化工熱力學第一章.ppt

化工熱力學ChemicalEngineeringThermodynamics,主講人：仲秀娟,Telmail:zhongxiujuan,化學工程專業(yè)的核心課程,節(jié)能減排的重要工具,苯乙烯正常沸點為418K，汽化熱為40.31KJ/mol。若控制蒸餾溫度為30，壓力應控制為多少？（）A、24.8KPa；B、0.12KPa；C、12.4KPa；D、1.24KPa,Clausius-Clapeyron方程克勞修斯-克拉佩隆方程,教材和參考書,1陳鐘秀，顧飛燕.化工熱力學，第三版.北京：化學工業(yè)出版社2金克新，趙傳鈞，馬沛生.化工熱力學，天津：天津大學出版社3高光華，于養(yǎng)信.化工熱力學基本內(nèi)容、習題詳解和計算程序.北京：清華大學出版社,4陳新志,蔡振云,胡望明.化工熱力學,北京：化學工業(yè)出版社5SmithJM,VanNessHC,AbbottMM.IntroductiontoChemicalEngineeringThermodynamics,6thed.NewYork:McGraw-Hill,教材和參考書,學術委員會：,化工熱力學專家：,教學內(nèi)容,Chap1緒論,Chap4熱力學第一定律及其應用,Chap5熱力循環(huán)-熱力學第二定律及其應用,Chap2流體的PVT關系：狀態(tài)方程式,Chap6化工過程熱力學分析,Chap7溶液熱力學基礎,Chap3純流體的熱力學性質(zhì)計算,chap1緒論,1.1化工熱力學的任務1.2化工熱力學的內(nèi)容1.3化工熱力學的研究方法1.4化工熱力學的重要性,流體性質(zhì),1.1化工熱力學的任務,1.化工熱力學的發(fā)展,熱力學性質(zhì),傳遞性質(zhì),：物質(zhì)處于平衡狀態(tài)時壓力、體積、溫度、組成、內(nèi)能、焓、熱容、熵、自由能等。,：物質(zhì)或能量傳遞過程的非平衡特性，如導熱系數(shù)、粘度、擴散系數(shù)等。,熱力學研究能量、,以及與能量轉(zhuǎn)換有關的,能量轉(zhuǎn)換,物性間相互關系。,從十八世紀末到十九世紀初開始，隨著蒸汽機在生產(chǎn)中的廣泛應用，如何充分利用熱能來推動機械作功成為重要的研究課題。,1798年，英國物理學家和政治學家BenjaminThompson(1753-1814)通過跑堂鉆孔實驗開始對功轉(zhuǎn)換為熱進行定量研究。,1799年，英國化學家HumphryDavy(1778-1829)通過冰的摩擦實驗研究功轉(zhuǎn)換為熱。,1824年，法國工程師Carnot發(fā)表了“關于火的動力研究”的論文。,Carnot(1796-1832),他通過對自己構想的理想熱機的分析得出結論：熱機必須在兩個熱源之間工作，理想熱機的效率只取決于兩個熱源的溫度，工作在兩個一定熱源之間的所有熱機，其效率都超不過可逆熱機，熱機在理想狀態(tài)下也不可能達到百分之百。這就是卡諾定理。,法國工程師Clapeyron(1799-1864)把卡諾循環(huán)以解析圖的形式表示出來，并用卡諾原理研究了氣液平衡，,導出了克拉佩隆方程。,1843-1848年，英國釀酒商Joule用焦耳實驗論述了能量守恒和轉(zhuǎn)化定律。焦耳的熱功當量實驗室熱力學第一定律的實驗基礎。,Joule(1818-1889),1850年，德國物理學家Clausius指出：,Clausius(1822-1888),熱不能自動地從低溫物體傳到高溫物體。,這個結論稱為熱力學第二定律。,1854年給出了熱力學第二定律的數(shù)學表達式；1865年提出“熵”的概念。,1851年，英國物理學家Kelvin指出：,不可能從單一熱源取熱使之完全變?yōu)橛杏霉Χ划a(chǎn)生其他影響。,Kelvin(1824-l907),這是熱力學第二定律的另一種說法。,1875年發(fā)表了“論多相物質(zhì)之平衡”的論文。,Gibbs(1839-1903),他在熵函數(shù)的基礎上，引出了平衡的判據(jù)；奠定了化學熱力學的重要基礎。,工程熱力學（EngineeringThermodynamics）：,利用熱力學定律，,研究熱、功轉(zhuǎn)化,以及提高能量轉(zhuǎn)化,效率的途徑。,等普遍規(guī)律。,化學熱力學（ChemicalThermodynamics）：,以熱力學定律為基礎，,研究物質(zhì)的熱性質(zhì),（如H、S等）,化學、物理過程的方向和限度,（化學平衡、,相平衡）,化工熱力學：,三個“E”,Energy,四個“E”,Entropy,Equilibrium,ChemicalEngineering,研究化工生產(chǎn)中,Energy,Entropy,Equilibrium,以化學熱力學和工程熱力學為基礎，,的實際問題。,2.化工熱力學的任務,化工熱力學,化工物性數(shù)據(jù),過程熱力學分析,平衡研究,能量、熵、火用衡算,分析能量品味的變化,以能量相互轉(zhuǎn)化為基礎的內(nèi)容，給出,a.能量衡算，,(1)過程熱力學分析，,能量有效利用的極限；,計算過程實際消耗的熱與功。,c.分析能量品味的變化，,為節(jié)能減排提供改進的方向。,(2)化工物性數(shù)據(jù)，,根據(jù)實驗數(shù)據(jù)結果得出相應關聯(lián)式，建立模型。,提供一些熱力學圖表，,1.2化工熱力學的內(nèi)容,宏觀,經(jīng)典熱力學,（本課程重點）,如一個容器中的氣體，我們研究氣體的壓力、溫度，是整個氣體的平均行為。,提供了由可測的熱力學量及其相互關系推算不可測的熱力學量的嚴格的數(shù)學方法。,如化工計算中經(jīng)常遇到的熱和功通常采用焓變求得。,但焓不能直接測量，但可通過能直接測量的PVT關系和Cp等性質(zhì)來計算焓變。,試請教一個問題？,例1：某含有丙烷的0.5m3的容器具有3.7MPa的耐壓極限，則127時可充進容器的丙烷為多少kg?,應用,（模型）,原理,微觀,統(tǒng)計熱力學,微觀和宏觀,分子熱力學,過程(process),狀態(tài)(state),1熱力學定律2熱物理數(shù)據(jù),熱力學內(nèi)容：,體系吸熱為正，放熱為負,體系得功為正，體系作功為負,第2章、流體的PVT關系（EOS）,第3章、純流體熱力學性質(zhì)的計算（H、S、U難測，由EOS，Cp，Cv計算得到）,第7章、溶液熱力學基礎（逸度、活度系數(shù)模型）,第4章熱力學第一定律及應用能量分析法,第5章熱力學第二定律及應用熵分析法,第6章化工過程熱力學分析火用分析法,化工熱力學三要素,1.3化工熱力學的研究方法,宏觀方法,經(jīng)典熱力學方法,微觀方法,統(tǒng)計熱力學或分子熱力學,宏觀研究方法特點：,將大量分子組成的體系視為一整體，研究大量分子中發(fā)生的平均變化，用宏觀物理量來描述體系的狀態(tài)，以宏觀觀點考察體系間的相互作用。,通過對大量宏觀現(xiàn)象的直接觀察與實驗，總結出具有普遍性的規(guī)律。,由于其可靠性與嚴密的邏輯性，易于解決實際工程問題，化學工程領域應用廣泛。,宏觀研究法的兩種基本方法：,（1）利用熱力學函數(shù)和物質(zhì)狀態(tài)之間的關系，解決實際問題。,實驗易測（P、T、V、x、Cp）,難測（S、H、G）,需要模型,（2）利用抽象的、概括的、理想的方法來處理問題，當用于實際時，加以修正。,實際過程=,理想模型+校正,實際氣體：Z（壓縮因子）,實際氣體：（逸度系數(shù)）,實際溶液：（活度系數(shù)）,實際氣體：MR（剩余性質(zhì)）,實際溶液：ME（超額性質(zhì)）,化學熱力學方法,建立模型,1.4化工熱力學的重要性,原料,預處理,反應,粗產(chǎn)品,產(chǎn)品,精制,三廢,1.一反,2.傳質(zhì),3.能量傳遞,4.提供熱力學數(shù)據(jù),化學反應工程,化學反應平衡原理,化工分離過程,相平衡原理,熱力學第一、第二定律,化工熱力學內(nèi)容,化工熱力學：“焓焓”糊糊“熵”腦筋。,1.抓住Gibbs自由能這根主線。,2.了解公式的推導過程，“提起來是一串，放下來是一堆”。,3.掌握化工熱力學“實際過程=理想模型+校