化工热力学课件--01章
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第一章 基础化工热力学篇-第一第二讲
~ M i (PV ) i
i 1
n
能量衡算方程:
n n d ~ ~ 2 (U v 2 / 2 ) Q Ws P dV M (PV ) (U M (v / 2 )) M i i i i dt dt i 1 i 1
n d 2 ~ (U M (v / 2 )) M i (H v 2 / 2 ) i Q W dt i 1
热力学第一定律第二定律例题
例②:一个绝热罐,内装190kg,60℃水,如果 水以=0.2kg/s的稳定速度流出,而10℃的冷水 等量地流进罐,问需要多久罐里的水温度由60℃ 降到35℃,假设罐里的水充分搅拌,罐里的热损 耗可以忽略,对于液体Cv=Cp=C,与T,P无关。
热力学第一定律第二定律例题
3、Helm holtz自由能 定义:A≡U-ST 内能加上由热耦合而引起的能量,对于一个与外界 由热耦合而力学上孤立(保持V恒定)的体系,A 是有用的。 4、Gibbs自由能
定义:G≡H-TS≡U+PV-TS
内能加上力学和热耦合而引起的能差。
二、响应函数
响应函数是与实验关系最密切的热力学量,它 们为我们提供了这样一些知识,当体系的其他一些 独立的状态变量在可控制的条件下改变时,这些特 定的状态变量是如何变化的。 响应函数可分为热响应函数和力学响应函数。
热力学第一定律第二定律例题
恒温热源
T ' 200
Q' 2000kj
饱和蒸汽100℃ 装置
H1 2676.0kj / kg S1 7.3554kj / kg
液态水0℃
H2 0 S2 0
低温热源
化工热力学38页PPT文档
热力学第零定律为建立温度的概念提供了实验基础。根 据第零定律,处于同一热平衡状态的所有体系必定有一宏观 特性是彼此相同的,描述此宏观特性的参数称为温度。可见, 温度是描述体系特性的一个状态函数。
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化工热力学
热力学的分支
第一章 绪 论
⑴工程热力学:十九世纪蒸汽机的发明和相应的科学形成了工程热力学,工 程热力学主要研究功热转换,以及能量利用率的高低。 ⑵化学热力学:化学热力学是应用热力学原理研究有关化学的各类平衡问题, 这在物理化学中是一个很重要的组成部分。离开了热力学原理,许多化学现 象就无法深入探讨下去。化学热力学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。 ⑶化工热力学: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 际之间质量传递与化学反应方向与限度等问题。
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化工热力学
第一章 绪 论
化工热力学与其他化学工程分支学科的关系
原料
反应
分离提纯
产品
从这一过程可以提出这样几个问题:
反应工程
分离工程
⑴制造原料的获得。 ⑵选择反应工艺条件,设计反应器。
⑶确定分离、提纯方法,设计分离设备。
化工动力学 催化剂工程
化工热力学
针对这几个问题,就要考虑解决它的 办法,原则上为这样的解决途径,我们可
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化工热力学
第一章 绪 论
未来发 展:
热力学作为科技发展和社会进步的基石从来没有动摇过, 并已逐渐深入到材料、生命、能源、信息、环境等前沿领 域。热力学所处理的对象不单单是一般的无机、有机分子, 还包含有链状大分子、蛋白质分子、双亲分子、电解质分 子和离子等,其状态也不局限于常见的汽(气)、液、固三态, 还涉及高温高压、临界和超临界、微孔中的吸附态、液晶 态、微多相态等,这一切都对化工热力学提出了新的要求, 并向着连续热力学,带反应的热力学,高压与临界现象, 界面现象,电解质溶液,膜过程,高分子系统,生物大分 子,不可逆过程热力学,分子热力学,分子模拟等复杂系 统发展。
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化工热力学
热力学的分支
第一章 绪 论
⑴工程热力学:十九世纪蒸汽机的发明和相应的科学形成了工程热力学,工 程热力学主要研究功热转换,以及能量利用率的高低。 ⑵化学热力学:化学热力学是应用热力学原理研究有关化学的各类平衡问题, 这在物理化学中是一个很重要的组成部分。离开了热力学原理,许多化学现 象就无法深入探讨下去。化学热力学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。 ⑶化工热力学: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 际之间质量传递与化学反应方向与限度等问题。
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化工热力学
第一章 绪 论
化工热力学与其他化学工程分支学科的关系
原料
反应
分离提纯
产品
从这一过程可以提出这样几个问题:
反应工程
分离工程
⑴制造原料的获得。 ⑵选择反应工艺条件,设计反应器。
⑶确定分离、提纯方法,设计分离设备。
化工动力学 催化剂工程
化工热力学
针对这几个问题,就要考虑解决它的 办法,原则上为这样的解决途径,我们可
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化工热力学
第一章 绪 论
未来发 展:
热力学作为科技发展和社会进步的基石从来没有动摇过, 并已逐渐深入到材料、生命、能源、信息、环境等前沿领 域。热力学所处理的对象不单单是一般的无机、有机分子, 还包含有链状大分子、蛋白质分子、双亲分子、电解质分 子和离子等,其状态也不局限于常见的汽(气)、液、固三态, 还涉及高温高压、临界和超临界、微孔中的吸附态、液晶 态、微多相态等,这一切都对化工热力学提出了新的要求, 并向着连续热力学,带反应的热力学,高压与临界现象, 界面现象,电解质溶液,膜过程,高分子系统,生物大分 子,不可逆过程热力学,分子热力学,分子模拟等复杂系 统发展。
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
化工热力学的教学课件
热力学中因做功的方式不同,有各种形式的功
机械功、电功、化学功、表面功、磁功体系所
得的功(环境对体系做功)为正值,体系所失
的功(对环境做功)为负值。功不是体系的性
质,不是状态函数,而是和过程所经的途径有
关。在国际单位制中功的单位也用J表示。
第一章 绪 论
——名词、定义、基本概念
5 能、功和热
(3)热:从经验知道,一个热的物体和一个冷的
1593年:伽利略制造出第一只温度计
1784年:有了比热的概念
18世纪末:证明了热不是一种物质
1824年:卡诺提出了理想热机的设想
1738年:伯努利提出了第一个能量守恒实例
提出了热力学第一定律
1824年:焦耳测定了热功当量
第一章 绪 论
——化工热力学的发展简史
1850年:克劳休斯证明了热机效率,提出了热力学第
物体相接触,冷的变热了,而热的变冷了。说
明在它们之间有某种东西在相互传递着,人们
称这种东西为热。当热加到某体系以后,其贮
存的不是热,而是增加了该体系的内能。有人
形象化地把热比作雨,而把内能比作池中的水,
当体系吸热而变为其内能时,犹如雨下到池中
变成水一样体系吸热取正值,放热取负值。
第一章 绪 论
——名词、定义、基本概念
G等)表示。上述三个问题的解决离不开
热力学数据与物性数据
第一章 绪 论
——化工热力学的主要研究内容
提供热力学数据与物性数据:
但是,热力学的有效应用(如过程模
拟与放大),往往由于缺乏热力学基础
数据而发生困难。根据统计,现有十万
种以上的无机化合物和近四百万种有机
化合而热力学性质已研究得十分透彻的
机械功、电功、化学功、表面功、磁功体系所
得的功(环境对体系做功)为正值,体系所失
的功(对环境做功)为负值。功不是体系的性
质,不是状态函数,而是和过程所经的途径有
关。在国际单位制中功的单位也用J表示。
第一章 绪 论
——名词、定义、基本概念
5 能、功和热
(3)热:从经验知道,一个热的物体和一个冷的
1593年:伽利略制造出第一只温度计
1784年:有了比热的概念
18世纪末:证明了热不是一种物质
1824年:卡诺提出了理想热机的设想
1738年:伯努利提出了第一个能量守恒实例
提出了热力学第一定律
1824年:焦耳测定了热功当量
第一章 绪 论
——化工热力学的发展简史
1850年:克劳休斯证明了热机效率,提出了热力学第
物体相接触,冷的变热了,而热的变冷了。说
明在它们之间有某种东西在相互传递着,人们
称这种东西为热。当热加到某体系以后,其贮
存的不是热,而是增加了该体系的内能。有人
形象化地把热比作雨,而把内能比作池中的水,
当体系吸热而变为其内能时,犹如雨下到池中
变成水一样体系吸热取正值,放热取负值。
第一章 绪 论
——名词、定义、基本概念
G等)表示。上述三个问题的解决离不开
热力学数据与物性数据
第一章 绪 论
——化工热力学的主要研究内容
提供热力学数据与物性数据:
但是,热力学的有效应用(如过程模
拟与放大),往往由于缺乏热力学基础
数据而发生困难。根据统计,现有十万
种以上的无机化合物和近四百万种有机
化合而热力学性质已研究得十分透彻的
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ppt
0.5 1 (0.48 1.57 0.176 2 )(1 Tr0.5 )
SRK方程的特点:与RK方程相比,大大提高了表达气、 液平衡的准确性,使之用于混合物的气液平衡计算,在工 业上得到广泛应用;但是预测液相的摩尔体积不够准确, 其Zc(等于1/3)与实际流体的临界压缩因子相比,还是 偏大。 (4)Peng-Robinson(PR)方程 为了改善RK与SRK方程的不足,Peng和Robinson又提出 了PR状态方程 形式: RT a p V b V (V b) b(V b)
(2)RK方程 RK方程是1949年建立的。 形式
RT a/ T p V b V (V b)
其中的方程常数与vdw方程常数的导出方法类似,与纯物质 的临界参数的关系为
R 2Tc2.5 a 0.42748 pc RTc b 0.08664 pc
RK方程的的特点:与vdw方程相比,其Zc(等于1/3)较 小,故预测流体性质的准确度提高了,但是,对液相P-VT关系的描述准确度还不够高。 (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
第二章 流体的P-V-T性质
2.1 引言 1)用途:用流体的P-V-T性质,结合一定的热力学原理式, 可以推算更有用的性质M。这是流体的P-V-T性质的最重 要的用途之一,所以流体的P-V-T性质的研究是重要的基 础工作。 2)获得方法:流体的P-V-T性质的获得,主要通过两种方 法:一是实验测定,存在种种弊端 。虽然至今已经积累 了大量的纯物质及其混合物的P-V-T数据,如水、空气、 氨等,但是实验测定不具有普遍性,如费时、费力又耗 资;测定所有流体的P-V-T数据显然是不现实的,离散的 数据点不便于进行数学处理,难以采用理论的方法获得 数据点以外的或其它的热力学性质;二是用流体的临界 参数、正常沸点、饱和蒸气压等基础数据来预测流体的 P-V-T性质。这是具有实际意义的工作,因为绝大多数的 纯流体的上述基础数据能够在有关手册中查到, 这正是本 章要讨论的,
化工热力学讲义1
ac (Tr )
ac (Tr )
( RTc )2 c a 其中: pc RTc b b pc
RTc c c pc (Tr ) 1 (d1 d2 d3 2 ) (1 Tr1/ 2 )
d1 , d2 , d3 为关联参数
各种形式的立方型状态方程及其求解方法
Virial方程及多项级数展开式类状态方程
对应态原理及其应用 混合规则与混合物状态方程
纯液体的pVT关系及其密度(摩尔体积)的估算方法
重要内容 流体pVT关系可采用两种方式来描述: 图表法;立体图及平面图中的点、线、面的 物理意义及变化趋势。
解析法:如状态方程法与对应状态原理法等。
意为: lim
p 0 (V )
pV RT
理想气体方程的应用
在较低压力和较高温度下可用理想气体方程进行 计算。
为真实气体状态方程计算提供初始值。
判断真实气体状态方程的极限情况的正确程度, p 0 V 当 或 时,任何状态方程都还原为理想 气体方程。
通用型立方型状态方程:
A、B、C为常数,使用时应注意适用的温度范 围和单位。 缺乏蒸汽压数据或蒸汽压方程常数的条件下,也 可以用经验方法估计。如:
B T C
ln p / pc f
S
0
f
1
f f
0
6.09648 0.16934 5.92714 1.28862 ln Tr Tr Tr6
热力学过程与循环
系统从一个平衡状态变化到另一个平衡状态。 等温,等压 等容,等熵 绝热,可逆
热力学循环过程的特征是:
cycle
Mdx 0
第2章 纯物质的p-V-T 关系
ac (Tr )
( RTc )2 c a 其中: pc RTc b b pc
RTc c c pc (Tr ) 1 (d1 d2 d3 2 ) (1 Tr1/ 2 )
d1 , d2 , d3 为关联参数
各种形式的立方型状态方程及其求解方法
Virial方程及多项级数展开式类状态方程
对应态原理及其应用 混合规则与混合物状态方程
纯液体的pVT关系及其密度(摩尔体积)的估算方法
重要内容 流体pVT关系可采用两种方式来描述: 图表法;立体图及平面图中的点、线、面的 物理意义及变化趋势。
解析法:如状态方程法与对应状态原理法等。
意为: lim
p 0 (V )
pV RT
理想气体方程的应用
在较低压力和较高温度下可用理想气体方程进行 计算。
为真实气体状态方程计算提供初始值。
判断真实气体状态方程的极限情况的正确程度, p 0 V 当 或 时,任何状态方程都还原为理想 气体方程。
通用型立方型状态方程:
A、B、C为常数,使用时应注意适用的温度范 围和单位。 缺乏蒸汽压数据或蒸汽压方程常数的条件下,也 可以用经验方法估计。如:
B T C
ln p / pc f
S
0
f
1
f f
0
6.09648 0.16934 5.92714 1.28862 ln Tr Tr Tr6
热力学过程与循环
系统从一个平衡状态变化到另一个平衡状态。 等温,等压 等容,等熵 绝热,可逆
热力学循环过程的特征是:
cycle
Mdx 0
第2章 纯物质的p-V-T 关系
2024版化工热力学精ppt课件
REPORTING
化学反应热效应计算方法
热力学第一定律
能量守恒定律在热力学中的应用,用于计算反 应热效应。
生成焓与反应焓
通过生成焓计算反应焓,进而求得反应热效应。
键能法
利用化学键能数据估算反应热效应。
化学反应方向判据及应用
根据熵变判断反应自发进 行的方向。
利用平衡常数判断反应进 行的方向和程度。
焓、熵和吉布斯自由能概念及应用
焓(H)
系统的热函数,表示系统总能量的变化。
熵(S)
表示系统的无序程度,用于描述不可逆过程 的自发性。
吉布斯自由能(G)
描述系统在特定条件下的最大有用功,用于 判断反应的方向和限度。
应用
用于分析化工过程中的热力学性质、相平衡、 化学反应平衡等问题。
化工过程能量优化方法
热力学第二定律 不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响,或不可能从单一热源取热使之完全转换为有用 的功而不产生其他影响,或不可逆热力过程中熵的微增量总是大于零。
状态方程与状态参数
状态方程
描述系统或它的性质和本质的一系列 数学形式。将系统的物理性质用数学 形式表达出来,即建立该系统各状态 参数间的函数关系。
膜分离过程热力学原 理
利用膜的选择性透过性,实现混合物中 各组分的分离。膜分离过程涉及溶解平 衡、传质等热力学基本原理。
03
吸附过程热力学原理
利用吸附剂对混合物中各组分的选择性 吸附,实现组分的分离。吸附过程涉及 相平衡、传质等热力学基本原理。
THANK平衡和固固平衡简介
固液平衡
固体与液体之间的平衡状态,涉及溶解度、 溶度积等概念。在化工过程中,固液平衡 对于结晶、溶解等操作具有重要意义。
VS
化学反应热效应计算方法
热力学第一定律
能量守恒定律在热力学中的应用,用于计算反 应热效应。
生成焓与反应焓
通过生成焓计算反应焓,进而求得反应热效应。
键能法
利用化学键能数据估算反应热效应。
化学反应方向判据及应用
根据熵变判断反应自发进 行的方向。
利用平衡常数判断反应进 行的方向和程度。
焓、熵和吉布斯自由能概念及应用
焓(H)
系统的热函数,表示系统总能量的变化。
熵(S)
表示系统的无序程度,用于描述不可逆过程 的自发性。
吉布斯自由能(G)
描述系统在特定条件下的最大有用功,用于 判断反应的方向和限度。
应用
用于分析化工过程中的热力学性质、相平衡、 化学反应平衡等问题。
化工过程能量优化方法
热力学第二定律 不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响,或不可能从单一热源取热使之完全转换为有用 的功而不产生其他影响,或不可逆热力过程中熵的微增量总是大于零。
状态方程与状态参数
状态方程
描述系统或它的性质和本质的一系列 数学形式。将系统的物理性质用数学 形式表达出来,即建立该系统各状态 参数间的函数关系。
膜分离过程热力学原 理
利用膜的选择性透过性,实现混合物中 各组分的分离。膜分离过程涉及溶解平 衡、传质等热力学基本原理。
03
吸附过程热力学原理
利用吸附剂对混合物中各组分的选择性 吸附,实现组分的分离。吸附过程涉及 相平衡、传质等热力学基本原理。
THANK平衡和固固平衡简介
固液平衡
固体与液体之间的平衡状态,涉及溶解度、 溶度积等概念。在化工过程中,固液平衡 对于结晶、溶解等操作具有重要意义。
VS
化工热力学经典课件-1
动力学 热力学 过程
新的绿色溶剂及混合物
低能耗的CO2捕集分离过程
设计新的填料环-提高传质效率
流体力学性能、界面润湿性能对传质效率的影响
CO2的埋存和资源化利用
香山科学会议第276次学术讨论会(2006.4.25~27)的主题
2006年5月国际原油价格已突破70$/桶大关
CO2驱油是有利可图的一举两得的方法
高等化工热力学
2007年9月
损失金额在250亿至1000亿美元之间
2005年的卡特里娜飓风及其 对美国新奥尔良市的影响
2005年第13号台风“泰利”造 成浙江、安徽、福建、江西、 河南、湖北等6省1930.1万人受 灾,死亡124人,失踪31人,紧 急转移安置灾民183.6万人;倒 塌房屋9.7万间,损坏27.7万间 ;农作物受灾面积126.1万公顷 ,绝收26.2万公顷;直接经济 损失154.2亿元。
H H (S , p, n1, , nK ) A A(T , V , n1, , nK ) G G(T , p, n1, , nK )
2 热力学基本方程
Z Z ( X , Y , n1, , nK )
K
Z dZ X
KZ Z dY dni dX Y n i 1 Y,n j X ,n j i X,Y,n[i ]
300 400
空气含水率=p/大气压
600
T 500
T/K
2005年9月16日新民晚报A30国际新闻.生活/社会 版
过去35年间强飓风数量显著增长
全球升温增长飓风势头
研究人员15日说,过去35年间全球范围 内强度类似于“卡特里娜”的飓风数量显著 增长,与全球气候升温引起的海面水温上升 有关。 美国佐治亚理工学院的柯里说,随着海 洋表面水温增高,飓风变得更强,破坏力更 大。有充分理由可以相信,海洋表面水温升 高与飓风强度增高有联系,而全球气候升温 可能使这一趋势得以延续。 与柯里就职于同一所学院的彼得.韦伯斯 特也认为,“海水表面温度越高,飓风威力 越猛”。 海面上蒸发的水蒸气最终会变成降雨, 水蒸气释放热量过程中则形成热带气旋,而 这最终可能转化为飓风。韦伯斯特说,海水 表面越温暖,水蒸气就会越多,而飓风也就 能得到更多“燃料”。他说,即使海面 水温微小提升也能引起水蒸气迅速增多。 研究人员说,自1970年以来,大西 洋的洋面水温上升了0.5摄氏度。 柯里及其同事发现,1990年至今, 全球发生的强飓风次数比1970年到1985 年间翻了一倍。所谓“强飓风”,特指4 级或5级飓风,破坏力巨大。 研究人员在美国《科学》杂志上报 告说,虽然强飓风增多,但过去10年间 全球飓风总次数呈现下降趋势。 柯里等人的研究结果与其它科学家 近期发表在《自然》杂志上另一份研究 报告的结论吻合。后者认定,过去30年 间飓风强度正在增大。 马震 (新华社供本报特稿)
新的绿色溶剂及混合物
低能耗的CO2捕集分离过程
设计新的填料环-提高传质效率
流体力学性能、界面润湿性能对传质效率的影响
CO2的埋存和资源化利用
香山科学会议第276次学术讨论会(2006.4.25~27)的主题
2006年5月国际原油价格已突破70$/桶大关
CO2驱油是有利可图的一举两得的方法
高等化工热力学
2007年9月
损失金额在250亿至1000亿美元之间
2005年的卡特里娜飓风及其 对美国新奥尔良市的影响
2005年第13号台风“泰利”造 成浙江、安徽、福建、江西、 河南、湖北等6省1930.1万人受 灾,死亡124人,失踪31人,紧 急转移安置灾民183.6万人;倒 塌房屋9.7万间,损坏27.7万间 ;农作物受灾面积126.1万公顷 ,绝收26.2万公顷;直接经济 损失154.2亿元。
H H (S , p, n1, , nK ) A A(T , V , n1, , nK ) G G(T , p, n1, , nK )
2 热力学基本方程
Z Z ( X , Y , n1, , nK )
K
Z dZ X
KZ Z dY dni dX Y n i 1 Y,n j X ,n j i X,Y,n[i ]
300 400
空气含水率=p/大气压
600
T 500
T/K
2005年9月16日新民晚报A30国际新闻.生活/社会 版
过去35年间强飓风数量显著增长
全球升温增长飓风势头
研究人员15日说,过去35年间全球范围 内强度类似于“卡特里娜”的飓风数量显著 增长,与全球气候升温引起的海面水温上升 有关。 美国佐治亚理工学院的柯里说,随着海 洋表面水温增高,飓风变得更强,破坏力更 大。有充分理由可以相信,海洋表面水温升 高与飓风强度增高有联系,而全球气候升温 可能使这一趋势得以延续。 与柯里就职于同一所学院的彼得.韦伯斯 特也认为,“海水表面温度越高,飓风威力 越猛”。 海面上蒸发的水蒸气最终会变成降雨, 水蒸气释放热量过程中则形成热带气旋,而 这最终可能转化为飓风。韦伯斯特说,海水 表面越温暖,水蒸气就会越多,而飓风也就 能得到更多“燃料”。他说,即使海面 水温微小提升也能引起水蒸气迅速增多。 研究人员说,自1970年以来,大西 洋的洋面水温上升了0.5摄氏度。 柯里及其同事发现,1990年至今, 全球发生的强飓风次数比1970年到1985 年间翻了一倍。所谓“强飓风”,特指4 级或5级飓风,破坏力巨大。 研究人员在美国《科学》杂志上报 告说,虽然强飓风增多,但过去10年间 全球飓风总次数呈现下降趋势。 柯里等人的研究结果与其它科学家 近期发表在《自然》杂志上另一份研究 报告的结论吻合。后者认定,过去30年 间飓风强度正在增大。 马震 (新华社供本报特稿)
化工热力学第一章
δQ
2 积分:
∆y = ∫
A
B
∑ C dx
i i
i
只取决于A,B的状态,而与路径无关,沿任一路径封闭积分
∫ ∑ C dx
i i
i
= 0 例:
δQ = dU + δW
∫ δQ = ∫ dU + ∫ δW
即循环热=循环功
由于
P
∫ dU = 0 所以
+ P
∫ δQ = ∫ δW
+ -
dV f 0, 膨胀 dV p 0, 压缩
三、热力学处理的问题 Ⅰ类:与过程有关,体系自身的变化,体系与环境 的能力交换。 Ⅱ类:建立一些列热力学平衡性质,由此建立热力 学微分方程 由热力学第一、第二定律,及只做膨胀功:
dU = δQ + δW
δQ = TdS
δW = − PdV
及: H = U + PV
G = H − TS
dH = dU + PdV + VdP
dU = TdS -PdV + µdN
有
2 −1 = 7
3
个特性函数:
ψ1 = U + PV = H
ψ 2 = U-TS = F
ψ 3 = U-µN
ψ 4 = U + PV-TS = H-TS = G
ψ 5 = U + PV-µV = H − µdG = dH − TdS − SdT
dF = dU − TdS − SdT
F = U − TS
可得:热力学基本关联式:
dU = TdS − PdV
dH = TdS + VdP dF = − PdV − SdT dG = VdP − SdT
化工热力学PPT48页
41
第7章 压缩、膨胀、动力循环与制冷循环
(1)
(2)
42
(3)
43Leabharlann (4)44(5) (6)
45
(7)
热泵
P306
46
(8)
47
计算题 • P50 习题2-13 • P102 例4-5 • P154 习题4-20、4-24、4-27 • P219 习题5-11 • P222 习题5-42、5-43 • P297 例7-5
19
(2) (3) (4)
20
(5)
21
习题 P154
22
(6) 逸度可认为是: 校正压力
23
(7)
24
(8)
25
(9)
26
(10)
27
(11)
1. 理想溶液的超额性质等于多少? 要求会根据纯物质摩尔性质和偏摩尔性质 2. 要求会计算超额性质!!! 计算超额性质。 (12)
28
(13)
化工热力学
期末复习
1
考试注意事项
• 一定要带计算器!!! • 不能作弊!!!
2
第1章 绪论
(1)
关于化工热力学用途的下列说法中不正确的是( C ) A.可以判断新工艺、新方法的可行性。 B.优化工艺过程。 C.预测反应的速率。 D.通过热力学模型,用易测得数据推算难测数据;用少量实 验数据推算大量有用数据。
•
坚持质量第一原则,确保体系有效运 行。下 午3时16 分44秒 下午3 时16分1 5:16:44 20.10.1 5
•
造高楼,打基础,保安全,抓班组。2 0.10.15 20.10.1 515:16 15:16:4 415:16: 44Oct-2 0
第7章 压缩、膨胀、动力循环与制冷循环
(1)
(2)
42
(3)
43Leabharlann (4)44(5) (6)
45
(7)
热泵
P306
46
(8)
47
计算题 • P50 习题2-13 • P102 例4-5 • P154 习题4-20、4-24、4-27 • P219 习题5-11 • P222 习题5-42、5-43 • P297 例7-5
19
(2) (3) (4)
20
(5)
21
习题 P154
22
(6) 逸度可认为是: 校正压力
23
(7)
24
(8)
25
(9)
26
(10)
27
(11)
1. 理想溶液的超额性质等于多少? 要求会根据纯物质摩尔性质和偏摩尔性质 2. 要求会计算超额性质!!! 计算超额性质。 (12)
28
(13)
化工热力学
期末复习
1
考试注意事项
• 一定要带计算器!!! • 不能作弊!!!
2
第1章 绪论
(1)
关于化工热力学用途的下列说法中不正确的是( C ) A.可以判断新工艺、新方法的可行性。 B.优化工艺过程。 C.预测反应的速率。 D.通过热力学模型,用易测得数据推算难测数据;用少量实 验数据推算大量有用数据。
•
坚持质量第一原则,确保体系有效运 行。下 午3时16 分44秒 下午3 时16分1 5:16:44 20.10.1 5
•
造高楼,打基础,保安全,抓班组。2 0.10.15 20.10.1 515:16 15:16:4 415:16: 44Oct-2 0
化工热力学第1章_绪论
❖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。
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。
了全世界 10.生物医学工程
5
化工热力学和其它化学工程分支学科间的关系
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
2.抗生素:1918年流感夺走了全世界2000万人的生命。化学 工程使青霉素的年产量高达百万磅
3.聚合物:塑料在很多应用场合能取代木头、金属和玻璃
4
化学工程能做什么?
4.合成纤维 5.低温空分生成O2 和 N2 6.核同位素的分离 7.原油的催化裂解:制备高辛烷值燃料的能力在英国战役和二
次世界大战中是一决定性因素 8.污染的控制 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
3
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
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。
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。
了全世界 10.生物医学工程
5
化工热力学和其它化学工程分支学科间的关系
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
2.抗生素:1918年流感夺走了全世界2000万人的生命。化学 工程使青霉素的年产量高达百万磅
3.聚合物:塑料在很多应用场合能取代木头、金属和玻璃
4
化学工程能做什么?
4.合成纤维 5.低温空分生成O2 和 N2 6.核同位素的分离 7.原油的催化裂解:制备高辛烷值燃料的能力在英国战役和二
次世界大战中是一决定性因素 8.污染的控制 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
3
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
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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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。
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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
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must frequently be introduced to make the problem tractable.
Is a boundary permeable, semipermeable, or impermeable? Are the contents of the system well-mixed and homogeneous?
下面是Josiah Willard Gibbs的介绍。
Josiah Willard Gibbs (1839 - 1903)
Josiah Willard Gibbs (1839 - 1903) has been reckoned as one of the greatest American scientists of the 19th century. He provided a sound thermodynamic foundation to much of Physical Chemistry. “Gibbs’ Phase Rule” is well known to all in the field today.
工作的极限,后来上升到热机(heat engine)的研究和应用。 “热力学”名称的本身就意味着“来自热的能量”,因为
thermo代表热,dynamics代表动力。热力学在研究热机工作
的基本原理过程中,总结、归纳出了著名的热力学第一定律 和热力学第二定律。
热力学第一定律和热力学第二定律没有任何数学意义 上的证明,它是自然界基本规律的总结,迄今为止,没有任 何人对这二个定律提出异议(除了一些科学狂人),自然界 发生的过程或出现的现象也都遵循这二个定律。
热力学问题的分类
1. For a given process with prescribed (or idealized ) internal constraints and boundary conditions, how do the properties of the system vary?
化工热力学面临的问题
化工热力学面临的最大问题是:理论研究多,实际应用少。 美国 University of California, Berkeley 的Prausnitz 教授
是近代化工热力学领域最著名的一位学者,下面引用他在论文
“Thermodynamics and Other Chemical Engineering Sciences: Old Models for New Chemical Products and Processes”(Fluid
2. To cause given changes in system properties, what
external interactions must be imposed?(This is the
inverse of Type 1.)
3. Of the many alternative processes to effect a given
John M. Prausnitz
目前Prof Prausnitz 的研究领域和研究方法
The research purpose of Prausnitz is to obtain, interpret and correlate thermodynamic properties of a variety of mixtures as required for process and product design in the chemical and related industries, including biotechnology. Toward that end, we obtain experimental data, perform Monte-Carlo molecular simulations and develop molecularthermodynamic models based on the statistical mechanics of fluids and solids. Attention is given to crude oils, natural gas, polymers and protein solutions. While these research studies contribute to our fundamental understanding of condensed matter, their primary application is for economic, industrialscale chemical engineering design.
“Do the best work in Thermodynamics that you possibly can and enjoy it thoroughly. But don’t lose sight of the goal. Thermodynamics comes second. First comes Chemical Engineering.”
change in a system, what are the efficiencies of each with respect to the resources at our disposal?
How to solve these problems?
Type 1 和 Type 2 二类问题的解决需要应用热力学第一 定律(the First Law),如在《物理化学》课程中学习的封闭 体系第一定律
热力学第一和第二定律奠定了热力学科学的理论基础。 从热力学第一和第二定律出发,通过一系列数学推导,建立了 一整套的热力学公式,形成了完整的热力学理论体系。这就是 我们今天所认识的热力学。 伴随热力学科学的形成和发展,产生了一批著名的数学 家和化学家,其中,贡献最大的是美国数学家Josiah Willard Gibbs。
另一个近代热力学著名学者
Kenneth S. Pitzer (1914-1997)
Kenneth S. Pitzer was born in Pomona, California, in 1914. He received his B.S. in 1935 from Caltech and his Ph.D. in chemistry from UC Berkeley in 1937. He was immediately appointed to the faculty of the Department of Chemistry at Berkeley, where he spent most of his distinguished career.
Professor Pitzer took leave to serve in Washington, D.C., during World War II and again from 1949 to 1951, when he was Director of Research for the Atomic Energy Commission. Upon returning to Berkeley, he was appointed Dean of the College of Chemistry, a position that he held until 1960. He subsequently became President first of Rice University (19611968) and then of Stanford University (1969-1971). In 1971, he returned to Berkeley, becoming Professor Emeritus in 1984.
( nU ) Q W
在《化工热力学》课程中学习的稳流体系第一定律
H 1 2 u gz Q W s
2
热力学第一定律可以广义地写成如下形式: Internal changes = ∑ interactions occurring at boundaries
第一定律中体系的能量变化可以同体系其它的一些性质, 如 T、P 、V 等相关联,因此,可以通过改变体系的T、P 、 V 等性质,实现体系的状态变化。 Type 3 问题的解决,需要热力学第二定律(the Second Law)。这时,引入一个被称为可逆过程(reversible process)的理想化过程,作为比较实际过程效率的标准。
《高等化工热力学》 Advanced Chemical Engineering Thermodynamics
江成发教授、博士 四川大学化工学院 E-mail:jiangcf6208@
热19世纪,
最初用于研究和描述蒸汽机(steam engine)的操作以及蒸汽机
Professor Pitzer was the founder of modern theoretical chemistry at Berkeley. He not only used quantum and statistical mechanics to explain the thermodynamic and conformational properties of molecules, but he also pioneered quantum scattering theory for describing chemical reactions at the most fundamental level. He also made contributions to relativistic effects in chemical bonding and the theory of fluids and electrolyte solutions.