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。
化工热力学精ppt课件
利用纯物质在临界点附近的特殊性质，通过一 些经验公式或图表，估算其在其他条件下的热 物理性质。
混合物热物理性质预测方法
基于组分的加权方法
根据混合物中各组分的摩尔分数或质量分数，采用加权平均的方法 预测混合物的热物理性质。
基于活度的预测方法
引入活度系数来描述混合物中组分间的相互作用，通过活度系数与 纯物质性质的关联，预测混合物的热物理性质。
01
夹点技术
通过优化换热网络，降低能源消耗。
热泵技术
利用外部能源，提高低温热源的品 位，实现能量的升级利用。
03
02
热集成
将多个操作单元集成在一起，提 高能源利用效率。
04
节能技术与措施
改进工艺和设备
采用先进的生产工艺和设备，降低能源消耗。
设计优化方法
通过选择合适的萃取剂、优化萃取塔结构、改进操作条件 等方式，提高萃取过程的分离效率，降低能耗和投资成本。
案例分析
结合具体萃取案例，分析热力学原理在萃取过程设计中的 应用，以及优化方法对提高萃取效率的作用。
其他分离过程热力学原理简介
01
02
结晶过程热力学原理
利用物质在溶液中的溶解度随温度、压 力等条件的变化而变化的性质，实现物 质的分离和提纯。结晶过程涉及相平衡、 传热等热力学基本原理。
封闭系统
与外界有能量交换但没有物质交换的系统。
开放系统
与外界既有能量交换又有物质交换的系统。
热力学基本定律
热力学第零定律
如果两个系统分别与第三个系统处于热平衡状态，那么这两个系统也必定处于热平衡状态。
热力学第一定律
热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或其他能量互相转换，但是在转换过程中，能量的总值保持不变。
化工热力学.
2.4 3.2
=0.750(kJ
kg-1)
4.184t2 376.6 225 0.75 0.1962
t2 36.4 ℃
4.2 热力学第二定律
热力学第一定律是从能量转化的量的角度来衡 量、限制并规范过程的发生。但是并不是符合了热 力学第一定律，过程就一定能够实现，它还必须同 时满足热力学第二定律的要求。也就是说，热力学 第二定律是从过程的方向性上限制并规定着过程的 进行。
标系中，由于其宏观运动速度的不同，而具有不同数量的机 械能，称为宏观动能，用Ea表示，如果物质具有质量m。并 且以速度u运动，那么，物系就具有动能 Ea 1 mu2
2
（3）重力位能 在宏观尺度下，物质作为一个整体，在系统外的参考坐标
系中，在重力场中由于高度的不同，而具有不同数量的机械 能，称为重力位能，用Ep表示。如果物质具有质量m，并且 与势能基准面的垂直距离为z，那么，物系就具有重力位能
热力学第一定律和第二定律分别从能量转化的数量 和转化的方向两个角度，相辅相成地规范着自然界 发生的所有过程。
能量相互转换的热点：
能量相互转换过程中数量上守恒
热力学第一定律
能量转换有一定的条件和方向 •功全部转换成热，热量只能部分转变为功 •热量不能自动从低温物体传向高温物体 不同的能量质量不同
研究能量转化过程中能量质量的变化特点－－热力 学第二定律
工作介质由D绝热可逆压缩过程恢复到状态A，Q=0
W4
T1 T2
CV
dT
对整个循环
ΔU 0
Q W
Q1 Q2 W1 W2 W3 W4
卡诺热机效率：
W Q1 Q2 T1 T2
化工热力学第一章.
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
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》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。
化工热力学总结
(mjsj)out＞ (misi)in
j
i
对于可逆绝热过程， ΔSg = 0，则有：
(mjsj)out (misi)in
j
i
三、温熵图
1
T 3 6 4
2
T T2/
T2
5
P2 P1
2/ 2
S 图4-9 节流膨胀过程
S 图4-10 等熵膨胀过程
四、卡诺循环
热机效率 制冷效率
c 1 TL
m
j
dt
3.开系稳流过程的能量平衡：
0 Q Ws H Ep EK
当进出物料只有一种时：
Q Ws
q ws
mh gmz 1
h
gz
1
2
u
2
mu
2
2
4.几种简化形式：
1 u 2 gz p 0
2
h 1 u2 0 2
h q ws
绝热时： ws h
5.轴功的计算：
⑴ 可逆轴功Ws(R) ：（无任何摩擦损耗的轴功）
子的相互作用；……
3. 范德瓦尔斯方程
p
RT V b
a V2
4. RK方程
p
RT V b
T 1/ 2V
a (V
b)
5. SRK方程
p RT aT
V b V (V b) 6. PR方程
p
RT V b
V
(V
aT
b)
bV
b
1)T>Tc
2)T=Tc
仅有一个实根，对应于超临界 流体和气体的摩尔体积。
TH
TL
TH TL
热泵的制热系数
TH
TH TL
例：某热泵功率为10kW，周围自然环境温度为0℃。 用户要求供热的温度为90℃。求此热泵最大的供热 量以及热泵从环境吸收的热量。
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。
绪论化工热力学-PPT
4
化工热力学和其她化学工程分支学科间得关系
全流程的 最佳化设 计和控制
吸收 系统 模拟
反应 系统 模拟
精馏 系统 模拟
吸收 塔计 算
反应 器计 算
换热 器计 算
精馏 塔计 算
反应 速度 计算
传质 计算
传热 计算
流体 力学 计算
相平 衡计 算
反应 平衡 计算
物料 平衡 计算
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
29
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
15
经典热力学
❖ 无论就是工程热力学还就是化学热力学还 就是化工热力学,她们均就是经典热力学,遵 循经典热力学得三大定律(热力学第一、第 二、第三定律),不同之处就是由于热力学 应用得具体对象不同,决定了各种热力学解 决问题得方法有各自得特点。
16
一、 化工热力学得定义和用途
2、化工热力学得用途
2
化学工程能做什么？
❖ 早期化学工程得主要目标就就是使化学家实验室做出来得化 学反应商品化！
❖ 化学工程就是以化学、物理、生物、数学得基本原理作为基 础,研究化学工业和相关工业中得物质转化、物质形态和物质 组成得一门工程科学
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 橡胶匮乏得困境
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。
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《化工热力学》课程综合复习资料1、在某T, p下，测得某二元体系的活度系数值可用下列方程表示：In 1 x2（2 0.5x2）,In 2 x i（2 0.5x i），i为基于Lewis —Randall规则标准状态下的活度系数。
试问，这两个方程式是否符合热力学一致性？2、已知氯仿（1）和甲醇（2）组成的二元溶液，在50C时，各组分的无限稀释活度系数分别为i 2.3 ,2 7.0，饱和蒸汽压分别为：p1 = 67.58kPa, p2 =仃.63kPa。
请冋：（1）假定该体系服从van Laar方程，请计算50C时与X1=0.3成平衡关系的汽相组成0。
（2）在50C时由纯组分混合形成1mol上述溶液的△ G值。
3、在常压（101.325kPa下,二元体系氯仿（1）-甲醇（2）恒沸混合物的组成 X1=0.65，其沸点为53.5C,如果气相可视为理想气体，液相服从van Laar方程。
并已知纯组分在53.5C下的饱和蒸汽压分别为：S Sp1 = 78.26kPa, p2 = 64.53kPa。
求：（1） van Laar方程的常数；（2） 535C时与X1=0.25成平衡关系的汽相组成屮。
4、某换热器内，冷、热两种流体进行换热，热流体的流率为100kmol.h -1, C p =29 kJ.kmol -1.K-1,温度从500K降为350K，冷流体的流率也是100kmol.h -1, C p =29 kJ.kmol -1.K-1，进入换热器的温度为300K，换热器表面的热损失为87000 kJ.h -1，求该换热器的有效能损失及有效能利用率。
设 T0=300K。
5、苯（1）和环己烷（2）在303 K,0.1013 MPa下形成X1 = 0.7的溶液。
已知此条件下 V1=89.96 cm3/mol , V2=109.4 cm3/mol，在该条件下两种物质的偏摩尔体积分别为 V1 =90.20 cm3/mol , V2 =110.69 cm3/mol , 求混合溶液体积V和超额体积V E分别是多少cm3/mol ?6、乙醇（1）—苯（2）恒沸混合物的组成冷=0.448，其在常压（101.325kPa下的沸点为68.2 C,如果气相可S 视为理想气体，液相服从van Laar方程。
并已知纯组分在68.2 C下的饱和蒸汽压分别为： 5 =66.87k P a, P； = 68.93kPa。
求：（1） van Laar方程的常数；（2） 68.2 C时与.3成平衡关系的汽相组成y7、苯（1）-环己烷⑵恒沸混合物的组成冷=0.525，其在常压下（101.325 kPa）的沸点为77.4 C,如果气相可视为理想气体，液相服从Van Laar方程。
并已知纯组分在77.4 C下的饱和蒸汽s s压分别为：p1 =93.2 kPa, p2 =91.6 kPa。
试求：（1） Van Laar方程的方程参数。
（2）在77.4 C下与X1=0.7成平衡的汽相组成 y1。
《化工热力学》课程综合复习资料参考答案1、解：利用Gibbs-Duhem 方程进行检验，若表达式符合热力学一致性，则应满足刀X i din 丫=0对二元系，有x 1d in 1x 2d in 2由题知d in x 2 - x 1( 2 x 2) X 2(2 xj 2(X 2 X 1)dx 1上式只有在X 1=X 2时才等于0,所以这两个方程不符合热力学一致性。
2、解：⑴ 对Van Laar 方程:X 1=0.3时，两组分的活度系数为0.3 in (1.8126 0.3)0.7 in (1.048 0.7)(0.3996) = — 1073.6 J/mol3、解：（1）由于汽相可以视为理想气体，而液相为非理想溶液•••汽相组成为：%X 1 1P1°3「812667.580.740p 49.680.3 1.8126 67.58 0.7 1.04817.63=49.68 kPa⑵ 在50C 由纯组分混合形成溶液 （组成X 1=0.3）的A G值G RT xjn( i X i )RT xjn( 1X 1) x 2 ln( 2X 2)X id in i dx 1X 2d i n2dxd in 1d in 1dx 2 2 x 2d i n 2 dx 12 x 1X 1d in 1 dx 1A I 2 in 1 in 2.3 0.833 A 21 in 2 in 7.0 1.946in 1A 122A 12X 1 0.833in 21A 21X 22,0.833 0.3 1 -1.946 0.71.9460.5948A 21X 2A 2X1 1.946 0.7 20.046760.833 0.3 1.81261.048sX 1 1Ply 2P X 2s 2 p 2sX 1 1P 1s X22 p2G 8.314 (273.15 50)8.314 323.15••• VLE 时有：y i Ps X i i P i对恒沸点有y i x i P/ P i sP 1sPl 101.32578.261.295p 2 sP2 101.32564.531.570计算Van Laar 方程的方程常数：X1=0.65, X2=1 —X1=0.35A|2 In 1 1X2 In 2X1 In 1In 1.2950.35 In 1.5700.65 In 1.2950.9726I nInIn 2 1 X1 In 1X2 In 2In 1.5700.65 In 1.2950.35 In 1.57021.921x1=0.25时,A12两组分的活度系数为2A12X1A21X20.972620.9726 0.250.74201.921 0.751.355A21X2AI2X12.038X1 1 s pisX1 1P1X21.355 0.71.907 0.31.041y?p X2 22 0.1918s2 p20.25 2.038 78.26 0.75 1.041 64.53=90.25 kPa汽相组成为：y1sX1 1P10.25 2.°38 78.260.44290.254、解：过程示意图:首先作能量衡算，计算冷流体出口温度。
以换热器为体系，即稳流体系。
能平式为： A H = Q即m热 C p (T 2 T 1)m冷C p (T 4 T 3)QmC p30087°°0100 29 (3505°°) 42OK 100 29热流体的有效能变化(1)换热器中不可逆传热的有效能损失为:E x,LE x,热E x,冷1.247 1055.527 1046.943 104kJ/h(2)换热器的有效能利用率45.527 1051.247 10 5、解：混合后溶液的体积为:代入已知条件得：V X -I V 1 x 2V 20.7 90.2 1 0.7110.69396.347 cm /mol 根据超额性质的定义： V EV xV 1 x 2V 2代入已知条件及计算结果得:Q mC p (T 2 T i ) Ex,热mC p (T 2T i ) T °ln¥Ti350100 29(350 500) 300 In5001.247 105kJ/h冷流体的有效能变化E x,冷mC p (T 4T 3) T 0I n®45.527 10 kJ/h100 29(420 300)300 ln 经30045.527 10 kJ/hE x,冷Ex,热44.3%V EVX 1V 1 X 2V 296.3470.7 89.96 0.3 109.430.555 cm /mol6、解：（1）由于汽相可以视为理想气体，而液相为非理想溶液sVLE 时有：yiP Xi i Pi对恒沸点有 y i X 二i p/ P i S计算Van Laar 方程的方程常数7、解：（1）由于汽相可以视为理想气体，而液相为非理想溶液s汽液相平衡关系为：％P Xi i Pi2X 21 n 20.5522ln1.470A|2 ln 1 1ln 1.515 11.907X 1 ln 10.448 ln 1.5152X 1 ln 1 0.448 2In1.515為 In 2 1In 1.470 11.355x 2l n 20.552 ln 1.470计算Van Laar 方程的方程常数:X i =0.448 , X 2=0.552⑵ X 1=0.3时，两组分的活度系数为p 1~sP 1101.32566.871.515P 2sP 2101.32568.93 1.470lnA 122A 12X 1 1.90721.907 0.3 0.7420lnA 21X 21.355 0.71.355 A 21X2A 2X120.19181.355 0.7 1.907 0.32.100 X 1 1y 2P X 22 p2X 2 s2 p20.3 2.100 66.87 X 1 s1P 10.30 2.100 66.87p100.561.211 68.93=100.56 kPa 1.2112s0.4190.7 sX 1 1P 1汽相组成为：y对恒沸点有y X iiP/ P i'计算Van Laar 方程的方程常数2A 2 In 1 1 X2ln 20.365X 1 In 12A 21 In 2 1X1ln 10.370x 21 n 2(2) X 1=0.7时，两组分的活度系数为0.3702,0.370 0.3 1 - 0.365 0.711.0341 21.1970sy 2P X 2 2P 2psP l 101.325 93.2 1.087psP 2101.32591.61.106汽相组成为： y 1 X 1 1P 1s0.7 1.0341 93.20.672 P 100.36sX 1 1P 1X 2 2 P 2 =100.36 kPaIn 1A 22AI 2X1 A 21X 20.3652,0.365 0.7 10.0335In 20.1798A 21X 2。