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
化工热力学第三版第1章绪论与第2章流体的pVT关系
混合物的状态方程
2.4.3 混合物的状态方程
（3）Martin-Hou方程 温度函数混合规则的通式为
若L代表方程常数b，则n＝１
2.4.3 混合物的状态方程
2.4.4 状态方程混合规则的发展
（1）单流体混合规则的改进
2.4.4 状态方程混合规则的发展
1.3.1 体系与环境
1. 孤立体系：体系与环境之间既无物质的交换又无能量 的交换
2. 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
3. 敞开体系：体系与环境之间可以有能量与物质的交换。
1.3.2 平衡状态与状态函数
状态是指体系在某一瞬间所呈现的宏观物理状况。热 力学中，一般说体系处于某个状态， 即指平衡状态。
2.1 纯物质的p-V-T关系
2.1 纯物质的p-V-T关系
2.1 纯物质的p-V-T关系
等温线在两相区中的水平线段随着温度升高而缩短，最 后在临界温度时缩成一点犆。从图2-3上看出，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
2.1 纯物质的p-V-T关系
2.2 气体的状态方程
对比态原理认为，在相同的对比状态下，所有的物质表 现出相同的性质。 令 将这些关系代入van der Waalls方程，得
这种关系在数学上可表示为
因为
2.3.2 以偏心因子为第三参数 的对比态原理
物质的对比蒸气压的对数与绝对温度有近似线性关系， 即
对比蒸气压方程可以表示为
2.3.2 以偏心因子为第三参数 的对比态原理
2.2.1 理想气体方程
理想气体方程是最简单的状态方程，即
2.2.2 立方型状态方程
所谓立方型状态方程是因为方程可展开为体积 （ 或密 度）的三次多项式。Vander Waals方程 （1873年）是第 一个适用真实气体的立方型方程，是对理想气体方程 （2-4）的校正。
2.4.3 混合物的状态方程
（3）Martin-Hou方程 温度函数混合规则的通式为
若L代表方程常数b，则n＝１
2.4.3 混合物的状态方程
2.4.4 状态方程混合规则的发展
（1）单流体混合规则的改进
2.4.4 状态方程混合规则的发展
1.3.1 体系与环境
1. 孤立体系：体系与环境之间既无物质的交换又无能量 的交换
2. 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
3. 敞开体系：体系与环境之间可以有能量与物质的交换。
1.3.2 平衡状态与状态函数
状态是指体系在某一瞬间所呈现的宏观物理状况。热 力学中，一般说体系处于某个状态， 即指平衡状态。
2.1 纯物质的p-V-T关系
2.1 纯物质的p-V-T关系
2.1 纯物质的p-V-T关系
等温线在两相区中的水平线段随着温度升高而缩短，最 后在临界温度时缩成一点犆。从图2-3上看出，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
2.1 纯物质的p-V-T关系
2.2 气体的状态方程
对比态原理认为，在相同的对比状态下，所有的物质表 现出相同的性质。 令 将这些关系代入van der Waalls方程，得
这种关系在数学上可表示为
因为
2.3.2 以偏心因子为第三参数 的对比态原理
物质的对比蒸气压的对数与绝对温度有近似线性关系， 即
对比蒸气压方程可以表示为
2.3.2 以偏心因子为第三参数 的对比态原理
2.2.1 理想气体方程
理想气体方程是最简单的状态方程，即
2.2.2 立方型状态方程
所谓立方型状态方程是因为方程可展开为体积 （ 或密 度）的三次多项式。Vander Waals方程 （1873年）是第 一个适用真实气体的立方型方程，是对理想气体方程 （2-4）的校正。
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
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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
化工热力学第一章.
化工热力学是理论和工程实践性都较强的学科。
化工热力学 第一章 绪 论
化工热力学解决的实际问题可以归纳为三类： (1) 过程进行的可行性分析和能量的有效利用； (2) 相平衡和化学反应平衡问题； (3) 测量、推算与关联热力学性质。
化工热力学 第一章 绪 论
2. 热力学在化工过程开发中的作用
局限：对物质结构必须采用一些假设的模型，这 些假设模型只是物质实际结构的近似描写。
化工热力学 第一章 绪 论
四、化工热力学研究内容及在化工过程开发中的作用 1. 化工热力学的研究内容
化工热力学的主要任务是以热力学第一、第二定律 为基础,研究化工过程中各种能量的相互转化及其有效利 用的规律,研究物质状态变化与物质性质之间的关系以及 物理或化学变化达到平衡的理论极限、条件和状态。
7 了解热力学在化工过程中的主要实际应用。
化工热力学 第一章 绪 论
预备知识（复习名词、概念）
体系与环境
体系：研究的对象 环境：研究对象以外的部分
敞开体系（开系）：体系与环境之间有能量与物质的交换。
体系 封闭体系（闭系）：体系与环境之间只有能量交换而无物质的交换。
孤立体系：体系与环境之间既无能量交换也无物质的交换。
化工热力学 第一章 绪 论
过程与循环
过程：状态的变化历程 按可逆程度分：可逆过程、不可逆过程。 按状态参数变化分：等温、等压、等容、等焓、绝热过程等。
循环： 正向循环：热能变为机械能的热力循环。PV图上以顺时针 方向循环。所有热机都是。
逆向循环：消耗能量迫使热量从低温流向高温。 V图上以逆 时针方向循环。所有制冷、热泵都是。
3.化工热力学在化工过程开发中的作用
降低原料消耗，减少环境污染； 降低能耗（利用夹点技术）； 提高产品的质量（利用新型分离技术）； 为化工单元操作提供多元相平衡数据； 为实验成果的放大，实现工业化提供基础
化工热力学 第一章 绪 论
化工热力学解决的实际问题可以归纳为三类： (1) 过程进行的可行性分析和能量的有效利用； (2) 相平衡和化学反应平衡问题； (3) 测量、推算与关联热力学性质。
化工热力学 第一章 绪 论
2. 热力学在化工过程开发中的作用
局限：对物质结构必须采用一些假设的模型，这 些假设模型只是物质实际结构的近似描写。
化工热力学 第一章 绪 论
四、化工热力学研究内容及在化工过程开发中的作用 1. 化工热力学的研究内容
化工热力学的主要任务是以热力学第一、第二定律 为基础,研究化工过程中各种能量的相互转化及其有效利 用的规律,研究物质状态变化与物质性质之间的关系以及 物理或化学变化达到平衡的理论极限、条件和状态。
7 了解热力学在化工过程中的主要实际应用。
化工热力学 第一章 绪 论
预备知识（复习名词、概念）
体系与环境
体系：研究的对象 环境：研究对象以外的部分
敞开体系（开系）：体系与环境之间有能量与物质的交换。
体系 封闭体系（闭系）：体系与环境之间只有能量交换而无物质的交换。
孤立体系：体系与环境之间既无能量交换也无物质的交换。
化工热力学 第一章 绪 论
过程与循环
过程：状态的变化历程 按可逆程度分：可逆过程、不可逆过程。 按状态参数变化分：等温、等压、等容、等焓、绝热过程等。
循环： 正向循环：热能变为机械能的热力循环。PV图上以顺时针 方向循环。所有热机都是。
逆向循环：消耗能量迫使热量从低温流向高温。 V图上以逆 时针方向循环。所有制冷、热泵都是。
3.化工热力学在化工过程开发中的作用
降低原料消耗，减少环境污染； 降低能耗（利用夹点技术）； 提高产品的质量（利用新型分离技术）； 为化工单元操作提供多元相平衡数据； 为实验成果的放大，实现工业化提供基础
化工热力学
（3）Soave-Redilich-Kwong（SRK）方程 1972年，Soave修正了RK方程中常数a，使a不仅与临界参
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
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-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
南昌大学化工热力学 第1章绪论 王敏玮
化工热力学
Chemical Engineering Thermodynamics
第一章 绪论
1. 化工热力学在课程链上的位置 2. 化工热力学发展简史 3. 化工热力学的特性和分支 4. 化工热力学在化学工程中的地位 5. 化工热力学的基本内容 6. 化工热力学的优点和局限性 7. 热力学的研究方法 8. 学习化工热力学的目的和要求 9. 名词、定义和基本概念
第一章 绪论
1. 化工热力学在课程链上的位置 2. 化工热力学发展简史 3. 化工热力学的特性和分支 4. 化工热力学在化学工程中的地位 5. 化工热力学的基本内容 6. 化工热力学的优点和局限性 7. 热力学的研究方法 8. 学习化工热力学的目的和要求 9. 名词、定义和基本概念
4. 化工热力学在化学工程中的地位
4.1 过程工业与过程工程 4.2 化工热力学与其他化学工程分支学科 的关系
4. 化工热力学在化学工程中的地位
4.1 过程工业与过程工程 制造业 过程工业 机电工业（或产品生产工业） 化学工程 过程工程 Process Engineering
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。
3.1 热Leabharlann 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。
3.2 热力学的分支
⑷统计热力学 Statistical Thermodynamics 统计热力学是年轻的、刚刚起步的学科，它从 微观角度出发，例如采用配分函数，研究过程 的热现象。 但用统计热力学研究出来的结果与实际结果还 有一段距离，还需要进一步去完善。
Chemical Engineering Thermodynamics
第一章 绪论
1. 化工热力学在课程链上的位置 2. 化工热力学发展简史 3. 化工热力学的特性和分支 4. 化工热力学在化学工程中的地位 5. 化工热力学的基本内容 6. 化工热力学的优点和局限性 7. 热力学的研究方法 8. 学习化工热力学的目的和要求 9. 名词、定义和基本概念
第一章 绪论
1. 化工热力学在课程链上的位置 2. 化工热力学发展简史 3. 化工热力学的特性和分支 4. 化工热力学在化学工程中的地位 5. 化工热力学的基本内容 6. 化工热力学的优点和局限性 7. 热力学的研究方法 8. 学习化工热力学的目的和要求 9. 名词、定义和基本概念
4. 化工热力学在化学工程中的地位
4.1 过程工业与过程工程 4.2 化工热力学与其他化学工程分支学科 的关系
4. 化工热力学在化学工程中的地位
4.1 过程工业与过程工程 制造业 过程工业 机电工业（或产品生产工业） 化学工程 过程工程 Process Engineering
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。
3.1 热Leabharlann 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。
3.2 热力学的分支
⑷统计热力学 Statistical Thermodynamics 统计热力学是年轻的、刚刚起步的学科，它从 微观角度出发，例如采用配分函数，研究过程 的热现象。 但用统计热力学研究出来的结果与实际结果还 有一段距离，还需要进一步去完善。
化工热力学绪论冯新
9
“21世纪多数工业中，化学工程扮演着战略角色，具有很 大的发展空间”
海水淡化 饮用水
城市废
净化处理 水资源化
ห้องสมุดไป่ตู้
天然气 生物 燃料电池 质利用
水资源 传统工业
化学工程
能源 生态环境
冶金
化工 制 药 食 品 与石化 电 子
CO2 控制 除 尘 洁净燃烧
10
热爱你的专业吧！
“Chemical Engineering can do everything!”
程。 ❖ 学时56。
15
❖化工热力学 到底能干什么？
16
Why ？?
Why？? Why ？?
1、冰箱的工作原理与空调是否相同？夏天打开冰 箱门是否能当空调？(链接)
2、如果用空气作为潜水员在海底的呼吸介质，为 何会出现类似麻醉现象？
3、为什么无水酒精的价格是95%酒精的二倍？主 要是哪一部分的成本提高了？
7
Chemical Engineering is a powerful horse that explores and claims new territories
8
化学工程
❖ 化学工程是以化学、物理、生物、数学的基本原理作 为基础，研究物质转化、物质形态和物质组成的一门 工程科学。它是将知识转化为生产力、为社会创造价 值、为社会服务的一门核心科学。
❖ 中国对环境的要求越来越高，包括水资源、固体废 弃物等等，都需要化学工业作为支撑，需要化工提 供新材料、新能源、新资源，为国家的发展和人们 的生活提供服务。
❖ 我国“十一五”规划中提出了两个指标：单位GDP 的能耗降低20%，废弃物排放减少10%，要实现这 两个指标，就要高效、节能、绿色。这对化学工业 的研究、生产提出了更高的要求，由此也可以看出 化学工业的重要性。
“21世纪多数工业中，化学工程扮演着战略角色，具有很 大的发展空间”
海水淡化 饮用水
城市废
净化处理 水资源化
ห้องสมุดไป่ตู้
天然气 生物 燃料电池 质利用
水资源 传统工业
化学工程
能源 生态环境
冶金
化工 制 药 食 品 与石化 电 子
CO2 控制 除 尘 洁净燃烧
10
热爱你的专业吧！
“Chemical Engineering can do everything!”
程。 ❖ 学时56。
15
❖化工热力学 到底能干什么？
16
Why ？?
Why？? Why ？?
1、冰箱的工作原理与空调是否相同？夏天打开冰 箱门是否能当空调？(链接)
2、如果用空气作为潜水员在海底的呼吸介质，为 何会出现类似麻醉现象？
3、为什么无水酒精的价格是95%酒精的二倍？主 要是哪一部分的成本提高了？
7
Chemical Engineering is a powerful horse that explores and claims new territories
8
化学工程
❖ 化学工程是以化学、物理、生物、数学的基本原理作 为基础，研究物质转化、物质形态和物质组成的一门 工程科学。它是将知识转化为生产力、为社会创造价 值、为社会服务的一门核心科学。
❖ 中国对环境的要求越来越高，包括水资源、固体废 弃物等等，都需要化学工业作为支撑，需要化工提 供新材料、新能源、新资源，为国家的发展和人们 的生活提供服务。
❖ 我国“十一五”规划中提出了两个指标：单位GDP 的能耗降低20%，废弃物排放减少10%，要实现这 两个指标，就要高效、节能、绿色。这对化学工业 的研究、生产提出了更高的要求，由此也可以看出 化学工业的重要性。
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
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。
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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_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。
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
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
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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。
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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
化工热力学绪论要点
5.想得到1 000 mL 60℃的热水，可用2种办法来获得：(1)取
1 000 mL水直接加热到60℃；(2)取一定量的水加热到100℃，
再与一定量的常温水混合得到l 000 mL60 的热水．哪种方法
更加节能？
2018/10/7 2
Shanghai university
反应物 A
+
反应物 B
产物C或D或E？
可行性问题：A和B 作用，能否得到目标 产物C？需要什么分 离条件？ 解决方法：化工热力 0 学——用GT , p 判 断
2018/10/7
化学平衡问题：什么工艺条件 下目标产物C的产率最高？ 解决方法：化工热力学——用 GT , p 判断 0
5
Shanghai university
化工热力学
Chemical Engineering Thermodynamics
上海大学环境与化学 工程学院化工系
2018/10/7
1
Shanghai university
1.水变油？
2.为什么在冬天，液化气钢瓶中还有较多液体却不能点燃？
3.节能是和谐社会所倡导的重要理念，但节能的实质与依据是 什么？ 4.从天然植物中提取香精、色素等有效成分常用超临界萃取技 术，萃取剂为何常选用CO2？
2.分离问题 A和B 含A、B、C、D、 E 的混合物 纯C D和E
进一步参加反应
所需产品 副产物
怎样分离，才能得到纯物质C?
相平衡
能量的有效利用
2018/10/7
6
Shanghai university
三、化工热力学的任务与内容
单相系 统相平衡
物性研究： 密度、热容、焓、 熵、逸度系数、活 度系数
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• 怎样分离，才能得到纯物质C？
3、相平衡问题 4、能量有效利用
25
四、为何学和如何学好化工热力学
2、如何学好化工热力学？
1）掌握化工热力学处理问题方法之特点
从局部的实验数据加半经验模型推算系统完整的信息 从常温常压的物性数据来推算苛刻条件下的性质
纯物质性质的推算：从容易获得的物性数据（P、V、
10
一、 化工热力学的定义和用途
1、化工热力学的定义
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。
11
B、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（是 物理化学的一部分）。
制冷、动力
介质相对简单：水蒸气、氨、氟里昂
13
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
任务是从热力学第一、第二定律出发，研究
化工过程中各种能量的相互转化和有效利用， 研究各种物理和化学变化过程中达到平衡的 理论极限、条件和状态。
化学工程师的收入
在今天的美国，最受企业欢迎的是哪个专业的毕业生？
2004年美国收入排行榜
第一名：电脑工程师：5.3万美元 第二名：化学工程师：5.2万美元 第三名：电机工程（EE）：5.1万美元 第四名：机械工程：5.0万美元 第五名: 电脑科学：4.9万美元 第六名: 工业／制造工程：4.8万美元 …………………… 倒数第二名：小学教师课程毕业生 ：2.7万美元 最后一名：心理学专业毕业生：2.5万美元
混合物的 逸度系数
27
四、为何学和如何学好化工热力学
3）注意单位换算 能量：J，Cal，cm3.atm，cm3.bar 压力：kg/m2（工程压力），atm， mmHg，bar， Pa，MPa 温度：K，℃ ，oF， 4）循序渐进
28
四、为何学和如何学好化工热力学
3、教材与习题：
教材：董新法编，化工热力学，化学工业出版社，2008 习题: 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
4、参考书
1）陈新志等，化工热力学，化学工业出版社，2001 2）陈新志，化工热力学习题精解 ，科学出版 ，2003 3）郑丹星，化工热力学教程，中国石化出版社，2000 4）朱自强，徐 汛编，化工热力学，化学工业出版社，1991 5） J.M. Smith，(美)史密斯，化工热力学导论 ，第三版 ，化学工业 出版社 ，1982 6） Stanley I. Sandler. Chemical and Engineering Thermodynamics (third edition), 1998
T、X）来推算较难测定的数据（H，S，G）
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
26
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
纯组分i 的 逸度系数
i
混合物中组分i 的逸度系数
1
化学工程师 == ？首席执政官CEO
很多化学工程师进入企业高端管理层 曾担任或现担任
CEO职务 3M, Du Pont, General Electric, Union Carbide, Dow Chemical, Exxon, BASF, Gulf Oil, Texaco, and B.P. Goodrich… 国家领导人
工过程开发、设计和生产的重要理论基础。
它是化学工程学的一个重要组成部分，是化
14
经典热力学
无论是工程热力学还是化学热力学还是化
工热力学，它们均是经典热力学，遵循经 典热力学的三大定律（热力学第一、第二、 第三定律），不同之处是由于热力学应用 的具体对象不同，决定了各种热力学解决 问题的方法有各自的特点。
6
化工热力学课程内容
第一章 绪 论（2学时）
第二章 纯流体的热力学性质（4学时） 第三章 混合物的热力学性质（6学时） 第四章 相平衡和化学反应平衡（5学时） 第五章 化工过程热力学分析（2学时） 第六章 能量转换过程及其热力学计算（5学时）
7
第一章
绪
论
8
本章内容
一、化工热力学的定义和用途 二、化工热力学研究内容 三、化工热力学的特点 四、为何学和如何学好化工热力学 五、本课程的内容
16
②多元相平衡数据是设 计、生产操作和产品 质量控制必不可少的， 尤其是产品众多、分 离要求高的石油化工 更是如此。
产品分离：设备投资
50~90%；能量 60~90%。 精馏塔的设计
总物料衡算 F V L V L
'
'
热量衡算 FI F V ' IV ' LI L VI V L' I L'
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。
12
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。
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。
特点：
15
一、 化工热力学的定义和用途
2、化工热力学的用途
①对于新工艺、新方法，用热力学事先判断它的
可行性。（可行性分析）
石墨————>金刚石？
常温、常压
判据？
N2+ H2 ————> NH3 ？
H2O ————> H2+O2 ？
常温、常压
常温、常压
G 0 ？ G 0 ？
9.肥料尤其是合成氨：新肥料改进了农业的生产力并帮助养活 了全世界
10.生物医学工程
4
化工热力学和其它化学工程分支学科间的关系
第六级：过程发展
全流程的 最佳化设 计和控制
吸收 系统 模拟 吸收 塔计 算 反应 速度 计算 相平 衡计 算 表面 张力 计算 反应 器计 算 传质 计算 反应 系统 模拟 换热 器计 算 传热 计算 精馏 系统 模拟 精馏 塔计 算 流体 力学 计算 露点 泡点 计算 焓的 计算
9
一、 化工热力学的定义和用途
1、化工热力学的定义
A、热力学（Thermo-dynamics ）
B、化学热力学（ Chemical Thermodynamics）
C、工程热力学（Engineering Thermodynamics） D、化工热力学（ Chemical Engineering Thermodynamics）
1）反应问题
反应物 A + 反应物
B C或D或E ？
产物
在给定条件下，A和B作用，能否得到C？或D？或E？
或它们的全部？ 如果制备产品C，什么是其最优条件（如压力、温度 等）？产率多少？ 1、可行性分析 2、化学反应平衡 24
2）分离问题
A和B 含A 、B 、C、 D、 E 的混合物 纯C D和E 进一步参加反应 所需产品 副产品
2
化学工程能做什么？
早期化学工程的主要目标就是使化学家实验室做出来的化学 反应商品化！ 化学工程是以化学、物理、生物、数学的基本原理作为基础， 研究化学工业和相关工业中的物质转化、物质形态和物质组 成的一门工程科学
10项顶尖成果 （1983年， AIChE ）
1.合成橡胶:1983年，220亿磅/年。二战期间，及时解救了天 然橡胶匮乏的困境
17
③建立化工热力学模型，用最易测得的数据（P、
V、T、X）推算难测数据（H，S，G）；用少 量实验数据加模型，得到过程开发中大量有用 数据。
多、快、好、省！
世界上有105无机物，6x106有机物，只有100种纯物质的
热力学数据研究比较透彻。 混合物的种类更多，更有用，但非常难测。 尤其是极性物质、聚合物体系、电解质溶液、生物体系。 在高压、低温下的物性数据更是当务之急。 实验费时、费力。
不研究物质的结构 不考虑过程的细节
只关心平衡问题（只关心体系的初态和终态）；
不关心如何到达平衡。
经典热力学局限性之二： 只能解决极限问题，不能解决速 率问题
•经典热力学能够给出的是必要 条件而不是充分条件。 •但由热力学分析可以排除不能 发生反应的条件，因而节省了大 量的时间和精力。
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五、本课程的内容
状态方程EOS 活度系数模型γ i
模型
• 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
原理
（流体的热力学性质） （相平衡） （化学反应平衡）
应用
（能量分析） （动力和制冷循环） （化学反应平衡）
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考试方法
1、平时成绩30%
三、化工热力学的特点
3、分子热力学的特点
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
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四、为何学和如何学好化工热力学
1、为何要学化工热力学？ 答：解决化学产品的制备中存在两类问题。