化工熱力學第一章課件

化工熱力學第一章課件第一頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期日苯乙烯正常沸點為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-克拉佩隆方程第二頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期日教材和參考書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—基本內容、習題詳解和計算程序.北京：清華大學出版社第三頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期日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教材和參考書第四頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期日學術委員會：

馬沛生天津大學汪文川北京化工大學陳鐘秀浙江大學陸小華南京工業(yè)大學劉洪來華東理工大學蔣登高鄭州大學王延吉河北工業(yè)大學陳新志浙江大學任保增鄭州大學鄭丹星北京化工大學于養(yǎng)信清華大學張乃文大連理工大學董新法華南理工大學郭緒強中國石油大學（北京）陳光進中國石油大學（北京）

化工熱力學專家：第五頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期日

教學內容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計算第六頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期日chap1

緒論

§1.1

化工熱力學的任務§1.2

化工熱力學的內容§1.3

化工熱力學的研究方法§1.4

化工熱力學的重要性第七頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期日流體性質§1.1

化工熱力學的任務1.

化工熱力學的發(fā)展熱力學性質傳遞性質：物質處于平衡狀態(tài)時壓力、體積、溫度、組成、內能、焓、熱容、熵、自由能等。：物質或能量傳遞過程的非平衡特性，如導熱系數、粘度、擴散系數等。第八頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期日

熱力學研究能量、以及與能量轉換有關的能量轉換物性間相互關系。

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。第九頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期日

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換為熱。第十頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期日

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。

第十一頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期日

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。第十二頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期日

1843-1848年，英國釀酒商Joule用焦耳實驗論述了能量守恒和轉化定律。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)

第十三頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期日

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學表達式；1865年提出“熵”的概念。第十四頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期日

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生其他影響。Kelvin(1824-l907)這是熱力學第二定律的另一種說法。

第十五頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期日

1875年發(fā)表了“論多相物質之平衡”的論文。

Gibbs

(1839-1903)他在熵函數的基礎上，引出了平衡的判據；奠定了化學熱力學的重要基礎。第十六頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期日工程熱力學（EngineeringThermodynamics）：利用熱力學定律，研究熱、功轉化以及提高能量轉化效率的途徑。等普遍規(guī)律?；瘜W熱力學（ChemicalThermodynamics）：

以熱力學定律為基礎，研究物質的熱性質（如H、S等）化學、物理過程的方向和限度（化學平衡、相平衡）第十七頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期日化工熱力學：三個“E”Energy

四個“E”

EntropyEquilibrium

Chemical

Engineering研究化工生產中Energy

EntropyEquilibrium

以化學熱力學和工程熱力學為基礎，的實際問題。第十八頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期日2.

化工熱力學的任務化工熱力學化工物性數據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第十九頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期日以能量相互轉化為基礎的內容，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)

化工物性數據，根據實驗數據結果得出相應關聯式，建立模型。提供一些熱力學圖表，第二十頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期日§1.2化工熱力學的內容

宏觀經典熱力學（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學方法。如化工計算中經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等性質來計算焓變。第二十一頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期日

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第二十二頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期日過程(process)狀態(tài)(state)1熱力學定律2熱物理數據熱力學內容：體系吸熱為正，放熱為負體系得功為正，體系作功為負第二十三頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期日第2章、流體的PVT關系

（EOS）第3章、純流體熱力學性質的計算（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第二十四頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期日化工熱力學三要素

模型

EOS和gi

應用

封閉體系

流動體系

熱力學原理

Chap2、3、4

Chap2、7

Chap3、4、5、6

基礎目的應用中不可缺工具第二十五頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期日§1.3化工熱力學的研究方法宏觀方法經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。。第二十六頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期日宏觀研究法的兩種基本方法：（1）利用熱力學函數和物質狀態(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）需要模型第二十七頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期日（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：Ф（逸度系數）實際溶液：?（活度系數）實際氣體：MR（剩余性質）實際溶液：ME（超額性質）化學熱力學方法建立模型第二十八頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期日§1.4化工熱力學的重要性原料預處理反應粗產品產品精制三廢1.一反2.傳質3.能量傳遞4.提供熱力學數據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容第二十九頁，共三十一頁，編輯于2023年，星期日化工熱力學：“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+校正”的處理問題的方法。4.注意準確理解熱