化工熱力學(xué)第一章課件

歡迎同學(xué)們進(jìn)入《化工熱力學(xué)》的學(xué)習(xí)歡迎同學(xué)們進(jìn)入1第一章

緒論1、化工熱力學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史2、化工熱力學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容3、化工熱力學(xué)的研究方法及其發(fā)展4、化工熱力學(xué)的優(yōu)點(diǎn)和局限性5、名詞、定義、基本概念6、化工熱力學(xué)在化學(xué)工程中的地位7、學(xué)習(xí)化工熱力學(xué)的目的和要求8、參考書目第一章

緒論1、化工熱力學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史2第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史遠(yuǎn)古時(shí)代：鉆木取火12世紀(jì)：火藥1593年：伽利略制造出第一只溫度計(jì)1784年：有了比熱的概念18世紀(jì)末：證明了熱不是一種物質(zhì)1824年：卡諾提出了理想熱機(jī)的設(shè)想1738年：伯努利提出了第一個(gè)能量守恒實(shí)例提出了熱力學(xué)第一定律1824年：焦耳測(cè)定了熱功當(dāng)量第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史遠(yuǎn)古時(shí)代：鉆木3第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史1850年：克勞休斯證明了熱機(jī)效率，提出了熱力學(xué)第二定律1944年：B.F.Dodge寫出了化工熱力學(xué)教科書第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史1850年：4第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容進(jìn)行過(guò)程的能量衡算判斷過(guò)程進(jìn)行的方向和限度提高化工過(guò)程能量的有效利用率提供熱力學(xué)數(shù)據(jù)與物性數(shù)據(jù)第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容5第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容進(jìn)行過(guò)程的能量衡算：物料衡算和建立在熱力學(xué)第一定律基礎(chǔ)上的能量衡算是所有化工工藝設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。比如（1）求取設(shè)備中的傳熱量、傳質(zhì)量或反應(yīng)量（2）確定設(shè)備的尺寸和臺(tái)數(shù)（3）操作條件分析、工藝改進(jìn)、設(shè)計(jì)方案對(duì)比第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容進(jìn)行過(guò)程的6第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容判斷過(guò)程進(jìn)行的方向和限度：建立在熱力學(xué)第二定律上的一些熱力學(xué)函數(shù)可以判斷過(guò)程進(jìn)行的方向和限度，在化工單元操作及反應(yīng)器設(shè)計(jì)中，平衡狀態(tài)的確定、平衡組成的計(jì)算、多組元相平衡數(shù)據(jù)的求取是非常重要的內(nèi)容。第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容判斷過(guò)程進(jìn)7第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容提高化工過(guò)程能量的有效利用率：

化工生產(chǎn)過(guò)程消耗大量的能源。石油、天然氣等能源不僅是化學(xué)工業(yè)的燃料，而且是生產(chǎn)一些重要化工產(chǎn)品的原料。利用熱力學(xué)的基本原理，對(duì)化工過(guò)程進(jìn)行熱力學(xué)分析，是熱力學(xué)近三十年來(lái)最重要的進(jìn)展。計(jì)算各種熱力過(guò)程的理想功、損耗功、有效能等，找出可以節(jié)能而沒(méi)有能的環(huán)節(jié)和設(shè)備，然后采取措施，達(dá)到節(jié)能的目的。第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容提高化工過(guò)8第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容提高化工過(guò)程能量的有效利用率：

對(duì)于評(píng)定新的設(shè)計(jì)方案和改進(jìn)現(xiàn)有生產(chǎn)都是有效的手段。近來(lái)，能源緊張問(wèn)題更顯突出，故在流程選擇、設(shè)備設(shè)計(jì)中往往以節(jié)能為目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，為了節(jié)能，寧可增加設(shè)備（即初始投資）。第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容提高化工過(guò)9第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容提供熱力學(xué)數(shù)據(jù)與物性數(shù)據(jù)：

熱力學(xué)把研究的對(duì)象稱為體系（System），與研究對(duì)象有密切聯(lián)系的周圍稱為環(huán)境（Surrounding）。描述體系處于一定狀態(tài)是用一系列的宏觀熱力學(xué)性質(zhì)（如T、P、Cp、H、S、G等）表示。上述三個(gè)問(wèn)題的解決離不開(kāi)熱力學(xué)數(shù)據(jù)與物性數(shù)據(jù)第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容提供熱力學(xué)10第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容提供熱力學(xué)數(shù)據(jù)與物性數(shù)據(jù)：

但是，熱力學(xué)的有效應(yīng)用（如過(guò)程模擬與放大），往往由于缺乏熱力學(xué)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)而發(fā)生困難。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)有十萬(wàn)種以上的無(wú)機(jī)化合物和近四百萬(wàn)種有機(jī)化合而熱力學(xué)性質(zhì)已研究得十分透徹的元素和化合物卻只一百種左右。第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容提供熱力學(xué)11第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容提供熱力學(xué)數(shù)據(jù)與物性數(shù)據(jù)：因此，對(duì)于物質(zhì)熱力學(xué)性質(zhì)的計(jì)算、氣體狀態(tài)方程的研究、普遍化方法求算熱力學(xué)函數(shù)，已成為很重要熱力學(xué)基礎(chǔ)工作。目前，特別是對(duì)于混合物的數(shù)據(jù)更缺少，而需要又十分迫切，因此，混合物的熱力學(xué)性的研究和計(jì)算，目前已成為化工熱力學(xué)的主攻方向之一。第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容提供熱力學(xué)12第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的研究方法及其發(fā)展研究方法：宏觀研究法和微觀研究法1、利用熱力學(xué)函數(shù)和物質(zhì)狀態(tài)之間的關(guān)系解決實(shí)際問(wèn)題2、利用抽象的概括的理想的方法來(lái)處理問(wèn)題，當(dāng)用于實(shí)際問(wèn)題時(shí)，加以適當(dāng)修正。第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的研究方法及其發(fā)展研究方13第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的研究方法及其發(fā)展化工熱力學(xué)的發(fā)展1、與分子熱力學(xué)聯(lián)系：經(jīng)典化工熱力學(xué)和分子熱力學(xué)沒(méi)有絕對(duì)的分解線，目前，經(jīng)典化工熱力學(xué)越來(lái)越多使用分子熱力學(xué)的研究成果，特別是，從微觀的結(jié)果導(dǎo)出的模型及相應(yīng)的計(jì)算式；分子熱力學(xué)由于理論計(jì)算的困難，在解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)，不得不使用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)參數(shù)或使用一些經(jīng)驗(yàn)方法作為補(bǔ)充。第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的研究方法及其發(fā)展化工熱14第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的研究方法及其發(fā)展化工熱力學(xué)的發(fā)展2、突破石油化工熱力學(xué)的限制：（1）發(fā)展新的計(jì)算方法，解決摩爾質(zhì)量較大化合物的熱力學(xué)計(jì)算，擴(kuò)充了熱力學(xué)在化工中的使用范圍；（2）把化工熱力學(xué)擴(kuò)充到化學(xué)工業(yè)之外，比如環(huán)境熱力學(xué)，解決了環(huán)境中的化學(xué)品污染問(wèn)題，為發(fā)展化學(xué)工業(yè)打破了環(huán)境限制。第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的研究方法及其發(fā)展化工熱15第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的研究方法及其發(fā)展化工熱力學(xué)的發(fā)展3、與計(jì)算機(jī)科學(xué)的結(jié)合：在化工設(shè)計(jì)程序中，熱力學(xué)的計(jì)算量可占總計(jì)算量的50%以上，有的甚至占到80%，可見(jiàn)熱力學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)結(jié)合的必要性。第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的研究方法及其發(fā)展化工熱16第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的研究方法及其發(fā)展化工熱力學(xué)的發(fā)展4、豐富熱力學(xué)數(shù)據(jù)和物性數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)

根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)有十萬(wàn)種以上的無(wú)機(jī)化合物和近四百萬(wàn)種有機(jī)化合，而熱力學(xué)性質(zhì)已研究得十分透徹的元素和化合物卻只一百種左右。因此，對(duì)于物質(zhì)熱力學(xué)性質(zhì)的計(jì)算、氣體狀態(tài)方程的研究、普遍化方法求算熱力學(xué)函數(shù)，已成為很重要熱力學(xué)基礎(chǔ)工作。目前，特別是對(duì)于混合物的數(shù)據(jù)更缺少，而需要又十分迫切，因此，混合物的熱力學(xué)性的研究和計(jì)算，目前已成為化工熱力學(xué)的主攻方向之一。第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的研究方法及其發(fā)展化工熱17第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的優(yōu)點(diǎn)和局限性優(yōu)點(diǎn)：①經(jīng)典熱力學(xué)是從宏觀角度研究問(wèn)題，他研究大量分子組成的體系表現(xiàn)出來(lái)的宏觀性質(zhì)，是建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的。?②熱力學(xué)只問(wèn)過(guò)程的結(jié)果，而不問(wèn)過(guò)程變化的經(jīng)過(guò)。以靜態(tài)的觀點(diǎn)研究問(wèn)題，無(wú)隨時(shí)間變化的因素。因此，化工熱力學(xué)又稱為化工靜力學(xué)。第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的優(yōu)點(diǎn)和局限性優(yōu)點(diǎn)：18第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的優(yōu)點(diǎn)和局限性優(yōu)點(diǎn)：③經(jīng)典熱力學(xué)只能處理極限情況的有關(guān)問(wèn)題例：解決化學(xué)平衡與相平衡組成的計(jì)算④在嚴(yán)格導(dǎo)出的熱力學(xué)結(jié)論中，沒(méi)有任何的假想成分，因而結(jié)論是可靠的，具有普遍性。例：熱力學(xué)第二定律證明永動(dòng)機(jī)不可能實(shí)現(xiàn)，那么在這方面的努力是徒勞的。第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的優(yōu)點(diǎn)和局限性優(yōu)點(diǎn)：19第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的優(yōu)點(diǎn)和局限性局限性：①對(duì)于某一具體物質(zhì)的具體性質(zhì)，需要做一定的實(shí)驗(yàn)，然后才能在熱力學(xué)理論及數(shù)學(xué)推倒下得到具有實(shí)用性的關(guān)聯(lián)式。原因是熱力學(xué)基本定律是宏觀的，不考慮物質(zhì)的結(jié)構(gòu)差異。因此，熱力學(xué)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠程度受實(shí)驗(yàn)條件的限制。如：某物質(zhì)的汽-液平衡數(shù)據(jù)會(huì)有不同的幾套。第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的優(yōu)點(diǎn)和局限性局限性：20第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的優(yōu)點(diǎn)和局限性局限性：②由于不考慮過(guò)程的機(jī)理、細(xì)節(jié)，因此不能解決反應(yīng)速率問(wèn)題速率=推動(dòng)力/阻力其中推動(dòng)力=實(shí)際狀態(tài)-平衡狀態(tài)熱力學(xué)解決平衡狀態(tài)的問(wèn)題，可為推動(dòng)力提供平衡數(shù)據(jù)第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的優(yōu)點(diǎn)和局限性局限性：21第一章

緒論

——名詞、定義、基本概念1體系和環(huán)境

為明確討論的對(duì)象，對(duì)感興趣的一部份物質(zhì)或空間和其余的物質(zhì)和空間分開(kāi)(可以是實(shí)際的，也可以是假想的)。把這部分稱為體系，其余部分叫做環(huán)境。(1)隔離體系或孤立體系體系和環(huán)境間沒(méi)有任何物質(zhì)或能量交換。它們不受環(huán)境改變的影響。(2)封閉體系體系和環(huán)境間只有能量而無(wú)物質(zhì)的交換。但是這并不意味著體系不能因有化學(xué)反應(yīng)發(fā)生而改變其組成。(3)敞開(kāi)體系體系和環(huán)境可以有能量和物質(zhì)的交換第一章

緒論

——名詞、定義、基本概念1體系和環(huán)22第一章

緒論

——名詞、定義、基本概念2平衡狀態(tài)與狀態(tài)函數(shù)平衡狀態(tài):一個(gè)體系在不受外界影響的條件下，如果它的宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間而變化，此體系處于熱力學(xué)平衡狀態(tài)。達(dá)到熱力學(xué)平衡(即熱平衡、力平衡、相平衡和化學(xué)平衡)的必要條件是引起體系狀態(tài)變化的所有勢(shì)差，如溫度差、壓力差、化學(xué)位差等均為零。動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)函數(shù)：描述體系所處狀態(tài)的宏觀物理量稱為熱力學(xué)變量。由于它們是狀態(tài)的單值函數(shù)，亦稱為狀態(tài)函數(shù)。常用的狀態(tài)函數(shù)有壓力P、溫度T、比容V、內(nèi)能U、焓H、熵S、自由焓G等。強(qiáng)度量的數(shù)值僅取決于物質(zhì)本身的特性，而與物質(zhì)的數(shù)量無(wú)關(guān)。如:溫度、壓力、密度、摩爾內(nèi)能等。廣度量的數(shù)值與物質(zhì)的數(shù)量成正比。如:體積、質(zhì)量、焓、熵、內(nèi)能、自由焓等。須指出，單位質(zhì)量的廣度量顯然是一種強(qiáng)度量。第一章

緒論

——名詞、定義、基本概念2平衡狀態(tài)與23第一章

緒論

——名詞、定義、基本概念3過(guò)程

過(guò)程是指體系由某一平衡狀態(tài)變化到另一平衡狀態(tài)時(shí)所經(jīng)歷的全部狀態(tài)的總和。(1)不可逆過(guò)程(2)可逆過(guò)程(3)各種熱力過(guò)程等溫過(guò)程、等壓過(guò)程、等容過(guò)程和絕熱過(guò)程等(4)循環(huán)過(guò)程體系經(jīng)過(guò)一系列的狀態(tài)變化過(guò)程后，最后又回到最初狀態(tài)，則整個(gè)的變化稱為循環(huán)第一章

緒論

——名詞、定義、基本概念3過(guò)程24第一章

緒論

——名詞、定義、基本概念4溫度與熱力學(xué)第零定律實(shí)驗(yàn)觀察可知，當(dāng)兩個(gè)物體分別與第三個(gè)物體處于熱平衡時(shí)，則這兩個(gè)物體彼此之間也必定處于熱平衡。這是經(jīng)驗(yàn)的敘述，稱熱平衡定律，又稱熱力學(xué)第零定律。為建立溫度概念提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，是進(jìn)行溫度測(cè)量和建立經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)的理論基礎(chǔ)。絕對(duì)溫標(biāo)T(K，Kelvin)、攝氏溫標(biāo)t(℃)第一章

緒論

——名詞、定義、基本概念4溫度與熱25第一章

緒論

——名詞、定義、基本概念5能、功和熱(1)能是一個(gè)基本概念。所有物質(zhì)都有能。能定義為做功的容量。能是既不能創(chuàng)造，也不會(huì)毀滅的。任何體系而言，輸入的能量和輸出的能量之差等于該體系內(nèi)貯藏著能的改變。體系的內(nèi)能指除動(dòng)能和位能以外的所有形式的能，它代表著微觀水平的能的形式，我們無(wú)法測(cè)定內(nèi)能的絕對(duì)值，而只能計(jì)算出它的變化。內(nèi)能的符號(hào)是U，單位用J表示，工程上Cal表示。第一章

緒論

——名詞、定義、基本概念5能、功和26第一章

緒論

——名詞、定義、基本概念5能、功和熱(2)功:由于存在著除溫度外的其他位的梯度，如壓差，在體系和環(huán)境間傳遞著的能稱為功。在熱力學(xué)中因做功的方式不同，有各種形式的功機(jī)械功、電功、化學(xué)功、表面功、磁功體系所得的功（環(huán)境對(duì)體系做功）為正值，體系所失的功（對(duì)環(huán)境做功）為負(fù)值。功不是體系的性質(zhì)，不是狀態(tài)函數(shù)，而是和過(guò)程所經(jīng)的途徑有關(guān)。在國(guó)際單位制中功的單位也用J表示。第一章

緒論

——名詞、定義、基本概念5能、功和27第一章

緒論

——名詞、定義、基本概念5能、功和熱（3)熱：從經(jīng)驗(yàn)知道，一個(gè)熱的物體和一個(gè)冷的物體相接觸，冷的變熱了，而熱的變冷了。說(shuō)明在它們之間有某種東西在相互傳遞著，人們稱這種東西為熱。當(dāng)熱加到某體系以后，其貯存的不是熱，而是增加了該體系的內(nèi)能。有人形象化地把熱比作雨，而把內(nèi)能比作池中的水，當(dāng)體系吸熱而變?yōu)槠鋬?nèi)能時(shí)，猶如雨下到池中變成水一樣體系吸熱取正值，放熱取負(fù)值。第一章

緒論

——名詞、定義、基本概念5能、功和28第一章

緒論

——名詞、定義、基本概念6焓

除內(nèi)能外，還有許多熱力學(xué)函數(shù)，焓就是其中之一，它的定義可寫為H=U+PV式中H是焓，U是內(nèi)能，P是絕壓，V是體積。由于U和PV都由體系的狀態(tài)所決定，因此焓也是個(gè)狀態(tài)函數(shù)。其單位和內(nèi)能相同。第一章

緒論

——名詞、定義、基本概念6焓29第一章

緒論

——名詞、定義、基本概念7熵

可逆過(guò)程是一種極限，實(shí)際的過(guò)程則或多或少地趨近這個(gè)極限在《物理化學(xué)》中學(xué)習(xí)了Clausius不等式，式中Q代表熱量，T代表絕對(duì)溫度。第一章

緒論

——名詞、定義、基本概念7熵30第一章

緒論

——名詞、定義、基本概念7熵

熵的中文意義是熱量被溫度除的商，若熱量相同，溫度高則熵小，溫度低則熵大。熵的外文原名的意義是轉(zhuǎn)變（engtropy，thermalcharge），指熱量可以轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ某潭?，熵小則轉(zhuǎn)化程度高，熵大則轉(zhuǎn)化程度低。第一章

緒論

——名詞、定義、基本概念7熵31第一章

緒論

——名詞、定義、基本概念9.7熵

熵是個(gè)狀態(tài)函數(shù)。伴隨著自發(fā)過(guò)程的進(jìn)行，熵值不斷增大，當(dāng)達(dá)到平衡時(shí)，熵值增到最大，其后熵值不變。因此熵是判斷在隔離體系中任何自發(fā)過(guò)程進(jìn)行的方向和限度的共同準(zhǔn)則。在隔離體系中，如果變化是可逆的，熵值不變；如果變化是不可逆的，熵值增加。這就是所謂的熵增原理。（熱力學(xué)第二定律）隔離(孤立）體系第一章

緒論

——名詞、定義、基本概念9.7熵32第一章

緒論

——名詞、定義、基本概念7熵從統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)知，熵是混亂程度的度量：S=lnk?式中：?表示熱力學(xué)幾率。當(dāng)?

=1時(shí)，S=0，這就是絕對(duì)熵定律（熱力學(xué)第三定律），其表述為：絕對(duì)零度（T=0）完整晶體（?

=1）的熵值等于零，可見(jiàn)，熵是有絕對(duì)值的。第一章

緒論

——名詞、定義、基本概念7熵33第一章

緒論

——化工熱力學(xué)在化學(xué)工程中的地位

！第一章

緒論

——化工熱力學(xué)在化學(xué)工程中的地位！34第一章

緒論

——學(xué)習(xí)化工熱力學(xué)的目的和要求要求：?⑴要明確各章節(jié)的作用，即解決什么問(wèn)題，得出了什么結(jié)論。⑵要掌握化工熱力學(xué)的研究方法。⑶除基本概念理論外，要特別注意計(jì)算技能。⑷作業(yè)要思路明確，步驟清晰，計(jì)算基準(zhǔn)單位要妥當(dāng)。第一章

緒論

——學(xué)習(xí)化工熱力學(xué)的目的和要求要求：35第一章

緒論

——學(xué)習(xí)化工熱力學(xué)的目的和要求要求：?⑴要明確各章節(jié)的作用，即解決什么問(wèn)題，得出了什么結(jié)論。⑵要掌握化工熱力學(xué)的研究方法。⑶除基本概念理論外，要特別注意計(jì)算技能。⑷作業(yè)要思路明確，步驟清晰，計(jì)算基準(zhǔn)單位要妥當(dāng)。第一章

緒論

——學(xué)習(xí)化工熱力學(xué)的目的和要求要求：36第一章

緒論

——參考書目1、化工熱力學(xué)，天津大學(xué)2、化工熱力學(xué)，浙江大學(xué)3、物理化學(xué)，天津大學(xué)4、物理化學(xué)，華東理工大學(xué)5、化學(xué)平衡，石油大學(xué)第一章

緒論

——參考書目1、化工熱力學(xué)，天津大學(xué)37

Chemicalengineeringcandoanything!同學(xué)們努力吧！Chemicalengineeringcan38歡迎同學(xué)們進(jìn)入《化工熱力學(xué)》的學(xué)習(xí)歡迎同學(xué)們進(jìn)入39第一章

緒論1、化工熱力學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史2、化工熱力學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容3、化工熱力學(xué)的研究方法及其發(fā)展4、化工熱力學(xué)的優(yōu)點(diǎn)和局限性5、名詞、定義、基本概念6、化工熱力學(xué)在化學(xué)工程中的地位7、學(xué)習(xí)化工熱力學(xué)的目的和要求8、參考書目第一章

緒論1、化工熱力學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史40第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史遠(yuǎn)古時(shí)代：鉆木取火12世紀(jì)：火藥1593年：伽利略制造出第一只溫度計(jì)1784年：有了比熱的概念18世紀(jì)末：證明了熱不是一種物質(zhì)1824年：卡諾提出了理想熱機(jī)的設(shè)想1738年：伯努利提出了第一個(gè)能量守恒實(shí)例提出了熱力學(xué)第一定律1824年：焦耳測(cè)定了熱功當(dāng)量第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史遠(yuǎn)古時(shí)代：鉆木41第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史1850年：克勞休斯證明了熱機(jī)效率，提出了熱力學(xué)第二定律1944年：B.F.Dodge寫出了化工熱力學(xué)教科書第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的發(fā)展簡(jiǎn)史1850年：42第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容進(jìn)行過(guò)程的能量衡算判斷過(guò)程進(jìn)行的方向和限度提高化工過(guò)程能量的有效利用率提供熱力學(xué)數(shù)據(jù)與物性數(shù)據(jù)第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容43第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容進(jìn)行過(guò)程的能量衡算：物料衡算和建立在熱力學(xué)第一定律基礎(chǔ)上的能量衡算是所有化工工藝設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。比如（1）求取設(shè)備中的傳熱量、傳質(zhì)量或反應(yīng)量（2）確定設(shè)備的尺寸和臺(tái)數(shù)（3）操作條件分析、工藝改進(jìn)、設(shè)計(jì)方案對(duì)比第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容進(jìn)行過(guò)程的44第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容判斷過(guò)程進(jìn)行的方向和限度：建立在熱力學(xué)第二定律上的一些熱力學(xué)函數(shù)可以判斷過(guò)程進(jìn)行的方向和限度，在化工單元操作及反應(yīng)器設(shè)計(jì)中，平衡狀態(tài)的確定、平衡組成的計(jì)算、多組元相平衡數(shù)據(jù)的求取是非常重要的內(nèi)容。第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容判斷過(guò)程進(jìn)45第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容提高化工過(guò)程能量的有效利用率：

化工生產(chǎn)過(guò)程消耗大量的能源。石油、天然氣等能源不僅是化學(xué)工業(yè)的燃料，而且是生產(chǎn)一些重要化工產(chǎn)品的原料。利用熱力學(xué)的基本原理，對(duì)化工過(guò)程進(jìn)行熱力學(xué)分析，是熱力學(xué)近三十年來(lái)最重要的進(jìn)展。計(jì)算各種熱力過(guò)程的理想功、損耗功、有效能等，找出可以節(jié)能而沒(méi)有能的環(huán)節(jié)和設(shè)備，然后采取措施，達(dá)到節(jié)能的目的。第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容提高化工過(guò)46第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容提高化工過(guò)程能量的有效利用率：

對(duì)于評(píng)定新的設(shè)計(jì)方案和改進(jìn)現(xiàn)有生產(chǎn)都是有效的手段。近來(lái)，能源緊張問(wèn)題更顯突出，故在流程選擇、設(shè)備設(shè)計(jì)中往往以節(jié)能為目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，為了節(jié)能，寧可增加設(shè)備（即初始投資）。第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容提高化工過(guò)47第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容提供熱力學(xué)數(shù)據(jù)與物性數(shù)據(jù)：

熱力學(xué)把研究的對(duì)象稱為體系（System），與研究對(duì)象有密切聯(lián)系的周圍稱為環(huán)境（Surrounding）。描述體系處于一定狀態(tài)是用一系列的宏觀熱力學(xué)性質(zhì)（如T、P、Cp、H、S、G等）表示。上述三個(gè)問(wèn)題的解決離不開(kāi)熱力學(xué)數(shù)據(jù)與物性數(shù)據(jù)第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容提供熱力學(xué)48第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容提供熱力學(xué)數(shù)據(jù)與物性數(shù)據(jù)：

但是，熱力學(xué)的有效應(yīng)用（如過(guò)程模擬與放大），往往由于缺乏熱力學(xué)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)而發(fā)生困難。根據(jù)統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)有十萬(wàn)種以上的無(wú)機(jī)化合物和近四百萬(wàn)種有機(jī)化合而熱力學(xué)性質(zhì)已研究得十分透徹的元素和化合物卻只一百種左右。第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容提供熱力學(xué)49第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容提供熱力學(xué)數(shù)據(jù)與物性數(shù)據(jù)：因此，對(duì)于物質(zhì)熱力學(xué)性質(zhì)的計(jì)算、氣體狀態(tài)方程的研究、普遍化方法求算熱力學(xué)函數(shù)，已成為很重要熱力學(xué)基礎(chǔ)工作。目前，特別是對(duì)于混合物的數(shù)據(jù)更缺少，而需要又十分迫切，因此，混合物的熱力學(xué)性的研究和計(jì)算，目前已成為化工熱力學(xué)的主攻方向之一。第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的主要研究?jī)?nèi)容提供熱力學(xué)50第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的研究方法及其發(fā)展研究方法：宏觀研究法和微觀研究法1、利用熱力學(xué)函數(shù)和物質(zhì)狀態(tài)之間的關(guān)系解決實(shí)際問(wèn)題2、利用抽象的概括的理想的方法來(lái)處理問(wèn)題，當(dāng)用于實(shí)際問(wèn)題時(shí)，加以適當(dāng)修正。第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的研究方法及其發(fā)展研究方51第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的研究方法及其發(fā)展化工熱力學(xué)的發(fā)展1、與分子熱力學(xué)聯(lián)系：經(jīng)典化工熱力學(xué)和分子熱力學(xué)沒(méi)有絕對(duì)的分解線，目前，經(jīng)典化工熱力學(xué)越來(lái)越多使用分子熱力學(xué)的研究成果，特別是，從微觀的結(jié)果導(dǎo)出的模型及相應(yīng)的計(jì)算式；分子熱力學(xué)由于理論計(jì)算的困難，在解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)，不得不使用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)參數(shù)或使用一些經(jīng)驗(yàn)方法作為補(bǔ)充。第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的研究方法及其發(fā)展化工熱52第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的研究方法及其發(fā)展化工熱力學(xué)的發(fā)展2、突破石油化工熱力學(xué)的限制：（1）發(fā)展新的計(jì)算方法，解決摩爾質(zhì)量較大化合物的熱力學(xué)計(jì)算，擴(kuò)充了熱力學(xué)在化工中的使用范圍；（2）把化工熱力學(xué)擴(kuò)充到化學(xué)工業(yè)之外，比如環(huán)境熱力學(xué)，解決了環(huán)境中的化學(xué)品污染問(wèn)題，為發(fā)展化學(xué)工業(yè)打破了環(huán)境限制。第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的研究方法及其發(fā)展化工熱53第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的研究方法及其發(fā)展化工熱力學(xué)的發(fā)展3、與計(jì)算機(jī)科學(xué)的結(jié)合：在化工設(shè)計(jì)程序中，熱力學(xué)的計(jì)算量可占總計(jì)算量的50%以上，有的甚至占到80%，可見(jiàn)熱力學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)結(jié)合的必要性。第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的研究方法及其發(fā)展化工熱54第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的研究方法及其發(fā)展化工熱力學(xué)的發(fā)展4、豐富熱力學(xué)數(shù)據(jù)和物性數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)

根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)有十萬(wàn)種以上的無(wú)機(jī)化合物和近四百萬(wàn)種有機(jī)化合，而熱力學(xué)性質(zhì)已研究得十分透徹的元素和化合物卻只一百種左右。因此，對(duì)于物質(zhì)熱力學(xué)性質(zhì)的計(jì)算、氣體狀態(tài)方程的研究、普遍化方法求算熱力學(xué)函數(shù)，已成為很重要熱力學(xué)基礎(chǔ)工作。目前，特別是對(duì)于混合物的數(shù)據(jù)更缺少，而需要又十分迫切，因此，混合物的熱力學(xué)性的研究和計(jì)算，目前已成為化工熱力學(xué)的主攻方向之一。第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的研究方法及其發(fā)展化工熱55第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的優(yōu)點(diǎn)和局限性優(yōu)點(diǎn)：①經(jīng)典熱力學(xué)是從宏觀角度研究問(wèn)題，他研究大量分子組成的體系表現(xiàn)出來(lái)的宏觀性質(zhì)，是建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上的。?②熱力學(xué)只問(wèn)過(guò)程的結(jié)果，而不問(wèn)過(guò)程變化的經(jīng)過(guò)。以靜態(tài)的觀點(diǎn)研究問(wèn)題，無(wú)隨時(shí)間變化的因素。因此，化工熱力學(xué)又稱為化工靜力學(xué)。第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的優(yōu)點(diǎn)和局限性優(yōu)點(diǎn)：56第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的優(yōu)點(diǎn)和局限性優(yōu)點(diǎn)：③經(jīng)典熱力學(xué)只能處理極限情況的有關(guān)問(wèn)題例：解決化學(xué)平衡與相平衡組成的計(jì)算④在嚴(yán)格導(dǎo)出的熱力學(xué)結(jié)論中，沒(méi)有任何的假想成分，因而結(jié)論是可靠的，具有普遍性。例：熱力學(xué)第二定律證明永動(dòng)機(jī)不可能實(shí)現(xiàn)，那么在這方面的努力是徒勞的。第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的優(yōu)點(diǎn)和局限性優(yōu)點(diǎn)：57第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的優(yōu)點(diǎn)和局限性局限性：①對(duì)于某一具體物質(zhì)的具體性質(zhì)，需要做一定的實(shí)驗(yàn)，然后才能在熱力學(xué)理論及數(shù)學(xué)推倒下得到具有實(shí)用性的關(guān)聯(lián)式。原因是熱力學(xué)基本定律是宏觀的，不考慮物質(zhì)的結(jié)構(gòu)差異。因此，熱力學(xué)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠程度受實(shí)驗(yàn)條件的限制。如：某物質(zhì)的汽-液平衡數(shù)據(jù)會(huì)有不同的幾套。第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的優(yōu)點(diǎn)和局限性局限性：58第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的優(yōu)點(diǎn)和局限性局限性：②由于不考慮過(guò)程的機(jī)理、細(xì)節(jié)，因此不能解決反應(yīng)速率問(wèn)題速率=推動(dòng)力/阻力其中推動(dòng)力=實(shí)際狀態(tài)-平衡狀態(tài)熱力學(xué)解決平衡狀態(tài)的問(wèn)題，可為推動(dòng)力提供平衡數(shù)據(jù)第一章

緒論

——化工熱力學(xué)的優(yōu)點(diǎn)和局限性局限性：59第一章

緒論

——名詞、定義、基本概念1體系和環(huán)境

為明確討論的對(duì)象，對(duì)感興趣的一部份物質(zhì)或空間和其余的物質(zhì)和空間分開(kāi)(可以是實(shí)際的，也可以是假想的)。把這部分稱為體系，其余部分叫做環(huán)境。(1)隔離體系或孤立體系體系和環(huán)境間沒(méi)有任何物質(zhì)或能量交換。它們不受環(huán)境改變的影響。(2)封閉體系體系和環(huán)境間只有能量而無(wú)物質(zhì)的交換。但是這并不意味著體系不能因有化學(xué)反應(yīng)發(fā)生而改變其組成。(3)敞開(kāi)體系體系和環(huán)境可以有能量和物質(zhì)的交換第一章

緒論

——名詞、定義、基本概念1體系和環(huán)60第一章

緒論

——名詞、定義、基本概念2平衡狀態(tài)與狀態(tài)函數(shù)平衡狀態(tài):一個(gè)體系在不受外界影響的條件下，如果它的宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間而變化，此體系處于熱力學(xué)平衡狀態(tài)。達(dá)到熱力學(xué)平衡(即熱平衡、力平衡、相平衡和化學(xué)平衡)的必要條件是引起體系狀態(tài)變化的所有勢(shì)差，如溫度差、壓力差、化學(xué)位差等均為零。動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)函數(shù)：描述體系所處狀態(tài)的宏觀物理量稱為熱力學(xué)變量。由于它們是狀態(tài)的單值函數(shù)，亦稱為狀態(tài)函數(shù)。常用的狀態(tài)函數(shù)有壓力P、溫度T、比容V、內(nèi)能U、焓H、熵S、自由焓G等。強(qiáng)度量的數(shù)值僅取決于物質(zhì)本身的特性，而與物質(zhì)的數(shù)量無(wú)關(guān)。如:溫度、壓力、密度、摩爾內(nèi)能等。廣度量的數(shù)值與物質(zhì)的數(shù)量成正比。如:體積、質(zhì)量、焓、熵、內(nèi)能、自由焓等。須指出，單位質(zhì)量的廣度量顯然是一種強(qiáng)度量。第一章

緒論

——名詞、定義、基本概念2平衡狀態(tài)與61第一章

緒論

——名詞、定義、基本概念3過(guò)程

過(guò)程是指體系由某一平衡狀態(tài)變化到另一平衡狀態(tài)時(shí)所經(jīng)歷的全部狀態(tài)的總和。(1)不可逆過(guò)程(2)可逆過(guò)程(3)各種熱力過(guò)程等溫過(guò)程、等壓過(guò)程、等容過(guò)程和絕熱過(guò)程等(4)循環(huán)過(guò)程體系經(jīng)過(guò)一系列的狀態(tài)變化過(guò)程后，最后又回到最初狀態(tài)，則整個(gè)的變化稱為循環(huán)第一章

緒論

——名詞、定義、基本概念3過(guò)程62第一章

緒論

——名詞、定義、基本概念4溫度與熱力學(xué)第零定律實(shí)驗(yàn)觀察可知，當(dāng)兩個(gè)物體分別與第三個(gè)物體處于熱平衡時(shí)，則這兩個(gè)物體彼此之間也必定處于熱平衡。這是經(jīng)驗(yàn)的敘述，稱熱平衡定律，又稱熱力學(xué)第零定律。為建立溫度概念提供實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，是進(jìn)行溫度測(cè)量和建立經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)的理論基礎(chǔ)。絕對(duì)溫標(biāo)T(K，Kelvin)、攝氏溫標(biāo)t(℃)第一章

緒論

——名詞、定義、基本概念4溫度與熱63第一章

緒論

——名詞、定義、基本概念5能、功和熱(1)能是一個(gè)基本概念。所有物質(zhì)都有能。能定義為做功的容量。能是既不能創(chuàng)造，也不會(huì)毀滅的。任何體系而言，輸入的能量和輸出的能量之差等于該體系內(nèi)貯藏著能的改變。體系的內(nèi)能指除動(dòng)能和位能以外的所有形式的能，它代表著微觀水平的能的形式，我們無(wú)法測(cè)定內(nèi)能的絕對(duì)值，而只能計(jì)算出它的變化。內(nèi)能的符號(hào)是U，單位用J表示，工程上Cal表示。第一章

緒論

——名詞、定義、基本概念5能、功和64第一章

緒論

——名詞、定義、基本概念5能、功和熱(2)功:由于存在著除溫度外的其他位的梯度，如壓差，在體系和環(huán)境間傳遞著的能稱為功。在熱力學(xué)中因做功的方式不同，有各種形式的功機(jī)械功、電功、化學(xué)功、表面功、磁功體系所得的功（環(huán)境對(duì)體系做功）為正值，體系所失的功（對(duì)環(huán)境做功）為負(fù)值。功不是體系的性質(zhì)，不是狀態(tài)函數(shù)，而是和過(guò)程所經(jīng)的途徑有關(guān)。在國(guó)際單位制中功的單位也用J表示。第一章

緒論

——名詞、定義、基本概念5能、功和65第一章

緒論

——名詞、定義、基本概念5能、功和熱（3)熱：從經(jīng)驗(yàn)知道，一個(gè)熱的物體和一個(gè)冷的物體相接觸，冷的變熱了，而熱的變冷了。說(shuō)明在它們之間有某種東西在相互傳遞著，人們稱這種東西為熱。當(dāng)熱加到某體系以后，其貯存的不是熱，而是增加了該體系的內(nèi)能。有人形象化地把熱比作雨，而把內(nèi)能比作池中的水，當(dāng)體系吸熱而變?yōu)槠鋬?nèi)能時(shí)，猶如雨下到池中變成水一樣體系吸熱取正值，放熱取負(fù)值。第一章

緒論

——名詞、定義、基本概念5能、功和66第一章

緒論

——名詞、定義、基本概念6焓

除內(nèi)能外，還有許多熱力學(xué)函數(shù)，焓就是其中之一，它的定義可寫為H=U+PV式中H是焓，U是內(nèi)能，P是絕壓，V是體積。由于U和PV都由體系的狀態(tài)所決定，