发电热力设备在运行过程中可能发生什么问题与化学有关,怎样克服? 发电热力设备在运行过程,可能出现的问题有:受热面结垢、水侧汽侧及烟气侧腐蚀、汽轮机积盐。
结垢,可通过化学清洗解决,从源头提高水质要求可以防止严重结垢情况。 腐蚀,防腐处理。
积盐,提高水质要求,加大水处理力度,防腐处理。
第五讲 水处理系统自动控制
1、自动化系统由哪些部分组成?各部主要作用?
自动检测系统,对设备或系统运行参数进行连续测量、指示或记录。 自动信号和联锁保护,对工艺参数超过允许范围的情况发出警告。
自动操纵及自动起停系统,根据预先规定步骤自动对生产进行周期性操作,以减轻重复性体力劳动。
自动控制/调节系统,生产过程中某一设备工艺条件受外界干扰时,自动控制使其回到规定数值范围。
2、简述自动控制系统的组成及分类
测量元件与变送器,测量液位并将液位的高低转化为一种特定的输出信号。 自动控制器,接受信号,计算结果并将结果按特定信号发送出去。
执行器,根据控制器的信号值改变阀门的开启度。
3、什么是DCS
DCS是分布式控制系统的英文缩写(Distributed Control System),在国内自控行业又称之为集散控制系统。
DCS是计算机技术、控制技术和网络技术高度结合的产物。DCS通常采用若干个控制器(过程站)对一个生产过程中的众多控制点进行控制,各控制器间通过网络连接并可进行数据交换。操作采用计算机操作站,通过网络与控制器连接,收集生产数据,传达操作指令。因此,DCS的主要特点归结为一句话就是:分散控制集中管理。
第六讲 污水处理篇
1、污水处理有何重要意义?污水处理的根本目的?
在人类生活生产中水的作用极其重要,水质关系到成产效率、成产安全,水质直接与人类健康安全挂钩。而目前可用的水质合格的水不能达到需求,所以必须通过污水处理解决问题。
污水处理的目的在于保护环境、节约资源等方面。
物理化学学期总结
绪论
1.物理化学的概念:
物理化学是从研究化学现象和物理现象之间的相互联系入手,从而探求化学变化中具有普遍性的基本规律的一门科学。在实验方法上主要采用物理学中的方法。
2.物理化学的研究内容
(1) 化学变化的方向和限度问题。
(2) 化学反应的速率和机理问题。
(3) 物质的性质与其结构之间的关系问题。
第一章 气体
1.理想气体概念:
任何压力机任何温度下都严格服从理想气体状态方程的气体叫做理想气体。
2.分子热运动理论:
物质由大量分子构成,分子不停的做无规则的高速运动,热运动有使分子相互分散的倾向,分子间存在相互作用力:引力和斥力。
3.理想气体混合物:
(1)自然界的气体多数为混合气体。
(2)假设混合气体中,各气体组分均为理想气体。
(3)混合气体服从理想气体状态方程。
4. 道尔顿分压定律:
在气体混合物中,混合气体的总压力等于各气体在相同温度和相同体积下单独存在时的分压力之和。 p??pB
B
5.阿马格分体积定律 :
在气体混合物中,混合气体的总体积等于各气体在相同温度和相同压力下单
RT独存在时的体积之和。 V??nB pB
6. 真实气体对于理想气体的偏差的概念:
由于真实气体仅在压力很低、温度较高条件下才近似符合理想气体状态方程。而真实气体的压力、温度偏离理想气体条件时,就出现对理想气体状态方程的明显偏差。
7. 偏差的原因
真实气体不符合理想气体的微观模型。(a真实气体分子占有一定体积;b分子间存在相互引力)。
8.液体的饱和蒸汽压概念 :
是指在一定条件下,能与液体平衡共存的它的蒸汽的压力,通常也叫做蒸汽压。同一种液体,其蒸汽压决定决定于液体所处的状态,主要取决于液体的温度,温度升高,则蒸汽压增大。
第二章 热力学第一定律
1.热力学的研究对象:
(1)热力学是研究热、功和其他形式能量之间的相互转换及其转换过程中所遵循的规律;主要基础是热力学第一定律和热力学第二定律。
(2)热力学第一定律 研究各种物理变化和化学变化过程中所发生的能量效应;
(3)热力学第二定律研究化学变化的方向和限度。
2. 热力学第一定律基本内容
热可以转变为功,功也可以转变为热;消耗一定的功必产生一定的热,一定的热消失时,也必产生一定的功。
热力学第一定律数学表述:△U=U2-U2=Q+W
3.热力学第一定律的两种文字表述方式:
(1)热力学第一定律就是能量守恒定律在热力学领域内的特殊形式。能量守恒定律就是“能量有各种各样的形式,能量既不能自生,也不能自灭,它只能从一种形式转变到另一种形式,在转变过程中能量总值保持不变”
(2)热力学第一定律的另一种说法:“不供给能量而又连续不断地对外做功的机器,叫第一类永动机,无数事实表明,第一类永动机是不可能制造出来的。
4. 热力学的方法:
(1)研究对象是庞大数量分子的集合体,研究宏观性质,所得结论具有统计意义。
(2)只考虑变化前后的净结果,不考虑物质的微观结构和反应机理。
(3)能判断变化能否发生以及进行到什么程度,但不考虑变化所需要的时间。
5. 热力学的局限性:
不知道反应的机理、速率和微观性质,只讲可能性,不讲现实性。
6. 体系
在科学研究时必须先确定研究对象,把一部分物质与其余分开,这种分离可以是实际的,也可以是想象的。这种被划定的研究对象称为体系,亦称为物系或系统。
7.环境
与体系密切相关、有相互作用或影响所能及的部分称为环境。
8.体系的分类:
(1)敞开体系:体系与环境之间既有物质交换,又有能量交换。
(2)封闭体系:体系与环境之间无物质交换,但有能量交换。
(3)孤立体系:体系与环境之间既无物质交换,又无能量交换,故又称为隔离体系。
9.热力学变量:
可分为两类:广度性质,强度性质。
10.热力学平衡态:
当体系的诸性质不随时间而改变,则体系就处于热力学平衡态,它包括下列几个平衡:
(1)热平衡---体系各部分温度相等。
(2)力学平衡---体系各部的压力都相等,边界不再移动。如有刚壁存在,虽双方压力不等,但也能保持力学平衡。
(3)相平衡---多相共存时,各相的组成和数量不随时间而改变。
(4)化学平衡---反应体系中各物的数量不再随时间而改变。
11.热力学能:
以前称为内能,它是指体系内部能量的总和,包括:分子运动的平动能、分子内的转动能、振动能、电子能、核能以及各种粒子之间的相互作用位能等。
12.功与变化的途径有关。虽然始终态相同,但途径不同,所做的功也大不相同。可逆膨胀时,体系对环境做最大功;可逆压缩时,环境对体系做最小功。
13. 准静态过程:
在过程进行的每一瞬间,体系都接近于平衡状态,以致在任意选取的短时间dt内,状态参数在整个系统的各部分都有确定的值,整个过程可以看成是由一系列极接近平衡的状态所构成,这种状态称为准静态过程。准静态过程是一种理想过程,实际上是办不到的。无限缓慢地压缩和无限缓慢地膨胀过程可近似看作为准静态过程。
14.可逆过程:
体系经过某一过程从状态(1)变到状态(2)之后,如果能使体系和环境都恢复到原来的状态而未留下任何永久性的变化,则该过程称为热力学可逆过程。否则为不可逆过程。
15.可逆过程的特点:
(1)状态变化时推动力与阻力相差无限小,体系与环境始终无限接近于平衡态;
(2)过程中的任何一个中间态都可以从正、逆两个
方向到达;
(3)体系变化一个循环后,体系和环境均恢复原态,变化过程中无任何耗散效应;
(4)等温可逆过程中,体系对环境作最大功,环境对体系作最小功。
16.能量守恒定律:
自然界的一切物质都具有能量,能量有各种不同形式,能够从一种形式转化为另一种形式,但在转化过程中,能量的总值不变。
17.(1)体积功概念:热力学中体系膨胀或压缩产生体积变化而做功叫体积功。
(2)非体积功概念:体系没有发生体积变化做功叫非体积功 。如:电功,表面功(表面张力做的功)等。
18.焓的定义式:H =U+PV
焓是状态函,定义式中焓由状态函数组成。
焓不是能量,虽然具有能量的单位,但不遵守能量守恒定律。
19.理想气体的热力学能只是温度的函数。
理想气体的焓只是温度的函数。
20.
相:物质系统中物理、化学性质完全相同,与其他部分具有明显分界面的均匀部分称为 “相”。
相变:物质从一种相转变为另一种相的过程。
相变包括:熔化、凝固;升华、凝华;蒸发、冷凝;晶型转变等等。 相变热:相变过程中,吸收或放出的热量,称为相变热。
相变焓:纯物质的相变是在恒温、恒压下进行的,当非体积功为零时,相变热Qp与相变焓在数值上相等。
第三章:热力学第二定律
1.自发过程:
某种变化有自动发生的趋势,一旦发生就无需借助外力,可以自动进行,这种变化称为自发变化过程。
2.自发过程的共同特征
不可逆性:任何自发(变化)过程的逆过程是不能自动进行的。
3.可逆过程定义:
系统经历某一过程后,如果能使系统与外界同时恢复到初始状态,而不留下任何痕迹,则此过程为可逆过程。
4.热力学第二定律的两种文字表述方式:
克劳修斯表述:“不可能把热从低温物体传到高温物体,而不引起其它变化。” 开尔文表述:“不可能从单一热源取出热使之完全变为功,而不发生其它的变化。” l另一种表述方式:“第二类永动机是不可能造成的”。
5.热力学四个基本方程:
dU=TdS-pdV
dH=TdS+Vdp
dA=-SdT-pdV
dG=-SdT+Vdp
6.一切实际过程都是热力学不可逆过程,都具有不可逆性。
7.卡诺定理:
所有工作于同温热源和同温冷源之间的热机,其效率都不能超过可逆机,即可逆机的效率最大。
8.熵增加原理可表述为:
在绝热条件下,趋向于平衡的过程使体系的熵增加。或者说在绝热条件下,不可能发生熵减少的过程。
第四章
1.单组分系统:即纯物质。
2.多组分系统:广义地说,两种或两种以上物质所形成的系统称作多组分系统。多组分系统可以是单相、或者是多相。
3.多组分单相系统:是由两种或者两种以上的物质以分子、原子或离子相互均匀混合所形成的均相系统。
4.溶质B的浓度表示法主要有如下四种
(1)物质的量分数 (即:摩尔分数)(符号 XB)
(2)质量分数 (符号 wB )
(3)物质的量浓度(符号 CB )
(4)质量摩尔浓度(符号 mB )
5.化学势的物理意义:
化学势在判断相变和化学变化的方向和限度方面有重要作用。化学势是决定物质的传递方向和限度的强度因素,这就是化学势的物理意义。
6.拉乌尔定律适用于(稀溶液的溶剂和理想液态混合物的各组分)亨利定律适用于(稀溶液的溶质)
7.吉布斯函数作为系统变化过程的方向与限度的判据的适用条件(恒温、恒压、非体积功为零)
第五章
1.化学反应过程的特点
(1)系统中,原子的种类和数目是守恒的。
(2)系统中,分子的种类和数目是改变的。
(3)系统中,化学反应同时以不同的速率向正逆两方向进行的。
(4)当正逆反应速率相等时, 系统反应达到平衡状态。虽然不同的体系达到平衡态所需时间不同,但是平衡后平衡体系中各物质的数量一定不再会随着时间的迁移而发生变化。
(5)平衡状态宏观上是静态, 微观上为动态平衡。
(6)化学反应产物和反应物的数量之间有一定的关系。
(7)当外界状态发生改变时,平衡态就会相应的发生变化。
2. 标准平衡常数KΘ仅是温度的函数 温度的改变直接引起KΘ的变化,使平衡发生移动
3.除温度之外的其他外界条件(例如压力,惰性组分等)的改变,不会影响平衡
常数的值,但是会改变平衡组成,使平衡发生移动,直到重新达到平衡为止。
4.平衡常数的测定(两类方法):
(1)物理方法:直接测定与浓度或压力呈线性关系的物理量,如折光率、电导率、颜色、光的吸收、定量的色谱图谱和磁共振谱等,求出平衡的组成。这种方法不干扰体系的平衡状态。
(2)化学方法:用骤冷、抽去催化剂或冲稀等方法使反应停止,然后用化学分析的方法求出平衡的组成。
第六章
1.(1)相图:表达多相体系的状态如何随温度、压力、组成等强度性质变化而变化的图形,称为相图。
2.相:体系内部物理和化学性质完全均匀的部分称为相。相与相之间在指定条件下有明显的界面,在界面上宏观性质的改变是飞跃式的。
第八章
1.研究一个实际的化学反应过程需要考察热力学和动力学两个方面。
2.化学动力学是研究化学反应速率、反应历程(机理)的学科。
3.一个实际的反应,需热力学、动力学均允许。
4.化学动力学的研究对象:化学动力学研究化学反应的速率和反应的机理以及温度、压力、催化剂、溶剂、光照等外界因素对反应速率的影响,把热力学的反应可能性变为现实性。
5.基元反应简称元反应。如果一个化学反应,反应物分子在碰撞中,相互作用直接转化为生成物分子,这种反应称为基元反应。(或者说,经过一次碰撞即可完成的反应, 叫基元反应。)
6.总包反应:我们通常所写的化学方程式只代表反应的化学计量式,而并不代
表反应的真正历程。如果一个化学计量式代表了若干个基元反应的总结果,那这种反应称为总包反应或总反应。
7.直链反应的三个步骤:链引发 链传递 链终止
8.反应阀能:又称反应临界能,两个分子相撞,相对动能在连心线上的分量必须大于一个临界值Ec,这临界值Ec称为反应阀能。
9.催化作用可以分为三类:均相催化 多相催化 酶催化
第九章
1.界面是指两相接触的,大约几个分子厚度的过渡区,若其中一相为气体,这种界面通常称为表面。
2.表面活性剂的重要作用
(1)润湿作用 (2)起泡作用 (3)增溶作用 (4)乳化作用 (5)洗涤作用
3.表面能(表面吉布斯函数)γ的物理意义:在恒温恒压可逆条件下,每增加单位表面积时系统吉布斯函数的增加量
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