化工熱力學(xué)緒論課件

化學(xué)工程師的收入在今天的美國(guó)，最受企業(yè)歡迎的是哪個(gè)專業(yè)的畢業(yè)生？

2004年美國(guó)收入排行榜第一名：電腦工程師：5.3萬美元第二名：化學(xué)工程師：5.2萬美元第三名：電機(jī)工程（EE）：5.1萬美元第四名：機(jī)械工程：5.0萬美元第五名:電腦科學(xué)：4.9萬美元第六名:工業(yè)／制造工程：4.8萬美元……倒數(shù)第二名：小學(xué)教師課程畢業(yè)生：2.7萬美元最后一名：心理學(xué)專業(yè)畢業(yè)生：2.5萬美元1化學(xué)工程師的收入在今天的美國(guó)，最受企業(yè)歡迎的是哪個(gè)專業(yè)的畢業(yè)化學(xué)工程師

==

首席執(zhí)政官CEO很多化學(xué)工程師進(jìn)入企業(yè)高端管理層曾擔(dān)任或現(xiàn)擔(dān)任CEO職務(wù)3M,DuPont,GeneralElectric,UnionCarbide,DowChemical,Exxon,BASF,GulfOil,Texaco,andB.P.Goodrich…國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人

？2化學(xué)工程師==首席執(zhí)政官CEO很多化學(xué)工程師進(jìn)入企業(yè)高端早期化學(xué)工程的主要目標(biāo)就是使化學(xué)家實(shí)驗(yàn)室做出來的化學(xué)反應(yīng)商品化！化學(xué)工程是以化學(xué)、物理、生物、數(shù)學(xué)的基本原理作為基礎(chǔ)，研究化學(xué)工業(yè)和相關(guān)工業(yè)中的物質(zhì)轉(zhuǎn)化、物質(zhì)形態(tài)和物質(zhì)組成的一門工程科學(xué)

10項(xiàng)頂尖成果（1983年，AIChE）1.合成橡膠:1983年，220億磅/年。二戰(zhàn)期間，及時(shí)解救了天然橡膠匱乏的困境2.抗生素：1918年流感奪走了全世界2000萬人的生命。化學(xué)工程使青霉素的年產(chǎn)量高達(dá)百萬磅3.聚合物：塑料在很多應(yīng)用場(chǎng)合能取代木頭、金屬和玻璃化學(xué)工程能做什么？3早期化學(xué)工程的主要目標(biāo)就是使化學(xué)家實(shí)驗(yàn)室做出來的化學(xué)反應(yīng)商品化學(xué)工程能做什么？4.合成纖維

5.低溫空氣生成O2

和N26.核同位素的分離7.原油的催化裂解：制備高辛烷值燃料的能力在英國(guó)戰(zhàn)役和二次世界大戰(zhàn)中是一決定性因素8.污染的控制9.肥料尤其是合成氨：新肥料改進(jìn)了農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)力并幫助養(yǎng)活了全世界10.生物醫(yī)學(xué)工程4化學(xué)工程能做什么？4.合成纖維4化工熱力學(xué)和其它化學(xué)工程分支學(xué)科間的關(guān)系第一級(jí)：物性常數(shù)和熱力學(xué)性質(zhì)計(jì)算第二級(jí)：平衡計(jì)算第三級(jí)：“三傳一反”第四級(jí)：設(shè)備設(shè)計(jì)第五級(jí)：流程配置第六級(jí)：過程發(fā)展吸收系統(tǒng)模擬反應(yīng)系統(tǒng)模擬精餾系統(tǒng)模擬化工模擬系統(tǒng)吸收塔計(jì)算反應(yīng)器計(jì)算精餾塔計(jì)算換熱器計(jì)算設(shè)備模擬化反應(yīng)速度計(jì)算傳質(zhì)計(jì)算流體力學(xué)計(jì)算傳熱計(jì)算三傳和反應(yīng)工程學(xué)相平衡計(jì)算反應(yīng)平衡計(jì)算熱平衡計(jì)算物料平衡計(jì)算露點(diǎn)泡點(diǎn)計(jì)算化工熱力學(xué)全流程的最佳化設(shè)計(jì)和控制物性學(xué)和熱力學(xué)表面張力計(jì)算導(dǎo)熱系數(shù)計(jì)算密度計(jì)算焓的計(jì)算粘度計(jì)算5化工熱力學(xué)和其它化學(xué)工程分支學(xué)科間的關(guān)系第一級(jí)：物性常數(shù)和熱關(guān)于化工熱力學(xué)課程化工熱力學(xué)是化學(xué)工程專業(yè)最重要的課程之一。是國(guó)內(nèi)外化學(xué)工程專業(yè)本科生（化工熱力學(xué)I）和研究生（化工熱力學(xué)II）必修課程。是一門訓(xùn)練邏輯思維和演繹能力的課程。是一門培養(yǎng)節(jié)約能源、合理利用能源觀點(diǎn)的課程。學(xué)時(shí)24。6關(guān)于化工熱力學(xué)課程化工熱力學(xué)是化學(xué)工程專業(yè)最重要的課程之一?；崃W(xué)課程內(nèi)容第一章緒論（2學(xué)時(shí)）第二章純流體的熱力學(xué)性質(zhì)（4學(xué)時(shí)）第三章混合物的熱力學(xué)性質(zhì)（6學(xué)時(shí)）

第四章相平衡和化學(xué)反應(yīng)平衡（5學(xué)時(shí)）

第五章化工過程熱力學(xué)分析（2學(xué)時(shí)）

第六章能量轉(zhuǎn)換過程及其熱力學(xué)計(jì)算（5學(xué)時(shí)）7化工熱力學(xué)課程內(nèi)容第一章緒論（2學(xué)時(shí)）7第一章

緒論8第一章8本章內(nèi)容一、化工熱力學(xué)的定義和用途二、化工熱力學(xué)研究?jī)?nèi)容三、化工熱力學(xué)的特點(diǎn)四、為何學(xué)和如何學(xué)好化工熱力學(xué)五、本課程的內(nèi)容9本章內(nèi)容一、化工熱力學(xué)的定義和用途9一、化工熱力學(xué)的定義和用途1、化工熱力學(xué)的定義A、熱力學(xué)（Thermo-dynamics）B、化學(xué)熱力學(xué)（ChemicalThermodynamics）C、工程熱力學(xué)（EngineeringThermodynamics）D、化工熱力學(xué)（ChemicalEngineeringThermodynamics）10一、化工熱力學(xué)的定義和用途1、化工熱力學(xué)的定義10一、化工熱力學(xué)的定義和用途1、化工熱力學(xué)的定義A、熱力學(xué)（Thermo-dynamics

）——討論熱與功轉(zhuǎn)化規(guī)律的科學(xué)。遠(yuǎn)古“鉆木取火”——機(jī)械能轉(zhuǎn)換為內(nèi)能。12世紀(jì)“火藥燃燒加速箭支的飛行”19世紀(jì)“蒸汽機(jī)”——熱轉(zhuǎn)換為功。11一、化工熱力學(xué)的定義和用途1、化工熱力學(xué)的定義11B、化學(xué)熱力學(xué)（ChemicalThermodynamics）—應(yīng)用熱力學(xué)來處理熱化學(xué)、相平衡和化學(xué)平衡等化學(xué)領(lǐng)域中的問題，則形成化學(xué)熱力學(xué)（是物理化學(xué)的一部分）。例如：如何利用熱力學(xué)的原理能計(jì)算出在何種溫度和壓力條件下，由氮和氫能合成氨？這在化肥工業(yè)上有重要影響。12B、化學(xué)熱力學(xué)（ChemicalThermodynamiC、工程熱力學(xué)（EngineeringThermodynamics）——將熱力學(xué)的基本理論應(yīng)用于工程技術(shù)領(lǐng)域，則為工程熱力學(xué)。主要研究熱能與機(jī)械能之間轉(zhuǎn)換規(guī)律以及在 工程中的應(yīng)用。

特點(diǎn)：制冷、動(dòng)力介質(zhì)相對(duì)簡(jiǎn)單：水蒸氣、氨、氟里昂13C、工程熱力學(xué)（EngineeringThermodynaD、化工熱力學(xué)（ChemicalEngineeringThermodynamics）——集化學(xué)熱力學(xué)和工程熱力學(xué)之大成的學(xué)科任務(wù)是從熱力學(xué)第一、第二定律出發(fā)，研究化工過程中各種能量的相互轉(zhuǎn)化和有效利用，研究各種物理和化學(xué)變化過程中達(dá)到平衡的理論極限、條件和狀態(tài)。它是化學(xué)工程學(xué)的一個(gè)重要組成部分，是化工過程開發(fā)、設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的重要理論基礎(chǔ)。14D、化工熱力學(xué)（ChemicalEngineering經(jīng)典熱力學(xué)無論是工程熱力學(xué)還是化學(xué)熱力學(xué)還是化工熱力學(xué)，它們均是經(jīng)典熱力學(xué)，遵循經(jīng)典熱力學(xué)的三大定律（熱力學(xué)第一、第二、第三定律），不同之處是由于熱力學(xué)應(yīng)用的具體對(duì)象不同，決定了各種熱力學(xué)解決問題的方法有各自的特點(diǎn)。15經(jīng)典熱力學(xué)無論是工程熱力學(xué)還是化學(xué)熱力學(xué)還是化工熱力學(xué)，它們一、化工熱力學(xué)的定義和用途2、化工熱力學(xué)的用途①對(duì)于新工藝、新方法，用熱力學(xué)事先判斷它的可行性。（可行性分析）石墨————>金剛石？N2+H2————>NH3？H2O————>H2+O2？常溫、常壓常溫、常壓常溫、常壓判據(jù)？16一、化工熱力學(xué)的定義和用途2、化工熱力學(xué)的用途常溫、常壓常②多元相平衡數(shù)據(jù)是設(shè)計(jì)、生產(chǎn)操作和產(chǎn)品質(zhì)量控制必不可少的，尤其是產(chǎn)品眾多、分離要求高的石油化工更是如此。產(chǎn)品分離：設(shè)備投資50~90%；能量60~90%。精餾塔的設(shè)計(jì)17②多元相平衡數(shù)據(jù)是設(shè)計(jì)、生產(chǎn)操作和產(chǎn)品質(zhì)量控制必不可少的，尤③建立化工熱力學(xué)模型，用最易測(cè)得的數(shù)據(jù)（P、V、T、X）推算難測(cè)數(shù)據(jù)（H，S，G）；用少量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)加模型，得到過程開發(fā)中大量有用數(shù)據(jù)。多、快、好、?。∈澜缟嫌?05無機(jī)物，6x106有機(jī)物，只有100種純物質(zhì)的熱力學(xué)數(shù)據(jù)研究比較透徹。混合物的種類更多，更有用，但非常難測(cè)。尤其是極性物質(zhì)、聚合物體系、電解質(zhì)溶液、生物體系。在高壓、低溫下的物性數(shù)據(jù)更是當(dāng)務(wù)之急。實(shí)驗(yàn)費(fèi)時(shí)、費(fèi)力。18③建立化工熱力學(xué)模型，用最易測(cè)得的數(shù)據(jù)（P、V、T、X）推算二、化工熱力學(xué)的研究?jī)?nèi)容測(cè)量、關(guān)聯(lián)與推算不同條件下物質(zhì)的平衡性質(zhì)過程能量分析相平衡關(guān)系的描述和計(jì)算動(dòng)力與制冷過程原理及效率提高化工工藝設(shè)計(jì)中熱力學(xué)性質(zhì)的計(jì)算19二、化工熱力學(xué)的研究?jī)?nèi)容19三、化工熱力學(xué)的特點(diǎn)熱力學(xué)研究方法宏觀研究方法微觀研究方法經(jīng)典熱力學(xué)

分子熱力學(xué)20三、化工熱力學(xué)的特點(diǎn)熱力學(xué)研究方法20三、化工熱力學(xué)的特點(diǎn)1、經(jīng)典熱力學(xué)的特點(diǎn)1

研究大量分子中發(fā)生的平均變化并總結(jié)出具有普遍性的熱力學(xué)基本定律它建筑在熱力學(xué)的三個(gè)基本定律之上，運(yùn)用數(shù)學(xué)方法，得到宏觀性質(zhì)之間的依賴關(guān)系經(jīng)典熱力學(xué)局限性之一：不能定量預(yù)測(cè)物質(zhì)的宏觀性質(zhì)不能解釋微觀本質(zhì)及其產(chǎn)生某種現(xiàn)象的內(nèi)部原因。21三、化工熱力學(xué)的特點(diǎn)1、經(jīng)典熱力學(xué)的特點(diǎn)1經(jīng)典熱力學(xué)局限性之三、化工熱力學(xué)的特點(diǎn)2、經(jīng)典熱力學(xué)的特點(diǎn)2：不研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)不考慮過程的細(xì)節(jié)只關(guān)心平衡問題（只關(guān)心體系的初態(tài)和終態(tài)）；不關(guān)心如何到達(dá)平衡。經(jīng)典熱力學(xué)局限性之二：只能解決極限問題，不能解決速率問題

經(jīng)典熱力學(xué)能夠給出的是必要條件而不是充分條件。但由熱力學(xué)分析可以排除不能發(fā)生反應(yīng)的條件，因而節(jié)省了大量的時(shí)間和精力。22三、化工熱力學(xué)的特點(diǎn)2、經(jīng)典熱力學(xué)的特點(diǎn)2：經(jīng)典熱力學(xué)局限性三、化工熱力學(xué)的特點(diǎn)3、分子熱力學(xué)的特點(diǎn)建立在大量粒子群的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)的基礎(chǔ)上從物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)觀察與分析問題，預(yù)測(cè)與解釋平衡情況下物質(zhì)的宏觀性質(zhì)從分子間的相互作用出發(fā)，建立宏觀性質(zhì)與微觀性質(zhì)23三、化工熱力學(xué)的特點(diǎn)3、分子熱力學(xué)的特點(diǎn)23四、為何學(xué)和如何學(xué)好化工熱力學(xué)1、為何要學(xué)化工熱力學(xué)？答：解決化學(xué)產(chǎn)品的制備中存在兩類問題。1）反應(yīng)問題反應(yīng)物A+反應(yīng)物B產(chǎn)物

C或

D或

E？在給定條件下，A和B作用，能否得到C？或D？或E？或它們的全部？如果制備產(chǎn)品C，什么是其最優(yōu)條件（如壓力、溫度等）？產(chǎn)率多少？1、可行性分析2、化學(xué)反應(yīng)平衡24四、為何學(xué)和如何學(xué)好化工熱力學(xué)1、為何要學(xué)化工熱力學(xué)？反應(yīng)物怎樣分離，才能得到純物質(zhì)C？2）分離問題含A、B、C、D、E的混合物

純C

D和

E

A和B所需產(chǎn)品進(jìn)一步參加反應(yīng)副產(chǎn)品4、能量有效利用3、相平衡問題25怎樣分離，才能得到純物質(zhì)C？2）分離問題含A、B、C、四、為何學(xué)和如何學(xué)好化工熱力學(xué)2、如何學(xué)好化工熱力學(xué)？1）掌握化工熱力學(xué)處理問題方法之特點(diǎn)從局部的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)加半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ屯扑阆到y(tǒng)完整的信息從常溫常壓的物性數(shù)據(jù)來推算苛刻條件下的性質(zhì)純物質(zhì)性質(zhì)的推算：從容易獲得的物性數(shù)據(jù)（P、V、T、X）來推算較難測(cè)定的數(shù)據(jù)（H，S，G）混合物性質(zhì)的推算：從純物質(zhì)的信息利用混合規(guī)則求取混合物的信息以理想態(tài)為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)加上校正來處理真實(shí)狀態(tài)的方法26四、為何學(xué)和如何學(xué)好化工熱力學(xué)2、如何學(xué)好化工熱力學(xué)？26四、為何學(xué)和如何學(xué)好化工熱力學(xué)

2）注意準(zhǔn)確理解熱力學(xué)概念概念抽象規(guī)則嚴(yán)格咬文嚼字混合物的逸度系數(shù)純組分i的逸度系數(shù)混合物中組分i的逸度系數(shù)27四、為何學(xué)和如何學(xué)好化工熱力學(xué)混合物的逸度系數(shù)純組分i的逸3）注意單位換算能量：J，Cal，cm3.atm，cm3.bar壓力：kg/m2（工程壓力），atm，mmHg，bar，Pa，MPa溫度：K，℃，oF，4）循序漸進(jìn)四、為何學(xué)和如何學(xué)好化工熱力學(xué)283）注意單位換算四、為何學(xué)和如何學(xué)好化工熱力學(xué)283、教材與習(xí)題：教材：董新法編，化工熱力學(xué)，化學(xué)工業(yè)出版社，2008習(xí)題:陳鐘秀,顧飛燕編，化工熱力學(xué)例題與習(xí)題，化學(xué)工業(yè)出版社，19984、參考書1）陳新志等，化工熱力學(xué)，化學(xué)工業(yè)出版社，20012）陳新志，化工熱力學(xué)習(xí)題精解，科學(xué)出版，20033）鄭丹星，化工熱力學(xué)教程，中國(guó)石化出版社，20004）朱自強(qiáng)，徐汛編，化工熱力學(xué)，化學(xué)工業(yè)出版社，19915）J.M.Smith，(美)史密斯，化工熱力學(xué)導(dǎo)論，第三版，化學(xué)工業(yè)出版社，19826）StanleyI.Sandler.ChemicalandEngineeringThermodynamics(thirdedition),1998四、為何學(xué)和如何學(xué)好化工熱力學(xué)293、教材與習(xí)題：四、為何學(xué)和如何學(xué)好化工熱力學(xué)29五、本課程的內(nèi)容對(duì)于模型的研究和建立不是本課程的內(nèi)容但了解模型的適用范圍和如何應(yīng)用模型是本課程的任務(wù)原理（流體的熱力學(xué)性質(zhì)）（相平衡）（化學(xué)反應(yīng)平衡）應(yīng)用（能量分析）（動(dòng)力和制冷循環(huán)）（化學(xué)反應(yīng)平衡）模型狀態(tài)方程EOS活度系數(shù)模型γi30五、本課程的內(nèi)容對(duì)于模型的研究和建立不是本課程的內(nèi)容原理應(yīng)考試方法

1、平時(shí)成績(jī)30%

上課情況、平時(shí)作業(yè)

2、期末考試成績(jī)70%31考試方法1、平時(shí)成績(jī)30%31學(xué)好本課程的方法1、預(yù)習(xí)2、上課認(rèn)真聽講3、復(fù)習(xí)（看書，獨(dú)立完成作業(yè)）32學(xué)好本課程的方法1、預(yù)習(xí)32化學(xué)工程師的收入在今天的美國(guó)，最受企業(yè)歡迎的是哪個(gè)專業(yè)的畢業(yè)生？

2004年美國(guó)收入排行榜第一名：電腦工程師：5.3萬美元第二名：化學(xué)工程師：5.2萬美元第三名：電機(jī)工程（EE）：5.1萬美元第四名：機(jī)械工程：5.0萬美元第五名:電腦科學(xué)：4.9萬美元第六名:工業(yè)／制造工程：4.8萬美元……倒數(shù)第二名：小學(xué)教師課程畢業(yè)生：2.7萬美元最后一名：心理學(xué)專業(yè)畢業(yè)生：2.5萬美元33化學(xué)工程師的收入在今天的美國(guó)，最受企業(yè)歡迎的是哪個(gè)專業(yè)的畢業(yè)化學(xué)工程師

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首席執(zhí)政官CEO很多化學(xué)工程師進(jìn)入企業(yè)高端管理層曾擔(dān)任或現(xiàn)擔(dān)任CEO職務(wù)3M,DuPont,GeneralElectric,UnionCarbide,DowChemical,Exxon,BASF,GulfOil,Texaco,andB.P.Goodrich…國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人

？34化學(xué)工程師==首席執(zhí)政官CEO很多化學(xué)工程師進(jìn)入企業(yè)高端早期化學(xué)工程的主要目標(biāo)就是使化學(xué)家實(shí)驗(yàn)室做出來的化學(xué)反應(yīng)商品化！化學(xué)工程是以化學(xué)、物理、生物、數(shù)學(xué)的基本原理作為基礎(chǔ)，研究化學(xué)工業(yè)和相關(guān)工業(yè)中的物質(zhì)轉(zhuǎn)化、物質(zhì)形態(tài)和物質(zhì)組成的一門工程科學(xué)

10項(xiàng)頂尖成果（1983年，AIChE）1.合成橡膠:1983年，220億磅/年。二戰(zhàn)期間，及時(shí)解救了天然橡膠匱乏的困境2.抗生素：1918年流感奪走了全世界2000萬人的生命?；瘜W(xué)工程使青霉素的年產(chǎn)量高達(dá)百萬磅3.聚合物：塑料在很多應(yīng)用場(chǎng)合能取代木頭、金屬和玻璃化學(xué)工程能做什么？35早期化學(xué)工程的主要目標(biāo)就是使化學(xué)家實(shí)驗(yàn)室做出來的化學(xué)反應(yīng)商品化學(xué)工程能做什么？4.合成纖維

5.低溫空氣生成O2

和N26.核同位素的分離7.原油的催化裂解：制備高辛烷值燃料的能力在英國(guó)戰(zhàn)役和二次世界大戰(zhàn)中是一決定性因素8.污染的控制9.肥料尤其是合成氨：新肥料改進(jìn)了農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)力并幫助養(yǎng)活了全世界10.生物醫(yī)學(xué)工程36化學(xué)工程能做什么？4.合成纖維4化工熱力學(xué)和其它化學(xué)工程分支學(xué)科間的關(guān)系第一級(jí)：物性常數(shù)和熱力學(xué)性質(zhì)計(jì)算第二級(jí)：平衡計(jì)算第三級(jí)：“三傳一反”第四級(jí)：設(shè)備設(shè)計(jì)第五級(jí)：流程配置第六級(jí)：過程發(fā)展吸收系統(tǒng)模擬反應(yīng)系統(tǒng)模擬精餾系統(tǒng)模擬化工模擬系統(tǒng)吸收塔計(jì)算反應(yīng)器計(jì)算精餾塔計(jì)算換熱器計(jì)算設(shè)備模擬化反應(yīng)速度計(jì)算傳質(zhì)計(jì)算流體力學(xué)計(jì)算傳熱計(jì)算三傳和反應(yīng)工程學(xué)相平衡計(jì)算反應(yīng)平衡計(jì)算熱平衡計(jì)算物料平衡計(jì)算露點(diǎn)泡點(diǎn)計(jì)算化工熱力學(xué)全流程的最佳化設(shè)計(jì)和控制物性學(xué)和熱力學(xué)表面張力計(jì)算導(dǎo)熱系數(shù)計(jì)算密度計(jì)算焓的計(jì)算粘度計(jì)算37化工熱力學(xué)和其它化學(xué)工程分支學(xué)科間的關(guān)系第一級(jí)：物性常數(shù)和熱關(guān)于化工熱力學(xué)課程化工熱力學(xué)是化學(xué)工程專業(yè)最重要的課程之一。是國(guó)內(nèi)外化學(xué)工程專業(yè)本科生（化工熱力學(xué)I）和研究生（化工熱力學(xué)II）必修課程。是一門訓(xùn)練邏輯思維和演繹能力的課程。是一門培養(yǎng)節(jié)約能源、合理利用能源觀點(diǎn)的課程。學(xué)時(shí)24。38關(guān)于化工熱力學(xué)課程化工熱力學(xué)是化學(xué)工程專業(yè)最重要的課程之一?；崃W(xué)課程內(nèi)容第一章緒論（2學(xué)時(shí)）第二章純流體的熱力學(xué)性質(zhì)（4學(xué)時(shí)）第三章混合物的熱力學(xué)性質(zhì)（6學(xué)時(shí)）

第四章相平衡和化學(xué)反應(yīng)平衡（5學(xué)時(shí)）

第五章化工過程熱力學(xué)分析（2學(xué)時(shí)）

第六章能量轉(zhuǎn)換過程及其熱力學(xué)計(jì)算（5學(xué)時(shí)）39化工熱力學(xué)課程內(nèi)容第一章緒論（2學(xué)時(shí)）7第一章

緒論40第一章8本章內(nèi)容一、化工熱力學(xué)的定義和用途二、化工熱力學(xué)研究?jī)?nèi)容三、化工熱力學(xué)的特點(diǎn)四、為何學(xué)和如何學(xué)好化工熱力學(xué)五、本課程的內(nèi)容41本章內(nèi)容一、化工熱力學(xué)的定義和用途9一、化工熱力學(xué)的定義和用途1、化工熱力學(xué)的定義A、熱力學(xué)（Thermo-dynamics）B、化學(xué)熱力學(xué)（ChemicalThermodynamics）C、工程熱力學(xué)（EngineeringThermodynamics）D、化工熱力學(xué)（ChemicalEngineeringThermodynamics）42一、化工熱力學(xué)的定義和用途1、化工熱力學(xué)的定義10一、化工熱力學(xué)的定義和用途1、化工熱力學(xué)的定義A、熱力學(xué)（Thermo-dynamics

）——討論熱與功轉(zhuǎn)化規(guī)律的科學(xué)。遠(yuǎn)古“鉆木取火”——機(jī)械能轉(zhuǎn)換為內(nèi)能。12世紀(jì)“火藥燃燒加速箭支的飛行”19世紀(jì)“蒸汽機(jī)”——熱轉(zhuǎn)換為功。43一、化工熱力學(xué)的定義和用途1、化工熱力學(xué)的定義11B、化學(xué)熱力學(xué)（ChemicalThermodynamics）—應(yīng)用熱力學(xué)來處理熱化學(xué)、相平衡和化學(xué)平衡等化學(xué)領(lǐng)域中的問題，則形成化學(xué)熱力學(xué)（是物理化學(xué)的一部分）。例如：如何利用熱力學(xué)的原理能計(jì)算出在何種溫度和壓力條件下，由氮和氫能合成氨？這在化肥工業(yè)上有重要影響。44B、化學(xué)熱力學(xué)（ChemicalThermodynamiC、工程熱力學(xué)（EngineeringThermodynamics）——將熱力學(xué)的基本理論應(yīng)用于工程技術(shù)領(lǐng)域，則為工程熱力學(xué)。主要研究熱能與機(jī)械能之間轉(zhuǎn)換規(guī)律以及在 工程中的應(yīng)用。

特點(diǎn)：制冷、動(dòng)力介質(zhì)相對(duì)簡(jiǎn)單：水蒸氣、氨、氟里昂45C、工程熱力學(xué)（EngineeringThermodynaD、化工熱力學(xué)（ChemicalEngineeringThermodynamics）——集化學(xué)熱力學(xué)和工程熱力學(xué)之大成的學(xué)科任務(wù)是從熱力學(xué)第一、第二定律出發(fā)，研究化工過程中各種能量的相互轉(zhuǎn)化和有效利用，研究各種物理和化學(xué)變化過程中達(dá)到平衡的理論極限、條件和狀態(tài)。它是化學(xué)工程學(xué)的一個(gè)重要組成部分，是化工過程開發(fā)、設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的重要理論基礎(chǔ)。46D、化工熱力學(xué)（ChemicalEngineering經(jīng)典熱力學(xué)無論是工程熱力學(xué)還是化學(xué)熱力學(xué)還是化工熱力學(xué)，它們均是經(jīng)典熱力學(xué)，遵循經(jīng)典熱力學(xué)的三大定律（熱力學(xué)第一、第二、第三定律），不同之處是由于熱力學(xué)應(yīng)用的具體對(duì)象不同，決定了各種熱力學(xué)解決問題的方法有各自的特點(diǎn)。47經(jīng)典熱力學(xué)無論是工程熱力學(xué)還是化學(xué)熱力學(xué)還是化工熱力學(xué)，它們一、化工熱力學(xué)的定義和用途2、化工熱力學(xué)的用途①對(duì)于新工藝、新方法，用熱力學(xué)事先判斷它的可行性。（可行性分析）石墨————>金剛石？N2+H2————>NH3？H2O————>H2+O2？常溫、常壓常溫、常壓常溫、常壓判據(jù)？48一、化工熱力學(xué)的定義和用途2、化工熱力學(xué)的用途常溫、常壓常②多元相平衡數(shù)據(jù)是設(shè)計(jì)、生產(chǎn)操作和產(chǎn)品質(zhì)量控制必不可少的，尤其是產(chǎn)品眾多、分離要求高的石油化工更是如此。產(chǎn)品分離：設(shè)備投資50~90%；能量60~90%。精餾塔的設(shè)計(jì)49②多元相平衡數(shù)據(jù)是設(shè)計(jì)、生產(chǎn)操作和產(chǎn)品質(zhì)量控制必不可少的，尤③建立化工熱力學(xué)模型，用最易測(cè)得的數(shù)據(jù)（P、V、T、X）推算難測(cè)數(shù)據(jù)（H，S，G）；用少量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)加模型，得到過程開發(fā)中大量有用數(shù)據(jù)。多、快、好、??！世界上有105無機(jī)物，6x106有機(jī)物，只有100種純物質(zhì)的熱力學(xué)數(shù)據(jù)研究比較透徹?；旌衔锏姆N類更多，更有用，但非常難測(cè)。尤其是極性物質(zhì)、聚合物體系、電解質(zhì)溶液、生物體系。在高壓、低溫下的物性數(shù)據(jù)更是當(dāng)務(wù)之急。實(shí)驗(yàn)費(fèi)時(shí)、費(fèi)力。50③建立化工熱力學(xué)模型，用最易測(cè)得的數(shù)據(jù)（P、V、T、X）推算二、化工熱力學(xué)的研究?jī)?nèi)容測(cè)量、關(guān)聯(lián)與推算不同條件下物質(zhì)的平衡性質(zhì)過程能量分析相平衡關(guān)系的描述和計(jì)算動(dòng)力與制冷過程原理及效率提高化工工藝設(shè)計(jì)中熱力學(xué)性質(zhì)的計(jì)算51二、化工熱力學(xué)的研究?jī)?nèi)容19三、化工熱力學(xué)的特點(diǎn)熱力學(xué)研究方法宏觀研究方法微觀研究方法經(jīng)典熱力學(xué)

分子熱力學(xué)52三、化工熱力學(xué)的特點(diǎn)熱力學(xué)研究方法20三、化工熱力學(xué)的特點(diǎn)1、經(jīng)典熱力學(xué)的特點(diǎn)1

研究大量分子中發(fā)生的平均變化并總結(jié)出具有普遍性的熱力學(xué)基本定律它建筑在熱力學(xué)的三個(gè)基本定律之上，運(yùn)用數(shù)學(xué)方法，得到宏觀性質(zhì)之間的依賴關(guān)系經(jīng)典熱力學(xué)局限性之一：不能定量預(yù)測(cè)物質(zhì)的宏觀性質(zhì)不能解釋微觀本質(zhì)及其產(chǎn)生某種現(xiàn)象的內(nèi)部原因。53三、化工熱力學(xué)的特點(diǎn)1、經(jīng)典熱力學(xué)的特點(diǎn)1經(jīng)典熱力學(xué)局限性之三、化工熱力學(xué)的特點(diǎn)2、經(jīng)典熱力學(xué)的特點(diǎn)2：不研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)不考慮過程的細(xì)節(jié)只關(guān)心平衡問題（只關(guān)心體系的初態(tài)和終態(tài)）；不關(guān)心如何到達(dá)平衡。經(jīng)典熱力學(xué)局限性之二：只能解決極限問題，不能解決速率問題

經(jīng)典熱力學(xué)能夠給出的是必要條件而不是充分條件。但由熱力學(xué)分析可以排除不能發(fā)生反應(yīng)的條件，因而節(jié)省了大量的時(shí)間和精力。54三、化工熱力學(xué)的特點(diǎn)2、經(jīng)典熱力學(xué)的特點(diǎn)2：經(jīng)典熱力學(xué)局限性三、化工熱力學(xué)的特點(diǎn)3、分子熱力學(xué)的特點(diǎn)建立在大量粒子群的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)的基礎(chǔ)上從物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)觀察與分析問題，預(yù)測(cè)與解釋平衡情況下物質(zhì)的宏觀性質(zhì)從分子間的相互作用出發(fā)，建立宏觀性質(zhì)與微觀性質(zhì)55三、化工熱力學(xué)的特點(diǎn)3、分子熱力學(xué)的特點(diǎn)23四、為何學(xué)和如何學(xué)好化工熱力學(xué)1、為何要學(xué)化工熱力學(xué)？答：解決化學(xué)產(chǎn)品的制備中存在兩類問題。1）反應(yīng)問題反應(yīng)物A+反應(yīng)物B產(chǎn)物

C或

D或

E？在給定條件下，A和B作用，能否得到C？或D？或E？或它們的全部？如果制備產(chǎn)品C，什么是其最優(yōu)條件（如壓力、溫度等）？產(chǎn)率多少？1、可行性分析2、化學(xué)反應(yīng)平衡56四、為何學(xué)和如何學(xué)好化工熱力學(xué)1、為何要學(xué)化工熱力學(xué)？反應(yīng)物怎樣分離，才能得到純物質(zhì)C？2）分離問題含A、B、C、D、E的混合物

純C

D和

E

A和B所需產(chǎn)品進(jìn)一步參加反應(yīng)副產(chǎn)品4、能量有效利用3、相平衡問題57怎樣分離，才能得到純物質(zhì)C？2）分離問題含A、B、C、四、為何學(xué)和如何學(xué)好化工熱力學(xué)2、如何學(xué)好化工熱力學(xué)？1）掌握化工熱力學(xué)處理問題方法之特點(diǎn)從局部的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)加半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ屯扑阆到y(tǒng)完整的信息從常溫常壓的物性數(shù)據(jù)來推算苛刻條件下