山东理工大学化工热力学绪论
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chap1 绪论 化工热力学
平衡、力平衡、相平衡、化学平衡）的必要条件
是引起体系状态变化的所有势差如温度差、压力
差、化学位差等为零。需要指出的是平衡状态实
质上是动态平衡。
热力学的变量：强度量与广度量
强度量：数值仅取决于物质本身的特性，而与物 质的数量无关。如温度、压力、密度、摩 尔内能等。 广度量: 数值与物质的数量成正比。如体积、质 量、熵、焓、内能等。 单位质量的广度量是强度量。
循环：体系经过一系列的状态变化过程 后，最后又回到最初状态的整个 变化过程。可分为正向循环和逆 向循环。
2.热力学的分支
（1）工程热力学（Engineering Thermodynamics）
主要研究热能与机械能之间的转换规律以及在
工程中的应用。 （2）化学热力学（Chemical Thermodynamics） 应用热力学原理研究有关化学中各类平衡问题。 主要侧重于热力学函数的计算，主要是H、S、U、 F和G的计算。
（3）化工热力学（Chemical Engineering Thermodynamics） 研究在化学工程中的热力学问题。具有双重特点。主要
侧重于工程计算。它既能解决能量的利用问题，又能解决相
际间质量传递与化学反应方向与限度等问题。
（4）统计热力学（Statistical Thermodynamics） 从微观角度出发研究过程的热现象。
根据体系与环境的需相互关系，热力学体
系可分为：
孤立体系：体系与环境之间既无物质之 间的交换也无能量的交换。 封闭体系：体系与环境之间只有能量的 交换而无物质的交换。 敞开体系：体系与环境可以有能量与物 质的交换。
平衡状态的定义：一个体系在不受外界影响 的条件下，如果它的宏观性质不随时间而变化此
体系处于热力学平衡状态。达到热力学平衡（热
是引起体系状态变化的所有势差如温度差、压力
差、化学位差等为零。需要指出的是平衡状态实
质上是动态平衡。
热力学的变量：强度量与广度量
强度量：数值仅取决于物质本身的特性，而与物 质的数量无关。如温度、压力、密度、摩 尔内能等。 广度量: 数值与物质的数量成正比。如体积、质 量、熵、焓、内能等。 单位质量的广度量是强度量。
循环：体系经过一系列的状态变化过程 后，最后又回到最初状态的整个 变化过程。可分为正向循环和逆 向循环。
2.热力学的分支
（1）工程热力学（Engineering Thermodynamics）
主要研究热能与机械能之间的转换规律以及在
工程中的应用。 （2）化学热力学（Chemical Thermodynamics） 应用热力学原理研究有关化学中各类平衡问题。 主要侧重于热力学函数的计算，主要是H、S、U、 F和G的计算。
（3）化工热力学（Chemical Engineering Thermodynamics） 研究在化学工程中的热力学问题。具有双重特点。主要
侧重于工程计算。它既能解决能量的利用问题，又能解决相
际间质量传递与化学反应方向与限度等问题。
（4）统计热力学（Statistical Thermodynamics） 从微观角度出发研究过程的热现象。
根据体系与环境的需相互关系，热力学体
系可分为：
孤立体系：体系与环境之间既无物质之 间的交换也无能量的交换。 封闭体系：体系与环境之间只有能量的 交换而无物质的交换。 敞开体系：体系与环境可以有能量与物 质的交换。
平衡状态的定义：一个体系在不受外界影响 的条件下，如果它的宏观性质不随时间而变化此
体系处于热力学平衡状态。达到热力学平衡（热
化工热力学第1章绪论-热力学
系。
微观研究方法
(统计热力学)
特点:建立在大量粒子群的统
计性质的基础上,从物质的微
观结构观察与分析问题，预
测与解释平衡情况下物质的
宏观性质。从分子间的相互
作用出发，建立宏观性质与
微观性质的关系。
37
➢化工热力学的局限性
经典热力学局限性之一
不能定量预测物质的宏观性质；
不能解释微观本质及其产生某种现象的内部原因。
➢
进行过程的能量衡算;
➢
研究化工过程能量的有效利用;
➢
热力学数据与物性数据的测量、关联和预测。
u2
H mg Z m
Q Ws
2
、c、 s、 E、 、 c、 HP ......
Q p H C P dT
T2
T1
f H 、C H 、 f G、Cigp 、 H vap ......
也实施不了；热力学证明是可以行通的事情，
在实际当中才能够行的通。
N 2 3 H 2 2 NH 3
G 0( 25o C、
0.1MPa）
G 0( 500o C ,20 50 MPa )
33
1.3热力学特性及局限性
➢热力学的四大特性
⑵完整性:
• 热力学第一定律：能量守恒定律
• 热力学第二定律：熵增原理(热效率)
G的计算。
31
1.2 热力学的分支
⑶ 化工热力学(Chemical Engineering Thermodynamics)
研究在化学工程中的热力学问题，化工热力学具有
化学热力学和工程热力学的双重特点。它既要解决
能量的利用问题，又要研究解决相际之间质量传递
微观研究方法
(统计热力学)
特点:建立在大量粒子群的统
计性质的基础上,从物质的微
观结构观察与分析问题，预
测与解释平衡情况下物质的
宏观性质。从分子间的相互
作用出发，建立宏观性质与
微观性质的关系。
37
➢化工热力学的局限性
经典热力学局限性之一
不能定量预测物质的宏观性质；
不能解释微观本质及其产生某种现象的内部原因。
➢
进行过程的能量衡算;
➢
研究化工过程能量的有效利用;
➢
热力学数据与物性数据的测量、关联和预测。
u2
H mg Z m
Q Ws
2
、c、 s、 E、 、 c、 HP ......
Q p H C P dT
T2
T1
f H 、C H 、 f G、Cigp 、 H vap ......
也实施不了；热力学证明是可以行通的事情，
在实际当中才能够行的通。
N 2 3 H 2 2 NH 3
G 0( 25o C、
0.1MPa）
G 0( 500o C ,20 50 MPa )
33
1.3热力学特性及局限性
➢热力学的四大特性
⑵完整性:
• 热力学第一定律：能量守恒定律
• 热力学第二定律：熵增原理(热效率)
G的计算。
31
1.2 热力学的分支
⑶ 化工热力学(Chemical Engineering Thermodynamics)
研究在化学工程中的热力学问题，化工热力学具有
化学热力学和工程热力学的双重特点。它既要解决
能量的利用问题，又要研究解决相际之间质量传递
化工热力学 绪论
热力学第零定律
温度的热力学定义(热力学第零定律) F.W.Fowler 如果两个系统分别与第三个系统
处于热平衡，则两个系统彼此必然处于热 平衡。 温度测量 的基础 B温度计
A
B
B
C
热平衡
热平衡 必然平衡
温度的热力学定义
处于同一热平衡状态的各个热力系， 必定有某一宏观特征彼此相同，用于 描述此宏观特征的物理量 温度 温度是确定一个系统是否与其它系 统处于热平衡的物理量
• 开尔文
• 1848年，英国科学家威廉· 汽姆逊· 开尔文勋爵
（1824～1907）建立了一种新的温度标度， 称为绝对温标，它的量度单位称为开尔文 （K）。这种标度的分度距离同摄氏温标的分 度距离相同。它的零度即可能的最低温度，相 当于摄氏零下273度（精确数为-273.15℃）， 称为绝对零度。因此，要算出绝对温度只需在 摄氏温度上再加273即可。那时，人们认为温 度永远不会接近于0K，但今天，科学家却已经 非常接近这一极限了。
优点：简单、可靠、解决工程问题 比较容易
缺点：不能解释微观本质及其发生
经典热力学：以宏观方法研究平衡态
的内部原因
体系的热力学
二、微观研究方法
建立在大量粒子群的统计性质的基础上
它是从不同物质的微观结构观察与分析问题， 预测与解释平衡情况下物质的宏观特性。对热力 学原理也获得较深入的理解。
1 1, a 1,b
2
2
2
1
a
2
b
dz 0
例如:温度变化 山高度变化
状态参数的微分特征
设Z=Z (x , y) d z 是全微分
z z dz dx dy x y y x
化工热力学第一章绪论
就，建立模型，以易测数据推算难测数据
2020/7/6
绪论：
化工热力学的研究内容和特点
1、化工热力学的研究内容
原理-模型-应用构成化工热力学研究内容的三要 素。运用经典热力学的原理，结合反映体系特征的模型， 应用于解决工程中的实际问题。
2020/7/6
绪论：
化工热力学的研究内容和特点
2020/7/6
特点： 制冷、发电 介质简单：水蒸气、氨、氟里昂
2020/7/6
绪论：
化工热力学的定义和用途
C、化学热力学（ Chemical Thermodynamics）— 应用热 力学来处理热化学、相平衡和化学平衡等化学领域中的问题， 则形成化学热力学。
例1：利用热力学的原理能计算出在何种温度和压力 条件下，由氮和氢合成氨时的最高产量，这在化肥工业上产 生了重要影响。
例2：石墨与金刚石二者间转变时的温度与压力效应 的热力学计算，不但预示了人工制造金刚石所需的条件，并 且导出了关于自然界金刚石形成的地质条件的假说。
2020/7/6
绪论：
化工热力学的定义和用途
D、化工热力学（ Chemical Engineering Thermodynamics） — 集化学热力学和工程热力学之大成的 学科。
A、热力学（Thermo-dynamics ）—— 讨论热与功转化规 律的科学。
远古“钻木取火”——机械能转换为内能。 12世纪“火药燃烧加速箭支的飞行” 19世纪“蒸汽机”——热转换为功。
B、工程热力学（Engineering Thermodynamics）——将 热力学的基本理论应用于工程技术领域，则为工程热力学。 主要研究热能与机械能之间转换规律以及在工程中的应用。
2020/7/6
2020/7/6
绪论：
化工热力学的研究内容和特点
1、化工热力学的研究内容
原理-模型-应用构成化工热力学研究内容的三要 素。运用经典热力学的原理，结合反映体系特征的模型， 应用于解决工程中的实际问题。
2020/7/6
绪论：
化工热力学的研究内容和特点
2020/7/6
特点： 制冷、发电 介质简单：水蒸气、氨、氟里昂
2020/7/6
绪论：
化工热力学的定义和用途
C、化学热力学（ Chemical Thermodynamics）— 应用热 力学来处理热化学、相平衡和化学平衡等化学领域中的问题， 则形成化学热力学。
例1：利用热力学的原理能计算出在何种温度和压力 条件下，由氮和氢合成氨时的最高产量，这在化肥工业上产 生了重要影响。
例2：石墨与金刚石二者间转变时的温度与压力效应 的热力学计算，不但预示了人工制造金刚石所需的条件，并 且导出了关于自然界金刚石形成的地质条件的假说。
2020/7/6
绪论：
化工热力学的定义和用途
D、化工热力学（ Chemical Engineering Thermodynamics） — 集化学热力学和工程热力学之大成的 学科。
A、热力学（Thermo-dynamics ）—— 讨论热与功转化规 律的科学。
远古“钻木取火”——机械能转换为内能。 12世纪“火药燃烧加速箭支的飞行” 19世纪“蒸汽机”——热转换为功。
B、工程热力学（Engineering Thermodynamics）——将 热力学的基本理论应用于工程技术领域，则为工程热力学。 主要研究热能与机械能之间转换规律以及在工程中的应用。
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化工热力学-第1-2章
2.1 引言
热力学性质的计算需要流体最基本的性质 流体最基本的性质： (1)P、V、T、组成和热容数据； （2）热数据（标准生成焓和标准生成熵等） 积累了大量纯物质及其混合物的P-V-T数据 大部分纯物质的临界参数、正常沸点、饱 和蒸汽压的基础数据
2.2 纯物质的 –V –T相图 纯物质的p 相图
第一章 绪论
主要任务： 主要任务：是运用经典热力学原理解决
（1）过程进行的可行性分析和能量有效利用； ）过程进行的可行性分析和能量有效利用； （2）平衡问题，特别是相平衡； ）平衡问题，特别是相平衡； （3）平衡状态下的热力学性质计算。 ）平衡状态下的热力学性质计算。 (4)热力学性质与压力、温度和组成等能够直接测量的物理量联系起来； 热力学性质与压力、温度和组成等能够直接测量的物理量联系起来； 热力学性质与压力 V=V（T，P） （ ， ） M=M（T，P） M=U，H，A，G，Cp，…… （ ， ） ， ， ， ， ， （5）检验实验数据质量 ）
有穿过相界面，这个变化过程是渐变的过程， 即从液体到流体或从气体到流体都是渐变的 过程，不存在突发的相变。超临界流体的性质
B
非常特殊，既不同于液体，又不同于气体，它 的密度接近于液体，而传递性质则接近于气 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。
第一章 绪论
1.5 热力学性质计算的一般方法
[例题 例题1-1] 计算例图1-1所示的纯流体单相区的强度性质M的变 例题
化量.系统从(T1,p1)的初态变化至(T2,p2)的终态。
解决问题的一般步骤： P （1）变量分析 M=（T，P） (T2,p2) （2）将热力学性质与能直接测量的P-V-T 性质和理想气体热容Cpig联系起来 △M=M（T2，p2）-M （T1，p1） (T1,p1) ig（T ，p ）] =[M（T2，p2）-M 2 0 T - [M（T1，p1）-M ig（T1，p0）] 例图1-1 均相纯物质的 均相纯物质的P-T图 例图 图 + [M ig （T2，p0）-M ig（T1，p0）] （3）引入表达系统特性的模型 （4）数学求解
化工热力学 课件 第1章-绪论
本章主要内容
1.1 化工热力学的地位和作用 1.2 化工热力学研究内容与主要方法 1.3 化工热力学的局限性 1.4 在化工研究与开发中的重要应用 1.5 如何学好化工热力学 1.6 热力学基本概念
1.1 化工热力学的地位和作用
资源和能源问题：走节约化发展道路 人类社会的发展是能源利用的历史！ 人类利用能源的三个阶段：
⎧< 0 自发过程 ΔGT , p ⎨ ⎩ = 0 平衡过程
⎧< 0 自发过程 ∑ (ν i μi ) ⎨= 0 平衡过程 i ⎩
，
(μ
α
i
− μi
β
)
⎧ > 0 自发过程 ⎨ ⎩ = 0 平衡过程
，
z以上所列关系式将过程的方向和限度与系统的初、终 态状态函数变化的比较联系起来。
，
z状态函数的变化只与系统的初、终态有关，与过程进 行的途径无关。 ¾可利用物质的热力学性质数据，去计算一些实际难测 而需要的数据，如化学反应的热效应与反应平衡等。也 可以对不可逆过程的状态函数变化，按易于计算的可逆 过程状态函数变化进行，如对过程不可逆程度的计算等。
1.6 热力学基本概念
系统（system）
封闭系统 均相封闭系统,非均相封闭系统 敞开系统 孤立系统
环境(surroundings) 流动系统
热力学性质
平衡状态下压力,体积,温度,组成和 其它热力学函数的变化规律 p, V, T，n U, H, cp, cv , S, G, A
传递性质
物质和能量传递过程的非平衡特性 热导,扩散系数,粘度
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
节约能源：
¾ 中国的能源浪费十分惊人 9单位能耗创造财富低于发达国家; 9每GDP的能耗为世界平均水平的3～4倍, 日本的11倍，美国的4.3倍，德国法国的7.7倍
高职化工热力学-绪论
性
9
第 一 章 绪
论
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， 问题 的 。
10
1.1.3 化工热力学研究的内容
第
工程热力学＋ 工程热力学＋化学热力学
一 章 绪
内 容 物质 传 统 发 展 极性或非极性小分子 电解质、 电解质 、 高分子化合 物、生物大分子
例1：典型的石油深冷分离，能量消耗较大， 典型的石油深冷分离，能量消耗较大， 经过全面分析和研究，采用原料分段预冷进 经过全面分析和研究， 中间再沸器和其他措施， 料、中间再沸器和其他措施，对相同规模的 石油气分离装置可节能25% 25%。 石油气分离装置可节能25%。 凡是有能量交换的地方，就有热力学问题。 凡是有能量交换的地方，就有热力学问题。 这里的能量交换包括热、 动能、 这里的能量交换包括热、功、动能、位能和 化学能（化学反应）的交换。 化学能（化学反应）的交换。
10:54
16
1.2.1 宏观研究法（黑箱法 黑箱法)
第 一 章 绪
属经典热力学，从宏观现象 结果 结果→应用 属经典热力学，从宏观现象→结果 应用 从宏观角度研究问题， 从宏观角度研究问题，研究大量分子组成的 体系表现出来的宏观性质， 体系表现出来的宏观性质，是建立在实验基 础上的。 础上的。 特点：（ ：（1 不研究物质的结构；（ ；（2 特点：（1）不研究物质的结构；（2）不考 虑过程的细节。 虑过程的细节。 优点： 优点： 1）在严格导出的热力学结论中没有任何假 想成分，结论可靠，具有普遍性。例：热力 想成分，结论可靠，具有普遍性。 学第二定律证明永动机不可能实现， 学第二定律证明永动机不可能实现，那么在 这方面的努力是徒劳的。 这方面的努力是徒劳的。 只要知道体系的始、终态， 2）只要知道体系的始、终态，就可进行热 力学状态函数的计算, 力学状态函数的计算,研究方法相对比较简 单。
化工热力学教案
化工热力学教案第一章绪论★基本要求目的使学生了解化工热力学研究对象及其在化工中应用。
★重点化工热力学研究的特点★难点通过大量举例使学生深刻认识化工热力学的重要作用1、化工热力学的目的和任务化工过程中离不开化工物性，化工物性源于实验测定。
但化学物质的数目种多，由此组成的混合物更是数不胜数。
可见物性的测定需要花费大量的人力、物力和财力，而且测定的实验数据不一定就是实际过程所需要的，所以通过一定的理论方法，从容易测量的性质推测难测量的性质、从有限的实验数据获得更系统的物性的信息具有重要的理论和实际意义。
化工热力学就是运用经典热力学的原理，结合反映系统特征的模型，解决工业过程（特别是化工过程）中热力学性质的计算和预测、相平衡和化学平衡计算、能量的有效利用等实际问题。
2、化工热力学与物理化学的关系化工热力学与物理化学关系密切，物理化学的热力学部分已经介绍了经典热力学的基本原理和理想系统（如理想气体和理想溶液等）的模型，化工热力学将在此基础上，将重点转移到更接近实际的系统。
3、热力学性质的普遍化关系式理论和实验均表明，物质的均相热力学性质总是可以表示为组成和另外任意两个强度性质的函数，如M=M（T，p，{x}）若给定了T，p和组成，系统的状态就确定下来了，其它的所有的热力学性质也就随之而确定下来。
我们称能确定体系状态的强度性质最小数目为自由度，用于确定体系状态的强度性质称为独立变量，其它需要求解的强度性质称为从属变量。
采用经典热力学原理就可以得到热力学性质之间的普遍化关系式。
它是热力学性质计算的基础，但是要真正用于具体系统性质的计算还必须引入反映系统特征的模型。
4、经典热力学的局限性经典热力学不能独立地解决实际问题，而需要与表达系统特征的模型相结合。
系统的特征的本质是分子间的相互作用，属于统计力学的范畴，这是经典热力学的局限之一，也是化工热力学解决实际问题的特色之一。
5、化工热力学的主要内容经典热力学原理，必须结合反映系统特征的模型，才能应用于解决化工过程的实际问题，我们称“原理-模型-应用”为化工热力学内容“三要素”。
化工热力学-第1章 绪论-36-G概要
28
第一章 绪论
1.6 化工热力学基本概念回顾
系统的宏观性质 强度性质：与构成系统的物质量无关。如：T、P等。 容量性质：与系统中物质量有关。如：V、U、H、S等。
2018/10/25
4
第一章 绪论
1.1 热力学发展史 1.1.2 历史上为何称为“热力学”？
“火力提水”
萨弗里制成的世界上第一台实用的蒸汽提
水机,两个蛋形容器交替工作，依靠真空的 吸力汲水。 缺点：汲水深度不超过6米
2018/10/25
5
第一章 绪论
1.1 热力学发展史 1.1.2 历史上为何称为“热力学”？
热力学是研究能量、能量转换以及与能量转换有关物性间 相互关系的科学
热力学(thermodynamics)：热(thermo)+动力(dynamics）
原始含义：热功相互转化的规律 由热产生动力，反映了热力学起源于对热机的研究。 从十八世纪末到十九世纪初开始，随着蒸汽机在生产中的 广泛使用，如何充分利用热能来推动机械作功成为重要的 研究课题。
2018/10/25
25
第一章 绪论
1.5 本课程内容及要求
给出 物质 的有 效利 用极 限
第二章流体的PVT关系
（P-V-T，EOS）
（ pyi ˆi v
第五章相平衡
pi si s ri xi）
第三章纯流体的热 力学性质
（EOS+Cp H U S）
第五章化工过程能量 分析
（H，S，W，Ex）
绿色工艺 产品质量好 产品收率高 成本低
20
1.3 化工热力学地位及作用 1.3.2 化工热力学地位 第六级：过程优化
第一章 绪论
1.6 化工热力学基本概念回顾
系统的宏观性质 强度性质：与构成系统的物质量无关。如：T、P等。 容量性质：与系统中物质量有关。如：V、U、H、S等。
2018/10/25
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第一章 绪论
1.1 热力学发展史 1.1.2 历史上为何称为“热力学”？
“火力提水”
萨弗里制成的世界上第一台实用的蒸汽提
水机,两个蛋形容器交替工作，依靠真空的 吸力汲水。 缺点：汲水深度不超过6米
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第一章 绪论
1.1 热力学发展史 1.1.2 历史上为何称为“热力学”？
热力学是研究能量、能量转换以及与能量转换有关物性间 相互关系的科学
热力学(thermodynamics)：热(thermo)+动力(dynamics）
原始含义：热功相互转化的规律 由热产生动力，反映了热力学起源于对热机的研究。 从十八世纪末到十九世纪初开始，随着蒸汽机在生产中的 广泛使用，如何充分利用热能来推动机械作功成为重要的 研究课题。
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第一章 绪论
1.5 本课程内容及要求
给出 物质 的有 效利 用极 限
第二章流体的PVT关系
（P-V-T，EOS）
（ pyi ˆi v
第五章相平衡
pi si s ri xi）
第三章纯流体的热 力学性质
（EOS+Cp H U S）
第五章化工过程能量 分析
（H，S，W，Ex）
绿色工艺 产品质量好 产品收率高 成本低
20
1.3 化工热力学地位及作用 1.3.2 化工热力学地位 第六级：过程优化
化工热力学Ⅱ(高等化工热力学)——第一章 绪论
目前成本:30～50美元/吨CO2 目前成本:30～50美元/ 美元 目标成本:10美元/吨CO2 目标成本:10美元/ 美元
CO2溶剂吸收分离
吸收溶剂必须具备的性能: 吸收溶剂必须具备的性能:
◆ CO2的溶解度大 ◆ 选择性好 ◆ 沸点高 无腐蚀, ◆ 无腐蚀,无毒性 ◆ 化学性能稳定 粘度小, ◆ 粘度小,扩散系数大
4 净松脂 purified pine gum 导热油 heat conduction oil 冷却水 3 cooling water 松节油 turpentine 1
2
松香 rosin 6 5
CO2或N2循环 CO2 or N2 circulation
7 1 3 5 7 气体加热炉 gas heating furnace 冷凝冷却器 condenser-cooler 2 4 6
Clean gas
VSA/ESA Column
VSA/TSA Column
Adsorbents
Fuel gas
Air
vacuum
Cooler
Nature gas
Boiler
CO2介孔分子筛吸附剂
利用其很大的比表面积和较大的孔容
CO2介孔分子筛吸附剂
表面接枝修饰的介孔材料 表面接枝胺基(diamine group) ,形成化学吸附位点 表面接枝胺基 硅基介孔材料在实际应用(例如作为催化剂载体) 硅基介孔材料在实际应用(例如作为催化剂载体) 中的一个很大问题是它的水热稳定性.有意思的是, 中的一个很大问题是它的水热稳定性.有意思的是, 介孔材料表面接枝后可以提高其水热稳定性,这可能 介孔材料表面接枝后可以提高其水热稳定性, 与所接枝的胺基基团与水分子形成某种弱化学作用, 与所接枝的胺基基团与水分子形成某种弱化学作用, 阻止了水分子与硅基材料的作用, 阻止了水分子与硅基材料的作用,从而使水热稳定性 提高. 提高.
CO2溶剂吸收分离
吸收溶剂必须具备的性能: 吸收溶剂必须具备的性能:
◆ CO2的溶解度大 ◆ 选择性好 ◆ 沸点高 无腐蚀, ◆ 无腐蚀,无毒性 ◆ 化学性能稳定 粘度小, ◆ 粘度小,扩散系数大
4 净松脂 purified pine gum 导热油 heat conduction oil 冷却水 3 cooling water 松节油 turpentine 1
2
松香 rosin 6 5
CO2或N2循环 CO2 or N2 circulation
7 1 3 5 7 气体加热炉 gas heating furnace 冷凝冷却器 condenser-cooler 2 4 6
Clean gas
VSA/ESA Column
VSA/TSA Column
Adsorbents
Fuel gas
Air
vacuum
Cooler
Nature gas
Boiler
CO2介孔分子筛吸附剂
利用其很大的比表面积和较大的孔容
CO2介孔分子筛吸附剂
表面接枝修饰的介孔材料 表面接枝胺基(diamine group) ,形成化学吸附位点 表面接枝胺基 硅基介孔材料在实际应用(例如作为催化剂载体) 硅基介孔材料在实际应用(例如作为催化剂载体) 中的一个很大问题是它的水热稳定性.有意思的是, 中的一个很大问题是它的水热稳定性.有意思的是, 介孔材料表面接枝后可以提高其水热稳定性,这可能 介孔材料表面接枝后可以提高其水热稳定性, 与所接枝的胺基基团与水分子形成某种弱化学作用, 与所接枝的胺基基团与水分子形成某种弱化学作用, 阻止了水分子与硅基材料的作用, 阻止了水分子与硅基材料的作用,从而使水热稳定性 提高. 提高.
第01章 绪论2
t
9 .名词、定义和基本概念
9.7 熵 从统计热力学知，熵是混乱程度的度量： S= 式中： 表示热力学几率。 Ω 当 Ω =1时，S=0，这就是绝对熵定律（热 力学第三定律），其表述为：绝对零度 （T=0）完整晶体（=1）的熵值等于零， 可见，熵是有绝对值的。
k ln Ω
第一章
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
9.1 体系和环境 9.2 平衡状态与状态函数 9.3 过程 9.4 温度与热力学第零定律 9.5 能、功和热 9.6 焓 9.7 熵
9 .名词、定义和基本概念
9.1 体系和环境 为明确讨论的对象，分开 (可以是实际的，也可以 是假想的)。把这部分称为体系，其余部分叫做环境。
平衡状态:一个体系在不受外界影响的条件下，如果它的宏观性质不 随时间而变化，此体系处于热力学平衡状态。达到热力学平衡 (即 热平衡、力平衡、相平衡和化学平衡)的必要条件是引起体系状态 变化的所有势差，如温度差、压力差、化学位差等均为零。动态平 衡 状态函数：描述体系所处状态的宏观物理量称为热力学变量。由于 它们是状态的单值函数，亦称为状态函数。常用的状态函数有压力 P、温度T、比容V、内能U、焓H、熵S、自由焓G等。 强度量的数值仅取决于物质本身的特性，而与物质的数量无关。 如:温度、压力、密度、摩尔内能等。 广度量的数值与物质的数量成正比。如:体积、质量、焓、熵、 内能、自由焓等。须指出，单位质量的广度量显然是一种强度量。
(1)隔离体系或孤立体系 体系和环境间没有任何物质 或能量交换。它们不受环境改变的影响。 (2)封闭体系 体系和环境间只有能量而无物质的交换。 但是这并不意味着体系不能因有化学反应发生而改变 其组成。 (3)敞开体系 体系和环境可以有能量和物质的交换
9 .名词、定义和基本概念
9.7 熵 从统计热力学知，熵是混乱程度的度量： S= 式中： 表示热力学几率。 Ω 当 Ω =1时，S=0，这就是绝对熵定律（热 力学第三定律），其表述为：绝对零度 （T=0）完整晶体（=1）的熵值等于零， 可见，熵是有绝对值的。
k ln Ω
第一章
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.
9.1 体系和环境 9.2 平衡状态与状态函数 9.3 过程 9.4 温度与热力学第零定律 9.5 能、功和热 9.6 焓 9.7 熵
9 .名词、定义和基本概念
9.1 体系和环境 为明确讨论的对象，分开 (可以是实际的，也可以 是假想的)。把这部分称为体系，其余部分叫做环境。
平衡状态:一个体系在不受外界影响的条件下，如果它的宏观性质不 随时间而变化，此体系处于热力学平衡状态。达到热力学平衡 (即 热平衡、力平衡、相平衡和化学平衡)的必要条件是引起体系状态 变化的所有势差，如温度差、压力差、化学位差等均为零。动态平 衡 状态函数：描述体系所处状态的宏观物理量称为热力学变量。由于 它们是状态的单值函数，亦称为状态函数。常用的状态函数有压力 P、温度T、比容V、内能U、焓H、熵S、自由焓G等。 强度量的数值仅取决于物质本身的特性，而与物质的数量无关。 如:温度、压力、密度、摩尔内能等。 广度量的数值与物质的数量成正比。如:体积、质量、焓、熵、 内能、自由焓等。须指出，单位质量的广度量显然是一种强度量。
(1)隔离体系或孤立体系 体系和环境间没有任何物质 或能量交换。它们不受环境改变的影响。 (2)封闭体系 体系和环境间只有能量而无物质的交换。 但是这并不意味着体系不能因有化学反应发生而改变 其组成。 (3)敞开体系 体系和环境可以有能量和物质的交换
化工热力学第一章 绪论
采用对大量宏观现象的直接观察与实验， 总结出具有普遍性的规律。
此研究方法由于可靠性与严密的逻辑性，
容易解决工程中问题，在化学工程中应用广 泛。
例题
绪 论 1.2
23 上一内容 下一内容 回主目录
宏观研究方法的不足之处是由于 不涉及物质的微观结构，从而建立的热 力学宏观理论不能解释微观的本质及其 发生的内部原因。
各自独立的两门学科。对热力学现象的研究 上，它们能起到相辅相成、殊途同归的作用。 例题
实际上，一定条件下大量粒子的群体行为(如
压力、温度、焓、熵等状态函数)就是物质内
部粒子微观运动状态的统计平均值。这两种
绪 不同的研究方法，应用于同一体系，应得出
相同的结论。
论
1.2
27 上一内容 下一内 回主目录
前
言
9 上一内容 下一内容 回主目录
参考书
例题
陈钟秀、顾飞燕 编
“化工热力学 例题与习题 ”
化学工业出版社 1998. 5
前 言
10 上一内容 下一内容 回主目录
化工热力学章节安排
第一章 绪论
第二章 流体P-V-T的关系。主要介绍处理真
实气体P-V-T关系的各种方法
第三章 纯流体的热力学性质。主要介绍真
化工生产中要涉及大量的物质，据不完全的统计，
现有10万种以上无机物以及近400万种有机物，
若再考虑混合物，更不知其数。开发各种状态方 例题
程和与之配套的各种混合规则。
2. 化学工程师开发或设计某一化工过程，首先要解
决的问题是能量的计算，同时对过程中能量的转
化、传递、使用进行质和量的分析。建立于热力 学第一、第二定律基础上的热力学分析为化工过
例题
此研究方法由于可靠性与严密的逻辑性，
容易解决工程中问题，在化学工程中应用广 泛。
例题
绪 论 1.2
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宏观研究方法的不足之处是由于 不涉及物质的微观结构，从而建立的热 力学宏观理论不能解释微观的本质及其 发生的内部原因。
各自独立的两门学科。对热力学现象的研究 上，它们能起到相辅相成、殊途同归的作用。 例题
实际上，一定条件下大量粒子的群体行为(如
压力、温度、焓、熵等状态函数)就是物质内
部粒子微观运动状态的统计平均值。这两种
绪 不同的研究方法，应用于同一体系，应得出
相同的结论。
论
1.2
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前
言
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参考书
例题
陈钟秀、顾飞燕 编
“化工热力学 例题与习题 ”
化学工业出版社 1998. 5
前 言
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化工热力学章节安排
第一章 绪论
第二章 流体P-V-T的关系。主要介绍处理真
实气体P-V-T关系的各种方法
第三章 纯流体的热力学性质。主要介绍真
化工生产中要涉及大量的物质，据不完全的统计，
现有10万种以上无机物以及近400万种有机物，
若再考虑混合物，更不知其数。开发各种状态方 例题
程和与之配套的各种混合规则。
2. 化学工程师开发或设计某一化工过程，首先要解
决的问题是能量的计算，同时对过程中能量的转
化、传递、使用进行质和量的分析。建立于热力 学第一、第二定律基础上的热力学分析为化工过
例题
化工热力学---第1章 绪论_OK
重点
基本概念的理解与掌握
热力学处理各种实际问题的研究方法
各种热力学模型的基本假设及推导
难点
☺化工热力学被戏称为是“焓焓”糊糊“熵”脑筋的学
科。
具体应用中的难点包括：
混合物中组元逸度（系数）、活度（系数）等的计算
多元体系的泡点、露点计算等
27
课程学习要求与措施
（1）要明确各章节的作用，即解决什么问题，得出了什么
(2)判断过程进行的方向和限度
(3)进行热力学数据与物性数据的研究
(4)研究化工过程能量的有效利用
110 273
30.7%
280 273
110 273
1
4722.0%
450 273
1
1.5 热力学的研究方法
两种：宏观研究法和 微观研究法
利用热力学函数和物质状态之间的关系解决实际问题。
➢ 研究物质状态变化与物质性质之间的关系
➢ 研究物理或化学变化达到平衡的理论极限、条件和状态。
化工热力学是理论和工程实践性都较强的学科。
25
课程学习的目的
⑴了解并掌握化工热力学的基本内容
⑵提高利用化工热力学的观点和方法来分析和解决化
工生产、工程设计和科学研究中有关实际问题的能
力。
26
重点与难点
• 环境：除体系以外的所有其余部分。
– 隔离体系或孤立体系：体系和环境间没有任何物质或能量交换。
它们不受环境改变的影响。
– 封闭体系：体系和环境间只有能量而无物质的交换。但是这并不
意味着体系不能因有化学反应发生而改变其组成。而有化学反应
结论。
（2）要掌握化工热力学的研究方法。
（3）着重于基本概念的理解，对重要的公式加以推导；注
基本概念的理解与掌握
热力学处理各种实际问题的研究方法
各种热力学模型的基本假设及推导
难点
☺化工热力学被戏称为是“焓焓”糊糊“熵”脑筋的学
科。
具体应用中的难点包括：
混合物中组元逸度（系数）、活度（系数）等的计算
多元体系的泡点、露点计算等
27
课程学习要求与措施
（1）要明确各章节的作用，即解决什么问题，得出了什么
(2)判断过程进行的方向和限度
(3)进行热力学数据与物性数据的研究
(4)研究化工过程能量的有效利用
110 273
30.7%
280 273
110 273
1
4722.0%
450 273
1
1.5 热力学的研究方法
两种：宏观研究法和 微观研究法
利用热力学函数和物质状态之间的关系解决实际问题。
➢ 研究物质状态变化与物质性质之间的关系
➢ 研究物理或化学变化达到平衡的理论极限、条件和状态。
化工热力学是理论和工程实践性都较强的学科。
25
课程学习的目的
⑴了解并掌握化工热力学的基本内容
⑵提高利用化工热力学的观点和方法来分析和解决化
工生产、工程设计和科学研究中有关实际问题的能
力。
26
重点与难点
• 环境：除体系以外的所有其余部分。
– 隔离体系或孤立体系：体系和环境间没有任何物质或能量交换。
它们不受环境改变的影响。
– 封闭体系：体系和环境间只有能量而无物质的交换。但是这并不
意味着体系不能因有化学反应发生而改变其组成。而有化学反应
结论。
（2）要掌握化工热力学的研究方法。
（3）着重于基本概念的理解，对重要的公式加以推导；注
化工热力学_绪论
热平 衡计 算
露点 泡点 计算
表面 张力 计算
导热 系数 计算
密度 计算
粘度 计算
焓的 计算
第六级：过程发展 第五级：流程配置 第四级：设备设计 第三级：“三传一反”
第二级：平衡计算 第一级：物性常数 和热力学性质计算
6
教材：董新法编，化工热力学，化学工业出版社，
四、为何学和如何学好化工热力学
压力：kg/m2（工程压力），atm，mmHg，bar， Pa，MPa 一、化工热力学的定义和用途
6） Stanley I. Sandler. Chemical and Engineering
Thermodynamics (third edition), 1998
30
五、本课程的内容
模型
状态方程EOS 活度系数模型γi
• 对于模型的研 究和建立不是 本课程的内容 • 但了解模型的 适用范围和如 何应用模型是 本课程的任务
混合物性质的推算：从纯物质的信息利用混合规则求取 混合物的信息
以理想态为标准态加上校正来处理真实状态的方法
27
四、为何学和如何学好化工热力学
2）注意准确理解热力学概念
概念抽象
规则严格
咬文嚼字 i
i
混合物的 逸度系数
纯组分i 的 逸度系数
混合物中组分i 的逸度系数
28
四、为何学和如何学好化工热力学
❖例如：如何利用热力学的原理能计算出在何种 温度和压力条件下，由氮和氢能合成氨？这在 化肥工业上有重要影响。
13
C、工程热力学（Engineering Thermodynamics）
——将热力学的基本理论应用于工程技术领域，则 为工程热力学。
高等化工热力学绪论描述
绪论
经典热力学的局限性 经典热力学所建立的热力学关系式只规定了各种
性质变化间所必须遵循的相互依赖关系，并没有指 出各种性质与独立变量间的关系的具体函数形式， 而具体的函数形式是随具体系统而异的。 如一个两相平衡体系，只要已知一个相的组成x及T (或p)，体系就可以确定了。但是如果我们不知道p 及另一相的组成y与T 、x之间的具体函数关系，就 不能确定p与y的具体数值。
f
0 i
即
yiˆ
V i
p
xi i
f
0 i
(i =1,2,3,…,N)
ˆiV F (T, p, y1, y2,) i F (T , p, x1, x2 ,)
有关逸度系数、活度系数的计算 。
第2章 流体相平衡 的经典热力学
Chapter 2 Thermodynamics Basis of Fluid-phase Equilibria
绪论
目前采用的研究方法
由于目前对分子间的相互作用了解还不够，数学 上也还有许多值得探讨的问题，因此在应用统计力 学时，还不可避免的常常要使用半经验的微观模型， 需要采取简化的数学处理方法。也就是说，目前对 流体平衡性质或热力学性质的研究，是综合运用经 典热力学、统计热力学以及一些半经验的模型和方 法。
循的相互依赖关系，但未给出各种性质与独立变量之间 的函数形式，而具体的函数形式是随具体体系而变的。 只能给出宏观量之间的关系，不能由微观性质预测宏观 性质。 预修课程：高等数学，物理化学，化工热力学
化工热力学研究工作：
数据的测定与整理（数据库） 化工热力学理论（统计热力学理论的进展，
各种热力学理论在相平衡计算中的应用） 分子模拟
绪论