化工热力学
化工热力学
化工热力学化工热力学的第一个问题就是热能的转换。
它包括各种形式的热量之间的转换，如物质之间、设备之间、管线之间、以及反应容器内的气体之间的热量转换，因此这一章讨论各种传热问题。
化工热力学的第二个问题是研究反应中能量的传递问题，包括原料与产品的化学反应，产品与副产品的物理加工过程。
化工热力学的第三个问题是研究物质在溶液、悬浮液和气体中的分散与凝聚，其中包括固体物质的溶解、离析、沉降、升华、凝结、胶体化以及气体中的扩散等问题。
化工热力学的第四个问题是研究燃烧问题，包括燃烧方法的选择、燃烧室的设计和热量的测量等问题。
高温时空气中水蒸气液化变成饱和液态水。
温度降低到100 ℃以下时，液态水全部结冰。
水的结晶温度随压力升高而降低，纯净的水在一定的压力下有固定的熔点，温度在一定范围内变动，由于结构不同，在不同的条件下会发生物理性质上的变化，可制成很多晶体。
如常见的冰、干冰、雪、盐等，熔点不同。
水蒸气在一定条件下可以直接变成水。
水蒸气凝结时要吸收热量。
用途很广，人类生活和生产中大量需要各种各样的水。
水有许多不同的状态，有冰、水汽、水滴、雾、露、湿空气、液态水、盐水、海洋水、地下水、泉水、河流、湖泊、溪水、海水等。
水与水之间有密切的联系，如果我们能够科学地使用水资源，就会避免许多水灾害。
水有自己的运动规律，按照这些规律来观察和认识水，将会给人们带来很大的好处。
在过去的十几年里，世界上许多国家面临着水资源不足的危机。
为了减少用水，保护水资源，世界各国都非常重视节约用水。
全世界每年缺水约500亿立方米。
在干旱的北非、中亚和南美一些地区，每天至少损失100万人口的饮用水。
我国也面临着严峻的缺水问题。
我国人均水资源占有量仅为世界人均量的四分之一。
3。
化学分析是对实验中所得到的数据进行分析和处理，从而得出结论或者通过一定的推理，证明某种结果是否符合事实。
4。
溶液在一定条件下能够导电，且当两种液体互相接触时会发生放热现象，把这两种液体分开的方法叫做分液。
化工热力学知识要点
化工热力学知识要点1、化工热力学的研究方法：宏观研究方法 微观研究方法。
2、热力学体系：孤立体系（无物质无能量） 封闭体系（无物质 有能量） 敞开体系（有物质 有能量）。
3、体系 环境：在热力学分析中，将研究中涉及的一部分物质（或空间）从其余物质（或空间）中划分出来。
其划分出来部分称为体系，其余部分称为环境。
4、状态函数：描述体系所处状态的宏观物理量成为热力学变量（状态函数）。
常用的状态函数有压力、温度、比容、内能、焓、熵、自由焓等。
5、循环：体系经过一系列的状态变化过程后，最后由回到最初状态，则整个的变化称为循环。
分为正向循环和逆向循环。
6、临界点：气化线的另一个端点是临界点C，它表示气液两相能共存的最高压力和温度，即临界压力cp 和临界温度cT 。
7、临界点的数学表达式：临界等温线在临界点上的斜率和曲率都等于零。
数学上表示为0=⎪⎭⎫⎝⎛∂∂=cTT V p 022=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=cTT V p8、直线直径定律：当以饱和液体和饱和蒸气密度的算术平均值对温度作图时，得一近似的直线。
9、纯物质的p-V-T 图：P 510、理想气体状态方程：RT pV =式中，p 为气体压力；V 为气体摩尔体积；T 为绝对温度；R 为通用气体常数 8.314J/(mol ·K)11、范德华方程（van der Waals 方程）：2V ab V RT p --= 其中cc pT R a 642722=；cp RTb 8=。
12、R-K 方程： )(5.0b V V T ab V RT p +--= 其中ccp T R a /42748.05.22=;cc p RT b /08664.0=。
13、维里方程（Virial 方程）：++++==321V DV C V B RT pV Z (2-26) 或者 ++++==32'''1p D p C p B RTpVZ式中， 、、、)'()'()'(D D C C B B 分别称为第二、第三、第四、 Virial 系数。
化工热力学
数有关，还与物质的蒸气压及外界条件温度相关联，建立 了SRK方程。 ▪ 形式
p RT a V b V (V b)
式中的方程常数b与RK方程的相同，常数a的表达式为
关。虽然有的状态方程可以用于气、液两相，但
较多用于气相，而且准确也高，而活度系数模型 主要用于液体溶液。
（2）意义： 化工热力学解决的三大问题中，以平衡状态下 热力学性质的计算最为重要，它是解决其它问题的基础， 所以在本书中受到特别的重视，所占的篇幅较多，其理由 如下：
▪ 物性及热力学性质是化工工艺设计中不可缺少的基础数据。 化工生产要涉及大量的物质，在过程开发和化工生产中， 若对处理物料的性质不了解，则无法分析流体间物质和能 量的传递，也无法设计分离过程，更无法认识其反应过程。
▪ 超临界流体区：高于临界温度和压力的区域叫超临界流体 区。从液体到流体或从气体到流体都不存在相变化。超临 界流体既不同于液体，也不同于气体，它的密度可以接近 液体，但具有类似气体的体积可变性和传递性质，可以作 为特殊的萃取溶剂和反应介质，与此相应的开发技术有超 临界萃取和超临界反应等。
▪ P-V图上的等温线: 主要有三种, 一是高于临界温度的等 温线T1，曲线平滑，近于双曲线，即PV = 常数，符合理 想气体的状态方程；二是小于临界温度的等温线T3，被 AC和BC线截断为三部分，其中水平段表示气液两相平衡
▪ 模型：经典热力学原理必须与反映系统特征的模 型相结合，才能解决实际问题。因为它只表示了
上述两类热力学性质之间的普遍依赖关系，并不
因具体系统而异。具体系统的这种关系还要由此
化工热力学
化工热力学讲稿0.绪论0.1 热力学发展简史1593年伽利略制造出第一支温度计1784年有了比热容的概念18世纪中期，热质说18世纪末到19世纪中叶，热动说蒸汽机发明，1824年，卡诺提出理想热机，热力学的萌芽1738年，伯努利方程诞生，为其验证能量守恒，即热力学第一定律1824年出项第一个热功当量，焦耳进行试验测定1850年克劳修斯证明了热机效率，1854年正式命名了热力学第二定律1913年能斯特提出热力学第三定律1931年Fowler提出热力学第零定律0.2化工热力学的主要内容热力学第一定律和热力学第二定律。
与物化不同之处在于要讨论系统与环境既有物质交换又有能量的情况，偏重的是在实际工程上的应用。
0.3 化工热力学的研究方法及其发展微观与宏观相结合微观：分子热力学宏观：经典热力学量子力学的发展液位化工热力学的研究提供了新的途径，0.4 化工热力学在化工中的重要性定性定量0.5 热能转换的基本概念一、热力系、状态及状态参数（一）热力系与工质1、工质：在物化学习当中我门知道热机就是将热能转变为机械能的设备，如气轮机、内燃机等都是热机。
在热机中要使热能不断的转变为机械能，需要借助于媒介物质。
实现能量转换的媒介物质就是工质。
例如在卡诺热机当中的工质就是理想气体。
不同性质的工质对能量转换的效果有直接影响，工质性质的研究是本学科的重要内容之一。
原则上，气、液、固三态物质都可以作为工质，但热力学中，热能与机械能的转换是通过物质体积变化来实现的，为使能量转换快速而有效，常选气态物质为工质。
在火电厂中，由于工质连续不断的通过热力设备膨胀做功，因此，要求工质应有良好的膨胀性和流动性，此外，还要求工质热力性质稳定，无毒，无腐蚀，价廉、易得等。
因此，目前火电厂中采用水蒸气作为工质。
水在锅炉中吸热生成蒸气，然后在气轮机中膨胀推动叶轮向外做功，做功后的乏汽在宁汽器中向冷却水放热又凝结为水。
在这一系列中，炉膛中的高温烟气是向工质提供热量的高温热源，气轮机是实现能量转换的热机，凝汽器中的冷却水是吸收工质所释放的废热的低温热源，通过工质的状态变化及它和高温热源、低温热源之间的相互作用实现了热能向机械能的连续转换。
化工热力学公式总结
化工热力学公式总结1.热平衡公式：对于封闭系统，内能变化等于热变化和功变化之和。
即：ΔU=Q-W其中，ΔU表示内能变化，Q表示系统吸收或放出的热量，W表示系统对外做功。
2.热容公式：热容是单位质量物质温度变化1°C所吸收或放出的热量。
Q=mCΔT其中，Q表示吸收或放出的热量，m表示物质的质量，C表示热容，ΔT表示温度变化。
3.平衡常数（K）公式：对于化学反应：aA+bB↔cC+dD反应的平衡常数（K）定义为反应物浓度的乘积与生成物浓度的乘积之比：K=[C]^c[D]^d/[A]^a[B]^b其中，[A]、[B]、[C]、[D]表示反应物和生成物的摩尔浓度。
4.反应焓变（ΔH）公式：反应焓变是化学反应进行过程中吸热或放热的量。
根据焓守恒定律，反应焓变可以通过反应物和生成物焓变的差值表示：ΔH=ΣnΔHf(生成物)-ΣmΔHf(反应物)其中，n和m为反应物和生成物的系数，ΔHf表示物质的标准生成焓。
5.反应熵变（ΔS）公式：反应熵变是化学反应进行过程中熵的变化。
根据熵守恒定律，反应熵变可以通过反应物和生成物熵变的差值表示：ΔS=ΣnS(生成物)-ΣmS(反应物)其中，n和m为反应物和生成物的系数，S表示物质的熵。
6.反应自由能变（ΔG）公式：反应自由能变是化学反应进行过程中自由能的变化，可以通过反应物和生成物的自由能差值表示：ΔG=ΣnG(生成物)-ΣmG(反应物)其中，n和m为反应物和生成物的系数，G表示物质的自由能。
7.热力学平衡公式：对于可逆反应，根据吉布斯自由能变可以推导出热力学平衡公式：ΔG=ΔH-TΔS其中，ΔG为反应的吉布斯自由能变，ΔH为反应的焓变，ΔS为反应的熵变，T为温度。
以上是化工热力学中常用的公式总结，这些公式在研究和设计化工过程中起到了重要的作用。
通过应用这些公式，可以计算和预测系统的热力学性质和能量转化，从而优化化工过程的设计和操作。
同时，这些公式也为研究反应机理和确定过程条件提供了理论基础。
化工热力学-讲义
恒温过程
绝热压缩
p
g
f
1
V
过程 等温压缩
温度
轴功
绝热压缩
多变压缩
（1）等温压缩
（2）绝热压缩
（2）绝热压缩
p
g
H
F
E
D
节 省 的 功
C
I
f
G B
V
A
（1）单级压缩
（2）两级压缩、中间冷却
节流膨胀
绝热，不做功，典型的不可逆过程。重要特征：焓不变。
节流膨胀
绝热做功膨胀
（1）节流膨胀
教材P121
热机 热机 功源
4.6.1 熵产生
能量不仅在数量上具有守恒性,而且在质量上具有品位性 能量 总是从高品位向低品位转化，从有效能向无效能转化 熵 做功能力的大小，熵的大小表示无效能的大小
4.6.2 熵平衡
高温 463.15K
装置
冷却水 273.15
4.7.1 理想功
完全可逆过程的封闭体系， 非流动过程 可逆传热
2.2流体的状态方程式（EOS）
2.2流体的状态方程式（EOS）
2.2.3立方型方程
vdW
RK
SRK
G PR
2.2流体的状态方程式（EOS）
2.2.3立方型方程
vdW
RK
SRK
G PR
2.2流体的状态方程式（EOS）
2.2.3立方型方程
vdW
RK
SRK
G PR
2.2流体的状态方程式（EOS）
恒p
状态 1’ 状态 2
解：
简单的讨论：
初态
1
本题结论
适用条件
恒p
状态 1’
化工热力学
6
3.1 热力学及其特性
热力学主要是研究热现象和能量转换的。 热力学以宏观体系作为自己的研究对象,就 其内容而言,它涉及到热机的效率,能源的利 用,各种物理、化学乃至生命过程的能量转 换,以及这些过程在指定条件下有没有发生 的可能性。 ⑴严密性 ⑵完整性 ⑶普遍性 ⑷精简性
绪论
化工热力学在课程链上的位置 化工热力学发展简史 化工热力学的特性和分支 化工热力学在化学工程中的地位 化工热力学的基本内容 化工热力学的优点和局限性 热力学的研究方法 学习化工热力学的目的和要求 名词、定义和基本概念
37
6 化工热力学的优点和局限性
6.1 优点 6.2 局限性
38
6 化工热力学的优点和局限性
25
5 .化工热力学的基本内容
(2)判断过程进行的方向和限度
建立在热力学第二定律上的一些热力学函 （ ∆S 、∆G等）是判定过程进行方向与限度、 确定平衡状态的依据。 在化工单元操作及反应器设计中，平衡状 的确定、平衡组成的计算、多组元相平衡数据 的求取均是不可少的内容。
26
5 .化工热力学的基本内容
9
这四大定律使热力学成为一门逻辑性强而完整的科学。
3.1 热力学及其特性
⑶普遍性
表现在热现象在日常生活中是必不 可缺少的。热力学的基本定律、基本理 论，不但能够解决实际生产中的问题， 还能够解决日常生活中的问题，甚至用 于宇宙问题的研究。
10
3.1 热力学及其特性
⑷精简性
表现在热力学能够定性、定 量地解决实际问题。
27
5 .化工热力学的基本内容
60年代 乙烯直接氧化法在工业上得到应用， 这种方法不在使用氯，主要反应有二步： 乙烯 环氧乙烷 乙二醇 70年代 由乙烯直接合成乙二醇成功，产品 收率也从乙烯氧化法的75%提高到90%，这意味 着每公斤乙二醇所消耗的乙烯数量比以前降低 了17%。
高等化工热力学
热力学的历史与发展
总结词
热力学的历史可以追溯到18世纪，它的发展经历了多 个阶段，包括经典热力学、统计热力学和高等化工热 力学等。
详细描述
经典热力学是热力学的早期阶段，主要研究热能和机械 能之间的转换。统计热力学则从微观角度研究热现象的 本质和规律。高等化工热力学是在经典热力学和统计热 力学的基础上发展起来的，它结合了化学反应的特点和 热力学的原理，为化工生产提供了理论基础和优化方案 。随着科技的发展，热力学的研究领域不断扩大，涉及 到新能源、节能减排、环保等领域，为人类社会的可持 续发展做出了重要贡献。
03
热力学第二定律
热力学第二定律的表述
热力学第二定律指出，在封闭系统中， 自发过程总是向着熵增加的方向进行， 即系统总是向着无序程度增加的方向 演变。
热力学第二定律也可以表述为，不可 能从单一热源吸收热量并使之完全转 化为功而不产生其他影响。
热力学第二定律的应用
01
热力学第二定律在化工过程中有着广泛的应用，如热量传递、物质分 离和化学反应等。
THANKS
感谢观看
热力学第一定律的应用
热力学第一定律在化工生产中有着广泛的应用，如热力发电、蒸汽动力、制冷技术等。通过热力学第 一定律，我们可以分析各种热能转换装置的工作原理和效率，优化装置的设计和运行参数，提高能源 利用效率。
在化工生产中，热力学第一定律可以帮助我们分析反应过程的能量平衡，预测反应过程中的能量变化 和热量需求，为反应过程的优化提供理论支持。
高等化工热力学
• 热力学基础 • 热力学第一定律 • 热力学第二定律 • 化学平衡 • 相平衡 • 热力学在化工中的应用
01
热力学基础
热力学的定义与目的
总结词
《化工热力学》课件
Van der Waals方程
探讨Van der Waals方程对非理想气体的描述和应 用。
二元混合物
混合物的组成
解释二元混合物的组成及其对热力学性质的 影响。
离子交换
研究离子交换对二元混合物中的离子平衡的 影响。
相平衡曲线
介绍二元混合物相平衡曲线在化工热力学中 的重要性。
活度系数
讲解混合物中的活度系数及其在化工热力学 计算中的应用。
相边界
1
液-气相边界
探索液-气相边界及其在化工过程中
固-气相边界
2
的应用。
了解固-气相边界对于固体反应和蒸
馏过程的重要性。
3
液-固相边界
研究液-固相边界对于溶解过程和晶 体生长的影响。
气体相似性定律
波伊尔斯定律
讨论波伊尔斯定律及其在气 体流动和压缩过程中的应用。
查理定律
探索查理定律对气体热膨胀 和压力变化的影响。
熵和焓
1 熵的概念
2 焓的定义
解释熵作为热力学状态函数的概念和性质。
介绍焓的定义及其在化工热力学中的应用。
3 能量转换
4 热力过程。
说明热力学第一法则与焓的关系和在化工 过程中的应用。
状态方程及其应用
状态方程的定义
理想气体状态方程
介绍状态方程在化工热力学中的基本定义和应用。 研究理想气体状态方程及其在化工过程中的应用。
《化工热力学》PPT课件
通过本课件，您将深入了解化工热力学的基本概念和应用。从熵和焓到热力 学计算和催化反应，准备好探索化学工程的热能世界吧！
化工热力学概述
1 基本原理
2 重要性
3 实际应用
介绍化工热力学的基本 原理和主要研究领域。
化工热力学
流动系统的热力学原理及应用
总目录
本章目录
一个过程发生之后，所产生的熵包括体系所产生的熵和与 体系相互作用的环境所产生的熵之和。 注意：用熵变来判断过程是否可逆时，是把体系和环境 作为一个整体—孤立体系来考虑的。它实际上要求不仅体 系内部所进行的过程是可逆的，体系外部所进行的过程也 是可逆的，即要求过程是完全可逆。 熵增的意义：代表体系做功能力的减少或能量的降级。 熵增越大，体系所进行过程的不可逆程度越大，损失功越 多。
第6章 流动系统的热力学原理及应用
6.1 引言 6.2 热力学第一定律 6.3 热力学第二定律和熵平衡 6.4 有效能与过程的热力学分析 6.5 气体的压缩与膨胀 6.6 动力循环 6.7 制冷循环 6.8 热泵
流动系统的热力学原理及应用
总目录
本章目录
6.1 引言 本章重点：
稳定流动过程及其热力学原理 热力学第一定律和第二定律对化工 过程的能量转化、传递、使用和损 失情况进行分析 能量消耗、大小、原因和部位
流动系统的热力学原理及应用
总目录
本章目录
6.2 热力学第一定律 6.2.1 封闭系统热力学第一定律
数学表达式为：
U Q W
dU Q W
流动系统的热力学原理及应用
总目录
本章目录
6.2.2 稳定流动系统的热力学第一定律 稳定流动状态： 是指流体流动途径中所有各点的状态（如物流的内 能、焓、熵）都不随时间而变化，即所有质量和能量的 流率均为常量，系统中没有物料和能量的积累。 Q
m
j
j
S j miSi S
i
f
Sg
上述式子实际说明体系本身熵变与熵流和熵产的关系。 即：稳流体系熵变等于体系与环境之间交换的热量所携带 的熵流与体系内由于不可逆因素引起的熵产生之和。 上式左端实际上是所研究的体系（具体物质）的性质， 右端是体系与环境之间熵的相互作用。 实际上说明体系的熵与环境相互作用时熵的相互关系。
化工热力学简答题复习
问：化工热力学是以什么定律为基础？ 答：化工热力学是以热力学第一、第二定律为基础。 问：化工热力学主要任务是什么？ 答：化工热力学主要任务是研究化工过程中各种能量的相互转化及其有效利用。 问：化工热力学主要任务是什么？ 答：化工热力学主要任务是研究各种物理和化学变化过程达到平衡的理论极限、条件和状态。
问：常用的三参数的对应状态原理有哪几种？ 答：常用的三参数对比态原理有两种，一种是以临界压缩因子Zc为第三参数；另外一种是以Pitzer提出的以偏心因子作为第三参数的对应状态原理。 问：纯气体和纯液体pVT计算有什么异同。 答：许多p –V -T关系如RKS方程、PR方程及BWR方程既可以用于计算气体的p –V –T，又都可以用到液相区，由这些方程解出的最小体积根即为液体的摩尔体积。当然，还有许多状态方程只能较好地说明气体的p –V -T关系，不适用于液体，当应用到液相区时会产生较大的误差。与气体相比，液体的摩尔体积容易测定。除临界区外，温度（特别是压力）对液体容积性质的影响不大。除状态方程外，工程上还常常选用经验关系式和普遍化关系式等方法来估算。
问：什么是非绝热系？
答：系统与外界有传热 。
问：什么是绝热系？ 答：系统与外界无传热 。 问：什么是非绝功系？ 答：系统与外界有传功 。 问：什么是绝功系？ 答：系统与外界无传功 。 问：什么是非孤立系？ 答：系统与外界有传热、功、质 。 问：什么是非孤立系？ 答：系统与外界无传热、功、质 。 问：什么是广度性质？ 答：广度性质表现出系统量的特性，与物质的量有关，具有加和性。如V, U, H, G, A, S等。
问：功是不是状态函数？ 答：功也不是状态函数，其数值与过程变化的途径有关。 问：功的正副值是如何规定？ 答：最新规定，体系对环境做功取负值，而环境对体系做功取正值。 问：热力学性质有哪些？ 答：可以直接测量的热力学性质有： P 、 V 、 T 、 Cp 、 Cv 等。 问：不可以直接测量的热力学性质有哪些？ 答： 不可以直接测量的热力学性质有 H 、 S 、 U 、 A 、 G 、γ等。
化工热力学的特点
化工热力学的特点化工热力学是研究化学反应与能量转化之间关系的学科，它是化学工程学科中的一个重要分支。
化工热力学的特点主要表现在以下几个方面：1. 热力学基础：化工热力学是建立在热力学基础上的，它包括了热力学原理、热力学方程等基本知识。
热力学是研究能量转化与能量传递规律的科学，它研究的对象不仅包括化学反应过程中的能量变化，还包括物质的相变、传热、传质等过程。
化工热力学通过运用热力学的基本原理和方程，来研究化学反应与能量转化之间的关系。
2. 系统分析：化工热力学研究的对象是化学反应系统，这个系统可以是一个单一的物质，也可以是多个物质之间的反应体系。
化工热力学通过对系统的分析和描述，可以揭示系统中的能量变化规律和物质转化规律，为化学工程的设计和优化提供理论依据。
3. 能量平衡：化工热力学中的一个重要概念是能量平衡。
能量平衡是指在化学反应过程中，系统所吸收和释放的能量之间的平衡关系。
通过能量平衡的分析，可以确定化学反应的放热或吸热性质，从而对反应过程进行控制和调节。
4. 热力学参数：化工热力学研究中常常涉及到一些热力学参数的计算和测定。
例如，焓变、熵变、自由能变等参数，它们可以通过实验测定和计算来获得。
这些参数的计算和测定对于研究化学反应的热力学特性和能量转化效率具有重要意义。
5. 热力学分析方法：化工热力学研究中使用了一系列的分析方法和工具。
例如，热力学平衡分析法、热力学循环分析法、热力学图等。
这些方法和工具可以帮助研究人员对化学反应系统进行全面的热力学分析，揭示系统中的能量转化规律和热力学特性。
6. 应用广泛：化工热力学的研究成果在化学工程领域具有广泛的应用价值。
例如，在化学反应工程中，热力学分析可以用来确定反应的最适温度、最适压力等条件，从而提高反应的效率和产率。
在能源工程中，热力学分析可以用来优化能源转换过程，提高能源利用效率。
在环境工程中，热力学分析可以用来研究废气处理过程中的热能回收和利用等。
高等化工热力学
高等化工热力学
高等化工热力学是化学工程学科中的一个重要分支，它研究化学物质的热力学性质以及在化工过程中的应用。
它主要涉及物质在不同温度、压力和组成条件下的热力学性质，例如物质的物态转变、相平衡、热力学循环等。
高等化工热力学的研究对象包括气体、液体和固体物质，以及气液、液液和固液等多相体系的热力学性质。
通过研究这些性质，可以预测和优化化工过程的工艺条件，提高化工生产的效率和经济性。
高等化工热力学主要包括以下几个方面的内容：
1. 热力学基础：即热力学定律和基本概念，包括热平衡、温度、热力学势、状态方程等。
2. 物相平衡：研究多相体系中不同相的平衡条件和相变规律，包括液气平衡、气固平衡、液固平衡等。
3. 热化学性质：研究化学反应的热力学性质，如反应焓、反应熵、反应平衡常数等，用于优化反应条件和预测反应产物。
4. 热力学循环：研究热力学循环过程的性质和效率，如蒸汽动力循环、制冷循环等，用于热能转换和能量利用。
5. 化工过程热力学：研究化工过程中的热力学性质，如传热、传质、反应器设计等，用于优化化工过程和设备设计。
高等化工热力学在化工工程的各个领域有重要的应用，例如在石油化工过程的热力学分析和优化、化学反应器的热力学设计和控制、制药过程的热力学模拟和优化等。
通过深入研究和应
用高等化工热力学的原理和方法，可以提高化工过程的效率、安全性和可持续发展性。
化工热力学专业知识点总结
化工热力学专业知识点总结一、物质的热力学性质1.热力学状态方程：描述热力学系统状态的方程，可以通过实验数据拟合得到，常见的有理想气体状态方程、范德华方程等。
2.热力学过程：系统经历的状态变化过程，包括等温过程、等容过程、绝热过程等，这些过程可以通过热力学定律进行定量描述和分析。
3.热力学势函数：用来描述系统稳定状态的函数，常见的有焓、内能、吉布斯函数等。
4.相变热力学性质：液相、气相、固相之间的相互转化过程，包括液气平衡、固液平衡等。
5.热力学平衡条件：系统达到热力学平衡的条件，包括热平衡、力学平衡、相平衡等。
二、热力学定律1.热力学第一定律：能量守恒定律，即能量既不会凭空消失，也不会凭空产生，只会在不同形式之间进行转化。
2.热力学第二定律：热不能自发地从低温物体传递到高温物体，这是宇宙中熵增加的基本规律。
3.热力学第三定律：当温度趋近于绝对零度时，系统的熵趋于常数，这是绝对零度不可能实现的热力学定律。
化工热力学不仅包含了上述物质的热力学性质和热力学定律，还涉及到一些实际的应用技术和工程问题。
例如，化工过程中的热力学分析、热力学循环、热能利用、燃烧热力学等内容。
下面我们来重点介绍一些与化工工程实际相关的热力学知识点。
三、热力学循环1.卡诺循环：理想可逆循环过程，由等温膨胀、绝热膨胀、等温压缩和绝热压缩四个过程组成，是热机效率的理论极限。
2.汽轮机循环：以水蒸气为工质的循环，包括理想朗肯循环、实际朗肯循环、再热朗肯循环等。
3.制冷循环：以制冷剂为工质的循环，包括制冷机、空调机、冷冻机等。
四、燃烧热力学1.燃烧过程：燃烧是一种复杂的热力学过程，包括燃烧反应机理、燃料燃烧热值、燃烧平衡等内容。
2.燃烧产物：燃料燃烧的产物包括二氧化碳、水蒸汽、一氧化碳、氨气、硫化物等，这些产物的生成与燃烧条件密切相关。
3.燃烧效率：燃料的利用效率，可以通过燃烧反应焓变来计算。
五、化工热力学应用1.热力学分析：化工反应器设计、炼油装置设计、化工装备热力计算等都需要进行热力学分析。
化工热力学
,
n
j
i
[
(nG ni
)
]T
,
P
,n
j
i
变化。
i Hi Hi
i Ai Ai
i Gi Gi
[((nnnHiA))]T,P,nji [ ni ]T,P,nj i
[
(nG n
Virial Eq
PV B C D
z
RT
1 V
V2
V3
z PV 1 B'P C'P 2 D' P 3 RT
普遍化关系式法
① 两参数通用Z图 z f Tr , Pr
由Tr，Pr查图得Z值
② pitzer三参数通用关系式 z f Tr , Pr ,
T Tr Tc
P Pr Pc
p
3）饱和蒸汽可逆绝热膨胀；
C
4）饱和液体恒容加热；
5）在临界点进行的恒温膨胀
5
4
1
3(T降低)
2
V
1）过热蒸汽等温冷凝为过冷液体；
2）过冷液体等压加热成过热蒸汽；
T
4
3）饱和蒸汽可逆绝热膨胀；
C 5 4）饱和液体恒容加热；
5）在临界点进行的恒温膨胀
1
2
3(T降低)
S
第四章 流体混合物（溶液）的热力学性质
原始函数关系式 四大微分方程式 Maxwell关系式
H=U+pV
Hale Waihona Puke dU=TdS-pdVG=H-TS A=U-TS
dH=TdS+Vdp dA=-SdT-pdV
第一、二关系式
热一、二律
dG=-SdT+Vdp
三．热力学图表
化工热力学,应用
化工热力学,应用
化工热力学是一门应用型的科学，主要研究化学反应过程中的热力学性质。
它主要用于解决化工生产中的问题，如：
1.反应的可行性分析：通过计算反应的热力学量，如反应
的放热、吸热量等，可以判断反应是否可行，以及反应的效
率。
2.工艺的优化设计：通过对反应的热力学量进行计算，可
以优化工艺流程，降低能量消耗，提高生产效率。
3.工艺的计算：通过计算反应的热力学量，可以精确计算
工艺的能量消耗，为节能减排提供理论依据。
4.环境保护：通过对反应的热力学量进行计算，可以分析
反应过程中的废气、废水、废渣的生成情况，为环境保护提
供理论依据
化工热力学还有以下应用：
1.能源储存与转化：通过研究化学反应的热力学性质，可
以设计化学储能装置，用于储存和转化能量。
2.化工装置的热设计：化工装置中的反应器、蒸发器、冷
凝器等设备的热设计都要基于化工反应的热力学性质。
3.化工催化剂的选择与设计：化工催化剂能够使反应速率
增加，提高生产效率。
催化剂的选择和设计要基于反应的热
力学性质。
4.化工产品的质量控制：化工产品的质量很大程度上取决
于反应的热力学条件，因此化工热力学在产品的质量控制中
也有重要作用。
化工热力学
化工热力学化工热力学是研究化学过程中能量转化、能量平衡和热力学性质的学科领域。
它涉及到物质的热力学性质、热力学过程和热力学定律的应用。
本文将简要介绍化工热力学的基本概念和原理，并探讨其在化学工程中的应用。
化工热力学是热力学在化学工程中的应用。
热力学是研究物质能量转化和物质变化规律的学科，它以能量和热力学性质为基本研究对象。
化工热力学主要研究化学反应、相平衡、相变、能量平衡等热力学过程。
热力学第一定律是热力学的基本定律之一。
它表明能量是守恒的，能量不会自发地产生或消失。
根据热力学第一定律，化学反应过程中的能量转化可以分为放热反应和吸热反应。
放热反应是指在反应过程中释放出能量，使系统的内能减小。
吸热反应则相反，其反应过程吸收了外界的能量，使系统的内能增大。
热力学第一定律为我们理解化学反应过程中能量转化提供了基本原理。
热力学第二定律是热力学的另一个重要定律。
它阐述了一个系统的熵在不可逆过程中增加的原则。
熵是衡量系统无序程度的物理量，根据热力学第二定律，自然界中任何一个孤立系统的熵都不会减小，而是增加或保持不变。
这意味着化学反应过程必须满足熵的增加原理，即反应进行时系统的总熵必须增加，否则反应不会自发发生。
热力学第二定律为我们理解自然界中的现象和反应提供了基本原则。
在化学工程中，热力学的应用非常广泛。
它可以用来设计和优化化学工艺流程，在工程实践中起着重要的作用。
例如，在化学工艺的热能平衡计算中，需要考虑各种热力学参数，如反应热、燃烧热、蒸发热等。
这些参数是确定反应过程中能量转化情况的重要依据，能够帮助工程师准确地估算能量的供应和消耗，从而合理设计设备和控制过程。
此外，热力学还可以用于预测和评估化学反应的可行性和方向性。
利用热力学的知识，我们可以计算反应的平衡常数和Gibbs自由能变化，从而判断反应是否会发生以及从哪个方向进行。
这对于开发新的化学反应和优化现有反应具有重要意义。
另外，化工热力学还可以应用于化学工程设备的热力学性能分析和优化。
化工热力学
化工热力学化工热力学是研究化学反应与热力学性质之间关系的一门学科。
反应热力学是研究化学反应中能量变化与反应速率之间的关系的学科，它是理解和优化化学反应过程的重要工具。
本文将从化工热力学的基础概念、热力学常数、热力学平衡以及应用等方面进行探讨。
一、化工热力学的基础概念1. 热力学热力学是研究物质内部热平衡和物质间热平衡以及它们与热的能量转换的学科。
化工热力学则是将热力学理论与化学反应过程相结合，用于分析和预测化学反应的热力学性质。
2. 热力学系统热力学系统指被研究的物体或物质，可以是一个化学反应体系，也可以是一台热力学设备。
在研究中，通常将系统划分为开放系统、封闭系统和孤立系统。
3. 热力学过程热力学过程是指物体或物质由一个热力学状态变为另一个热力学状态的过程。
常见的热力学过程有等温过程、等压过程、等容过程和绝热过程等。
二、热力学常数热力学常数是描述物质热力学性质的数值常数，常见的热力学常数有气体常数R、普朗克常数h、玻尔兹曼常数k等。
这些常数在化工热力学的计算和分析中起到关键作用。
1. 气体常数R气体常数R是描述理想气体性质的常数，其值为8.314 J/(mol·K)。
在化工热力学中，通过R的应用可以计算出化学反应的焓变、熵变等重要热力学参数。
2. 普朗克常数h普朗克常数h是描述微观粒子行为的量子力学常数，其值为6.62607015 × 10^-34 J·s。
在热力学计算中，普朗克常数用于计算能量的量子化，特别是对于高能量的粒子和较小的粒子。
3. 玻尔兹曼常数k玻尔兹曼常数k是描述分子热运动与热力学性质之间关系的常数，其值为1.380649 × 10^-23 J/K。
在化工热力学中，玻尔兹曼常数用于计算熵变、内能等重要热力学参数。
三、热力学平衡热力学平衡是指热力学系统中各种热力学性质处于稳定状态的状态。
在化工反应中，热力学平衡是指反应物与产物的浓度、压力和温度等热力学性质不再发生可观察的变化。
高等化工热力学
高等化工热力学1. 热力学的基本概念和原理热力学是研究物质能量转化与传递规律的科学，它对于化工领域的工艺设计和能源利用具有重要意义。
高等化工热力学是在基础热力学的基础上，进一步深入研究了化工过程中更复杂的热力学现象。
1.1 系统和界面在高等化工热力学中，首先需要明确研究对象是一个系统。
系统是指一定数量的物质和能量所组成的部分，在进行热力学分析时，我们通常将其划分为开放系统、封闭系统和孤立系统。
•开放系统：与外界可以交换物质和能量；•封闭系统：与外界只能交换能量；•孤立系统：与外界既不能交换物质也不能交换能量。
不同类型的系统在分析过程中需要采用不同的方法，并考虑到相应的边界条件。
1.2 状态函数和过程函数在高等化工热力学中，我们经常使用状态函数来描述系统的状态。
状态函数只与系统所处的状态有关，而与达到该状态所经历的过程无关。
常见的状态函数有温度、压力、体积和摩尔数等。
与状态函数相对应的是过程函数，它们与系统所经历的过程有关，包括热量、功和物质的传递等。
在化工领域中，我们经常关注各种热力学过程，如等温过程、绝热过程和等焓过程等。
1.3 热力学第一定律热力学第一定律是能量守恒定律在热力学中的表述。
根据热力学第一定律，系统的内能变化等于系统所吸收或放出的热量与对外界做功之和。
数学表达式为：ΔU=Q−W其中，ΔU表示系统内能变化，Q表示系统吸收或放出的热量，W表示对外界做的功。
1.4 熵和熵增原理熵是描述系统无序程度的物理量，在高等化工热力学中起着重要作用。
根据熵增原理，孤立系统总是趋向于增加其总熵。
这意味着在自发过程中，系统总是朝着更高的无序状态发展。
通过计算系统和周围环境的熵变，可以判断一个过程是否自发进行。
当系统的总熵增大时，过程是自发进行的；当系统的总熵减小时，过程是不可逆进行的。
2. 热力学分析方法在高等化工热力学中，有多种方法可以用来分析和计算化工过程中涉及的能量转化和传递。
以下介绍几种常用的分析方法。
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第1章绪论本章目的了解化工热力学的过去，现在和将来本章主要内容（1） 简要发展史（2） 化工热力学的主要内容（3） 化工热力学研究方法及其发展（4） 化工热力学的重要性1.1热力学发展简史了解热力学研究是从温度、热的研究开始的，结合蒸汽机的发明，为热机的设计和使用，一开始就与工程紧密结合。
热力学三个定律的提出为能与功的转换作出定性及定量的指导，并发展为工程热力学。
与化学相结合，产生了化学热力学，增加了化学变化的内容。
与化学工程相结合，产生了化工热力学，特别是增加了相平衡内容。
1.2 化工热力学主要内容化工热力学包括：（1） 一般热力学中基本定律和热力学函数。
（2） 化学平衡和相平衡，特别是各种相平衡计算，即不同条件下各相组成关系。
（3） 能量计算，不同温度、压力下焓的计算。
（4） 部分工程热力学内容，例如冷冻。
（5） 为进行上述运算，需要P-V-T关系、逸度、活度等关系。
为进行化工热力学及化学工程计算，需要大批热力学及传递性质数据，因此有关的内容形成了化工热力学的一个分支－化工数据。
1.3 化工热力学的研究方法及其发展注意：化工热力学研究过程中有经典热力学和分子热力学之外，前者不研究物质，不考虑过程机理，只从宏观角度研究大量分子组成的系统，达到平衡时表现的宏观性质。
大体上是从某种宏观性质计算另外一些宏观性质，或以经验、半经验方程为基础，用实验值进行回归以便内插计算。
分子热力学是从微观角度应用统计的方法，研究大量粒子群的特性，将宏观性质看作是微观的统计平均值。
由于理论的局限性，统计力学及数学上的困难，目前使用还是局部的或近似的。
两者难于严格区分，互相渗透，本课程还是以经典热力学方法为主，但也利用分子热力学内容。
1.4 化工热力学的重要性化工热力学是定性的学科，更是定量的学科。
化工热力学在化工设计（计算）中物料衡算、热量衡算及各种计算中必不可少。
本章总结学习本课程后，应再返回绪论，重新认识化工热力学，也可自己对化工热力学作出总结。
第2章流体的p –V -T关系本章目的能熟练掌握流体（特别是气体）的各种类型的P、V、T关系（包括状态方程法和对应状态法）及其应用、优缺点和应用范围。
本章主要内容（1） 通过纯物质的p –V –T图、p –V图和p –T图，了解纯物质的p –V –T关系。
（2） 掌握维里方程的几种形式及维里系数的物理意义。
（3） 熟练运用二阶舍项的维里方程进行pVT计算。
（4） 理解立方型状态方程的普遍特点。
（5） 重点掌握RK方程一般形式和迭代形式的使用。
熟练运用RK方程进行气体的pV T 计算。
（6） 掌握RKS和PR方程。
并能运用RKS和PR方程进行纯流体的pVT计算。
（7） 掌握偏心因子的概念。
（8） 理解对比态原理的基本概念和简单对比态原理。
（9） 熟练掌握三参数的对应状态原理和压缩因子图的使用。
（10） 熟练运用普遍化状态方程式解决实际流体的pVT计算。
（11） 初步了解液体的pVT关系。
（12） 掌握混合物的pVT关系。
重点掌握kay规则、气体混合物的第二维里系数和立方型状态方程的混合规则。
在化工过程的分析、研究与设计中，流体的压力p、体积V和温度T是流体最基本的性质之一，并且是可以通过实验直接测量的。
而许多其它的热力学性质如内能U、熵S、Gibbs 自由能G等都不方便直接测量，它们需要利用流体的p –V –T数据和热力学基本关系式进行推算。
因此，流体的p –V –T关系的研究是一项重要的基础工作。
2.1 纯物质的p –V –T关系纯物质在平衡态下的p –V –T关系，可以表示为三维曲面，如图2－1。
图2－1 纯物质的p –V –T图曲面上分单相区及两相共存区。
曲线AC和BC代表汽液共存的边界线，它们相交于点C，C点是纯物质的临界点，它所对应的温度、压力和摩尔体积分别称为临界温度T c、临界压力p c和临界体积V c。
将p –V –T曲面投影到平面上，则可以得到二维图形。
图2－2和2－3分别为图2－1投影出的p –T图和p –V图。
图2－3 纯物质的p –V图图2－2 纯物质的p –T图图2－2中的三条相平衡曲线：升华线、熔化线和汽化线，三线的交点是三相点。
高于临界温度和压力的流体称为超临界流体，简称流体。
如图2－2，从A点到B点，即从液体到汽体，没有穿过相界面，即是渐变的过程，不存在突发的相变。
超临界流体的性质非常特殊，既不同于液体，又不同于气体，可作为特殊的萃取溶剂和反应介质。
近些年来，利用超临界流体特殊性质开发的超临界分离技术和反应技术成为引人注目的热点。
图2－3是以温度T为参变量的p –V图。
图中包含了若干条等温线，高于临界温度的等温线曲线平滑并且不与相界面相交。
小于临界温度的等温线由三个部分组成，中间水平段为汽液平衡共存区，每个等温线对应一个确定的压力，即为该纯物质在此温度下的饱和蒸气压。
曲线AC和BC分别为饱和液相线和饱和气相线，曲线ACB包含的区域为汽液共存区，其左右分别为液相区和气相区。
等温线在两相区的水平段随着温度的升高而逐渐变短，到临界温度时最后缩成一点C。
从图2－3中可以看出，临界等温线在临界点上是一个水平拐点，其斜率和曲率都等于零，数学上表示为：0=⎟⎠⎞⎜⎝⎛∂∂=CT T V p （2－1） 022=⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛∂∂=CT T V p （2－2） 式（2－1）和（2－2）对于不同物质都成立，它们对状态方程等的研究意义重大。
2.2 气体的状态方程描述流体p –V -T 关系的函数式为：()0,,=T V p f （2－3）式（2－3）称为状态方程（Equation of Satate ，EOS ），用来联系在平衡态下纯流体的压力、摩尔体积、温度之间的关系。
在化工热力学中，状态方程具有非常重要的价值，它不仅表示在较广泛的范围内p 、V 、T 之间的函数关系，而且可以通过它计算不能直接从实验测得的其他热力学性质。
目前存在的状态方程分如下几类：（1） 理想气体状态方程（2） virial （维里）方程（3） 立方型状态方程（4） 多参数状态方程2.2.1 理想气体状态方程假定分子的大小如同几何点一样，分子间不存在相互作用力，由这样的分子组成的气体叫做理想气体。
在极低的压力下，真实气体可以当作理想气体处理，以简化问题。
理想气体状态方程是最简单的状态方程：RT pV = （2－4）有时，在工程设计中，可以用理想气体状态方程进行近似的估算。
另外，它可以作为衡量真实气体状态方程是否正确的标准之一，当→p 0或者∞→V 时，任何真实气体状态方程都应还原为理想气体方程。
2.2.2 维里方程该方程利用统计力学分析了分子间的作用力，具有较坚实的理论基础。
方程的形式为："+′+′+′+==321p D p C p B RTpV Z （2－5） "++++=321VD V C V B （2－6） "++++=321ρρρD C B （2－7）式中，)(B B ′、)(C C ′、)(D D ′……分别称为第二、第三、第四……维里（virial ）系数。
当方程（2－5）～（2－7）取无穷级数时，不同形式的virial 系数之间存在着下述关系：RT B B =′ （2－8a ） ()22RT B C C −=′ （2－8b ）()3323RT B BC D D +−=′ （2－8c ）从统计力学分析，第二virial 系数表示两个分子碰撞或相互作用导致的与气体理想性的差异，第三virial 系数则反应三个分子碰撞或相互作用导致的与气体理想性的差异。
原则上，方程（2－5）～（2－7）均应是无穷项，但一般在工程实践中，最常用的是二阶舍项的维里方程，其形式为：VB Z +=1 （2－9） p B ′+=1 （2－10a ）RTBp +=1 （2－10b ） 实践表明：当温度低于临界温度、压力不高于1.5MPa 时，用二阶舍项的维里方程可以很精确地表示气体的p –V -T 关系，当压力高于5.0MPa 时，需要用更多阶的维里方程。
维里方程不仅可以用于p –V -T 关系的计算，而且可以基于分子热力学利用维里系数联系气体的粘度、声速、热容等性质。
2.2.3 立方型状态方程立方型状态方程是指方程可展开为体积（或密度）的三次方形式。
这类方程能够解析求根，有较高精度，又不太复杂，很受工程界欢迎。
（1） van der Waals 状态方程2Va b V RT p −−= （2－11） 该方程是第一个适用于实际气体的状态方程，与理想气体状态方程相比，它加入了参数a 和b ，它们分别表征分子间的引力和分子本身体积的影响，可以从流体的p-V-T 实验数据拟合得到，也可以由纯物质的临界数据计算得到。
（2） Redlich-Kwong 方程Redlich-Kwong 方程简称RK 方程，其形式为：)(5.0b V V T a b V RT p +−−= （2－12） 式中a ，b 为RK 参数，与流体的特性有关，可以用下式计算：c c p T R a /42748.05.22= （2－13a ）c c p RT b /08664.0= （2－13b ）RK 方程的计算准确度比van der Waals 方程有较大的提高，可以比较准确地用于非极性和弱极性化合物，但对于强极性及含有氢键的化合物仍会产生较大的偏差。
为了进一步提高RK 方程的精度，扩大其使用范围，便提出了更多的立方型状态方程。
（3） Soave-Redlish-Kwang 方程（1972年）为了提高RK 方程对极性物质及饱和液体p –V –T 计算的准确度。
Soave 对RK 方程进行了改进，称为RKS （或SRK ，或Soave ）方程。
方程形式为：()()b V V T a b V RT p +−−= （2－14） 其中， ()()()T p T R T a T ac c αα⋅=⋅=/4278.022 （2－15a ）c c p RT b /08664.0= （2－15b ） []25.0)1(1)(r T m T −+=α （2－15c ） 2176.0574.1480.0ωω−+=m （2－15d ）式中，ω为偏心因子。
RKS 方程提高了对极性物质及含有氢键物质的p –V –T 计算精度。
更主要的是该方程在饱和液体密度的计算中更准确。
为了便于利用计算机求解，RK 方程和RKS 方程也可以表示成下列形式：⎟⎠⎞⎜⎝⎛+−−=h h B A h Z 111 （2－16a ） Z B V b h m ==（2－16b ） 式中：RTbp B = （2－16c ） 5.22T R ap A = （RK 方程），22TR ap A = (RKS 方程) （2－16d ） 利用上述方程可以进行迭代计算。