化工热力学理论
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。
第一章 基础化工热力学篇-第一第二讲
Q Qi
Q ——体系总的热流速率 Q ——第i个热流口的热流率
i
能量衡算方程：
③功流 轴功： Ws －是体系界面无形变时产生的机械能流。 功率： Ws
W 体积功： F －由于体系边界的转移也能产生功。 功 率：
1.5势函数和响应函数
一、热力学势 1、内能（internal energy） 内能是指物质内部分子的能量，包括两部分： { 1.分子的永不停息的运动（动能）
2.分子间力（势能）
2、焓（entralpy） 定义：H≡U+PV 焓是由内能加上由于力学耦合而引起的能量得到的。 对流动过程能量平衡：Q＝nΔH，应用于热交换 器、蒸发器、精馏塔、泵、压缩机、透平机等。
E入、E出：进出体系的能量速率
（1.6）
能量衡算方程：
① 能流 当一流体微元进入或离开体系时，必然携带 其内能、动能和位能一起流动。 能流速率：
~ M i (U v 2 / 2 ) i
i 1 n
（1.７）
~ ——i个物流单位质量的内能 U M i ——其质量流率
能量衡算方程：
②熵变速率 一个对热流和功流敞开的体系，引起体系熵 变的是热流而不是功流，熵变速率可写为
Q T
③生成熵的速率
S gen
熵衡算方程：
体系熵流的总速率可表示为：
n dS ~ S QS Mi i gen dt i 1 T
①对于封闭体系
dS Q S gen dt T
工程热力学：研究热能与机械能之间转换的规律和 方法以及提高能量转换效率的途径。 化学热力学：将热力学理论和化学现象相结合，用 热力学的定律、原理、方法来研究物质的热性质、 化学过程及物理变化实现的可能性、方向性及进行 限度等问题。 化工热力学：集化学热力学和工程热力学的大成， 既要解决化学问题，又要解决工程问题。
《化工热力学》课件
通过改进热力学过程，可以提高产品的质量和产量，提升企业竞争力。
03
02
01
历史回顾
化工热力学起源于工业革命时期，随着科技的发展和工业的进步，逐渐形成一门独立的学科。
发展趋势
随着环保意识的提高和能源需求的增加，化工热力学将更加注重节能减排、资源循环利用和可再生能源的开发利用。
未来展望
总结词：熵增加
详细描述：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，即系统总是向着更加混乱无序的状态发展。这个定律对于化工过程具有重要的指导意义，因为它揭示了能量转换和利用的限制，以及不可逆过程的本质。
绝对熵的概念
总结词
热力学第三定律涉及到绝对熵的概念，它指出在绝对零度时，完美晶体的熵为零。这个定律对于化工过程的影响在于，它提供了计算物质在绝对零度时的熵值的方法，这对于分析化学反应的方向和限度具有重要的意义。同时，它也揭示了熵的物理意义，即熵是系统无序度的量度。
总结词
化工过程的能量效率是衡量化工生产经济效益的重要指标，通过提高能量效率，可以降低生产成本并减少环境污染。
能量效率是评价化工过程经济性和环境影响的重要参数。它反映了化工过程中能量转化和利用的效率。提高能量效率意味着减少能源的浪费，降低生产成本，同时减少对环境的负面影响。为了提高能量效率，需要采用先进的工艺技术和设备，加强能源管理，优化操作条件。
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xx年xx月xx日
目 录
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化工热力学概述热力学基本定律化工过程的能量分析化工过程的热力学分析化工热力学的应用实例
01
化工热力学概述
提高能源利用效率
通过优化化工过程的热力学参数，可以降低能耗，提高能源利用效率。
化工热力学理论
化工热力学理论第2章流体的p-V-T(x)关系1.1 本章学习要求本章的核心内容是流体的PVT关系。
要求学生掌握纯物质的P-V-T立体相图中，点、线、面所代表的物理意义及在PT面和PV 面上投影所形成的P-T相图和P-V相图。
认识物质的气、液、固三类常见状态和气-液、气-固、液-固相平衡等在相图中的表征方法；掌握临界点的物理意义及其数学特征。
要求掌握理想气体的基本概念及其基本的数学表达方法；明确在真实条件下，物质都是以非理想状态存在的，掌握采用立方型状态方程和Virial方程进行非理想气体PVT计算的方法。
1.2 重点1.2.1 纯物质的PVT关系图1-1 纯物质的p-V-T 相图图1-2 纯物质的p-T 图 图1-3 纯物质的p-V 图临界点C 在图上表现为拐点，数学上的可表述为：C T T P 0V =⎛⎫∂= ⎪∂⎝⎭ (1-1) C22T T P 0V =⎛⎫∂= ⎪∂⎝⎭ (1-2) 1.2.2 状态方程(Equations of State ，EOS)状态方程是物质P-V-T 关系的解析式，可表达为函数关系：f (P,V,T)0= (1-3)状态方程的重要价值在于：(1) 用状态方程可精确地代表相当广泛范围内的P-V-T 数据，大大减小实验测定的工作量；(2) 用状态方程可计算不能直接从实验测定的其它热力学性质；(3) 用状态方程可进行相平衡计算，如计算饱和蒸气压、混合物气液相平衡、液-液平衡等，尤其是在计算高压气液平衡时的简捷、准确、方便，为其它方法不能与之相比的。
1.2.3 理想气体状态方程理想气体状态方程是流体状态方程中最简单的一种，理想气体的概念是一种假想的状态，实际上并不存在，它是极低压力或极高温度下各种真实气体的极限情况。
数学表达式为：P 0(V )lim (PV)RT →→∞=或PV RT = (1-4)1.2.4 真实气体状态方程大体上分为三类：第一类是立方型状态方程，如Van der Waals、RK、SRK、PR、PT等；第二类是多项级数展开式的状态方程，如Virial、BWR、MH等；第三类是理论型状态方程。
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
化工热力学化工热力学是研究化工、炼油、石油化工等生产中的热效应和热过程规律的一门科学。
它以大量实验数据为基础，用定性和半定量的方法，阐明化工单元操作中的能量转化和转移的本质及其与化学平衡的关系，从而建立起反映各种物理现象之间联系的基本理论。
在合成氨工业生产中具体应用的为动量传递理论、反应热计算和放热反应计算，其中动量传递理论还用于设计合成塔内件，以控制气体的流速和返回动量;反应热计算可为动量传递过程和计算热力学反应器提供依据。
这里面包括了各种类型的单相反应，主要涉及反应热和化学反应热两个方面的问题。
反应热的求取：反应热通常指由一个单元反应的能量变化所引起的其他单元反应的能量变化。
在确定了反应条件后，为了获得足够的信息以利于控制，可根据经验公式或由实验数据推导出反应热的经验式。
反应热的计算与表示：反应热与反应级数有着密切的联系，并且与温度的高低有一定的比例关系。
因此，正确地表示和求取反应热的过程称为反应热的计算。
在反应过程中，只有正确地求出每一步反应的反应热，才能准确地知道反应进行到什么阶段，即是在哪一步完成的。
然后根据每一步的反应热值就可以求出该步反应在该温度下完全反应所需要的热量。
对化学反应来说，当前者(如在常压下进行)和后者(如在较高的压力下进行)的温度不同时，则必须先分别求出前者和后者的反应热，再由前者和后者的反应热求得前者的反应热。
因此，通过反应热的计算，可以知道化学反应所经历的步骤，也可以通过反应热的计算，估算出反应所经历的温度范围。
反应热计算对设计和安装合成塔和催化剂、使反应器有最佳工作状态等都是必不可少的。
在动量传递理论中也涉及到反应热的问题，但不直接考虑反应热，而把热量视为分子传递的作用力，通过作用力的相互作用传递热量。
2化工热力学分析在实际工作中也有重要意义。
例如，在合成氨工业生产中具体应用的为动量传递理论、反应热计算和放热反应计算，其中动量传递理论还用于设计合成塔内件，以控制气体的流速和返回动量;反应热计算可为动量传递过程和计算热力学反应器提供依据。
化工热力学
nM f (T , P, n1 , n2 )
微分此式:
d (nM ) [ (nM ) (nM ) (nM ) ] P ,n dT [ ]T ,n dP [ ]T , P ,n j 1 dn1 T P n1
[
(nM ) ]T , P ,n j 2 dn2 n2
对于单相体系，总内能可写成：
nU U t f (nS , nV , n1、n2 ni nN )
全微分为：
(nU ) (nU ) d (nU ) d (nS ) d (nV ) (nS ) nV ,n (nV ) nS ,n (nU ) dni i ni nS ,nV ,n
M ( xi M i )
（4－21）
上两式为偏摩尔量的加和公式。
结论：① 对于纯组分 ② 对于溶液 xi ＝1，
M1 M
Mi Mi
3.偏摩尔性质间的关系
Hi Ui PVi Ai Ui T Si Gi Hi T Si
dUi Td Si PdVi
d H i Td Si Vi dP
其中，由于体系中只有i 组分变化，故n对ni的导数 等于1。因为此时ni变化多少，n变化多少。
M xk M [( )T , p , x j [ i ,k ] ( )] xk ni k ni T , p ,n j [ i ] xk M [( )T , p , x j [ i ,k ] ( )] xk n k 1 M xk ( )T , p , x j [ i ,k ] n k xk M M i M n( )T , p ,n j [ i ] ni
在恒T，恒P下 (nM ) (nM ) d nM [ ]T , P ,n j 1 dn1 [ ]T , P ,n j 2 dn2 n1 n2
化工热力学
流动系统的热力学原理及应用
总目录
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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
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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
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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
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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。
化工热力学知识点框架总结
化工热力学知识点框架总结热力学是一门研究能量转化和能量传递规律的自然科学。
在化工领域，热力学是一门重要的基础学科，它不仅是理论研究的基础，也是工程设计和实践的重要依据。
本文将对化工热力学的相关知识点进行总结，包括热力学基本概念、热力学系统与过程、物态方程、热力学第一定律、热力学第二定律、熵和热力学函数等内容。
1. 热力学基本概念热力学是研究能量转化和能量传递的规律的一门科学，它是人们认识能源转化过程的基础。
热力学基本概念包括系统、边界、环境、状态、过程等。
系统是研究对象的一部分，可以是封闭系统、开放系统或闭合系统；边界是系统与环境之间的分界面；环境是系统外部的一切事物；状态是系统在一定条件下所处的特定状态，可以通过状态方程描述；过程是系统从一个状态变为另一个状态的行为。
2. 热力学系统与过程根据热力学研究对象的不同，系统可以分为孤立系统、封闭系统和开放系统。
孤立系统与外界无能量和物质的交换；封闭系统能与外界进行能量交换但不能与物质交换；开放系统能与外界进行能量和物质的交换。
根据系统的体积和质量的变化，热力学过程可以分为等体过程、等压过程、等温过程和绝热过程。
等体过程中系统的体积不变，等压过程中系统的压强不变，等温过程中系统的温度不变，绝热过程中系统与外界无热交换。
3. 物态方程物态方程描述了气体的状态参数之间的关系，最常用的气体状态方程是理想气体状态方程。
理想气体状态方程描述了理想气体的压强、体积、温度之间的关系，可以表示为P*V=n*R*T，其中P为气体的压强，V为气体的体积，n为气体的物质量，R为气体的特定常数，T为气体的温度。
除了理想气体状态方程，还有范德瓦尔斯方程等描述气体状态的方程。
在实际工程中，通过物态方程可以描述气体在不同条件下的状态参数，为工程设计和生产提供基础数据。
4. 热力学第一定律热力学第一定律是能量守恒定律的表达，在闭合系统中能量不会自发减少或增加。
热力学第一定律可以表达为系统内能的变化等于系统所做的功与系统所吸收的热的代数和。
2024版化工热力学精ppt课件
化工热力学精ppt课件目录•化工热力学基本概念•流体的热物理性质•化工过程能量分析•相平衡与相图分析•化学反应热力学基础•化工热力学在工艺设计中的应用PART01化工热力学基本概念孤立系统与外界既没有物质交换也没有能量交换的系统。
开放系统与外界既有能量交换又有物质交换的系统。
封闭系统与外界有能量交换但没有物质交换的系统。
热力学系统及其分类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。
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。
状态参数表征体系特性的宏观性质，多数指具有能量量纲的热力学函数（如内能、焓、吉布斯自由能、亥姆霍茨自由能）。
偏微分与全微分概念偏微分在多元函数中，函数对每一个自变量求导数，就是偏导数。
全微分如果函数z = f(x, y) 在(x, y) 处的全增量Δz = f(x + Δx, y + Δy) -f(x, y) 可以表示为Δz = AΔx + BΔy + o(ρ)，其中A、B 不依赖于Δx, Δy 而仅与x, y 有关，ρ = √[(Δx)2 + (Δy)2]，此时称函数z = f(x, y) 在点(x, y) 处可微，AΔx + BΔy 称为函数z = f(x, y) 在点(x, y) 处的全微分。
PART02流体的热物理性质基于实验数据的经验方法利用已有的实验数据，通过拟合、插值等数学手段，得到纯物质的热物理性质随温度、压力等条件的变化规律。
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。
化工热力学基础理论
化工热力学基础理论1. 引言在化工过程中，热力学是一个重要的基础理论。
它研究了能量转换和传递的规律，为化工过程的设计和优化提供了基本原理。
本文将介绍化工热力学的基础理论，包括热力学系统、状态函数、热力学平衡和熵等内容。
2. 热力学系统热力学系统是指用于研究的一部分物质或物质的组合。
根据系统的边界和与外界的交换方式，可以将热力学系统分为三类：封闭系统、开放系统和孤立系统。
封闭系统是指与外界无质量交换，但能量可以在系统和外界之间进行交换的系统。
开放系统是指物质和能量都可以在系统和外界之间进行交换的系统。
孤立系统是指与外界既没有物质也没有能量交换的系统。
3. 状态函数状态函数是描述热力学系统状态的函数，它们只依赖于系统的当前状态，而与系统是如何达到当前状态无关。
常见的状态函数有：体积（V）、压力（P）、温度（T）、摩尔数（n）和内能（U）等。
体积是指系统所占据的物理空间的大小；压力是系统对单位面积的物理表面施加的力的大小；温度是系统中各个粒子热运动的平均能量；摩尔数是系统中的分子或原子的数量；内能是所有分子或原子的总能量。
4. 热力学平衡热力学平衡是指热力学系统在不受外界作用下达到稳定状态的过程。
在热力学平衡状态下，各个宏观性质保持不变，系统内部的微观状态也保持不变。
热力学平衡有两个基本原则：能量最小原则和熵增原则。
能量最小原则指系统总能量在平衡状态下取得最小值；熵增原则指在孤立系统中，熵在平衡状态下取得最大值。
通过理解热力学平衡，我们可以预测和优化化工过程的性能，提高能源利用效率和产品质量。
5. 熵熵是一个衡量系统无序程度的物理量，它越高，系统的无序程度越大。
熵的计算需要一定的统计物理学知识，可以用于描述系统的混乱程度和随机性。
根据热力学第二定律，孤立系统中熵不会减少，只会增加或保持不变。
这意味着自发过程是朝着熵增加的方向进行的。
在化工过程中，认识和利用熵的概念对于优化能量利用和减少能量损失非常重要。
热力化学第六章 化工过程热力学分析
Wid 耗功：a WS
T0 T0 Q低 Q 1 1 T L T I a T0 Q高 1 T H
T0 1 T L T0 1 T H
100%转化为理想功。 100%转化为理想功。
E XP
E XPh 部分转化为理想功。 E XC 部分转化为理想功。
稳流过程，流体具有的总有效能为：
EX EXK EXP EXPh EXC
6.3 过程热力学分析法
1）动能 和位能 100%转化为理想功。
E XK
2） 物理
6.2 化工单元过程的热力学分析
1. 流体流动过程的热力学分析 问题的提出： 由于流体流动有摩擦，包括流体的内摩擦及 流体与管道、设备的摩擦，使流体的一部分机械 能耗散为热能，导致功损耗，并有熵产生。 流体流动的推动力是压力差，为不可逆过程， 也有熵产生。 讨论流体流动过程的功损耗应首先找出熵产生 与压力降之间的关系：Δ Sg Δ p
6.2 化工单元过程的热力学分析
(4)换热过程的热力学效率： 例题6-9
H L Wid WL Wid a H H Wid Wid 无温差的传热过程，若无散热损失： a 1，但实际 生产中均为不可逆的有温差传热：
H L Wid Wid
a 1
思考： (1)热量全部回收，仍有功耗，为什么？
T Q ) Q(1 0 ) T T
|QH|=|QL|=Q
T0 ) TH T L Wid Q (1 0 ) TL
H Wid Q (1
损耗功： WL W
H id
T0 (TH TL )Q W TH TL
L id
化工热力学知识点总结思维导图
化工热力学知识点总结思维导图化工工程是涉及化学反应、热传递、质量转移等许多学科的交叉学科。
在这个复杂的过程中，热力学是一个非常重要的学科，它研究了化学反应、物质转化过程中的能量关系。
热力学在化工工程中有着广泛的应用，涉及到反应过程的热力学性质、热力学分析和计算等方面。
本文将对化工热力学知识点进行总结，并提供一份简洁的思维导图。
第一部分：基本概念1.1 热力学系统定义：热力学所研究的任何物体或物质都称为系统。
分类：封闭系统、开放系统、孤立系统。
1.2 状态量定义：用于描述系统状态的量，如压力、温度、体积、物质的量等。
分类：广延量、强度量、定量量、自由量、参量等。
1.3 热力学过程定义：由一个状态变化到另一个状态的过程称为热力学过程。
分类：可逆过程、不可逆过程、等压过程等。
1.4 热力学第一定律定义：能量守恒定律。
公式：ΔU=Q-W解释：U代表系统内能，Q代表热量，W代表功。
第二部分：热力学计算2.1 热力学平衡定义：系统属性、热力学状态处于平衡状态的条件称为热力学平衡。
条件：熵最大、内能最小。
2.2 热力学计算公式：ΔG=ΔH-TΔS解释：G代表吉泽自由能，H代表焓，S代表熵。
2.3 热力学逆过程定义：系统在平衡状态下，由外界施加的微小变化。
公式：dS/dt=Q/T第三部分：化学反应3.1 化学反应热力学性质定义：化学反应在热力学上可以由焓和熵来描述。
公式：ΔH=ΔHp-ΔHr解释：Hp代表生成热，Hr代表反应热。
3.2 变温变压等热力学性质计算公式：(ΔG/ΔT)p=ΔH/ΔT-V(ΔS/ΔT)(ΔG/ΔP)p=V(ΔS/ΔP)-ΔV/ΔP解释：ΔG代表自由能变化量，ΔH代表焓变化量，ΔS代表熵变化量，ΔV代表体积变化量。
第四部分：区域综合4.1 热力学循环定义：通过吸收和放出热量，沿固定的轨迹完成气态、液态和固态之间的相互转换的过程。
条件：热机循环和制冷循环。
4.2 活动热力学定义：在非平衡状态下，化学势是描述物质转移的最适宜量。
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。
化工热力学公式总结
化工热力学公式总结化工热力学是研究化学反应中热效应与热力学性质的科学，其研究内容涉及了固液相变、气液相变、燃烧行为等多个方面。
在热力学的研究中，有一些常用的公式和方程式被广泛应用于工程技术和科学研究中。
本文将从热力学的基本概念和公式、热力学循环、热传导和传质过程等方面，总结常用的化工热力学公式。
一、热力学基本概念和公式1.热力学第一定律：ΔU=Q-W其中ΔU表示系统内能的变化，Q表示系统从外界得到的热量，W表示系统对外界做的功。
2.热力学第二定律：dS≥dQ/T其中dS表示系统熵的增加，dQ表示系统获得的热量，T表示系统的温度。
3. 热力学的物质平衡公式：ΣniΔHi = 0其中ni表示反应物或生成物的物质摩尔数，ΔHi表示反应物或生成物的标准焓变。
4. 化学势：μi = μ0i + RT ln(pi / p0)其中μi表示一些组分的化学势，μ0i表示该组分在标准状态下的化学势，pi表示该组分在实际条件下的分压，p0表示该组分在标准状态下的分压。
二、热力学循环1.热力学效率：η=(W/Q)×100%其中η表示热力学效率，W表示系统对外界做的功，Q表示系统从外界获取的热量。
2.卡诺循环效率：ηC=1-(Tc/Th)其中ηC表示卡诺循环效率，Tc表示循环中冷源的温度，Th表示循环中热源的温度。
3.制冷剂（热泵）性能系数：COP=Q1/W其中COP表示制冷剂（热泵）的性能系数，Q1表示制冷剂（热泵）从低温源吸收的热量，W表示系统对外界做的功。
三、热传导和传质过程1. 热传导方程：q = - kA (dT / dx)其中q表示单位时间内通过物体的热量，k表示物体的热导率，A表示物体的横截面积，dT / dx表示物体温度的变化率。
2. 导湿传质方程：n = - D (dC / dz)其中n表示单位时间内通过物体的水分流量，D表示物体的水分扩散系数，C表示物体的水分浓度，dz表示物体的厚度。
3.理想气体状态方程：PV=nRT其中P表示气体的压力，V表示气体的体积，n表示气体的物质摩尔数，R表示理想气体常数，T表示气体的温度。
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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第2章流体的p-V-T(x)关系1.1 本章学习要求本章的核心容是流体的PVT关系。
要求学生掌握纯物质的P-V-T立体相图中，点、线、面所代表的物理意义及在PT面和PV面上投影所形成的P-T相图和P-V相图。
认识物质的气、液、固三类常见状态和气-液、气-固、液-固相平衡等在相图中的表征方法；掌握临界点的物理意义及其数学特征。
要求掌握理想气体的基本概念及其基本的数学表达方法；明确在真实条件下，物质都是以非理想状态存在的，掌握采用立方型状态方程和Virial方程进行非理想气体PVT计算的方法。
1.2 重点1.2.1 纯物质的PVT关系图1-1 纯物质的p-V-T相图图1-2 纯物质的p-T图图1-3 纯物质的p-V图临界点C在图上表现为拐点，数学上的可表述为：CT TPV=⎛⎫∂=⎪∂⎝⎭(1-1)C22T TPV=⎛⎫∂=⎪∂⎝⎭(1-2)1.2.2 状态方程(Equations of State ，EOS)状态方程是物质P-V-T 关系的解析式，可表达为函数关系：f (P,V,T)0=(1-3)状态方程的重要价值在于：(1) 用状态方程可精确地代表相当广泛围的P-V-T 数据，大大减小实验测定的工作量； (2) 用状态方程可计算不能直接从实验测定的其它热力学性质；(3) 用状态方程可进行相平衡计算，如计算饱和蒸气压、混合物气液相平衡、液-液平衡等，尤其是在计算高压气液平衡时的简捷、准确、方便，为其它方法不能与之相比的。
1.2.3 理想气体状态方程理想气体状态方程是流体状态方程中最简单的一种，理想气体的概念是一种假想的状态，实际上并不存在，它是极低压力或极高温度下各种真实气体的极限情况。
数学表达式为：P 0(V )lim (PV)RT →→∞=或PV RT =(1-4)1.2.4 真实气体状态方程大体上分为三类：第一类是立方型状态方程，如Van der Waals 、RK 、SRK 、PR 、PT 等； 第二类是多项级数展开式的状态方程，如Virial 、BWR 、MH 等； 第三类是理论型状态方程。
1.2.4.1 立方型状态方程(1) Van der Waals(VdW ，1873年)方程 (2) Redlich-Kwong(RK ，1949年)方程 (3) Soave-Redlich-Kwong(SRK ，1972年)方程 (4) Peng-Robinson(PR ，1976年)方程 (5) Patel-Teja(PT,1982年)方程立方型状态方程的应用：(1) 用一个EOS 即可精确地代表相当广泛围的实验数据，藉此可精确计算所需的数据； (2) EOS 具有多功能性，除了PVT 性质之外，还可用最少量的数据计算流体的其它热力学函数、纯物质的饱和蒸气压、混合物的气-液相平衡、液-液相平衡，尤其是高压下的相平衡计算；(3) 在相平衡计算中用一个EOS 可进行二相、三相的平衡数据计算，状态方程中的混合规则与相互作用参数对各相使用同一形式或同一数值，计算过程简捷、方便。
1.2.4.2 多项级数展开式方程 (1) Virial 方程PV BZ 1RT V==+ (1-38) 通常适用于C T T <，P 1.5MPa <压力下的真实气体PVT 关系和其它热力学性质计算。
截至第III 项的Virial 方程为：2PV B CZ 1RT V V==++(1-39) 通常适用于C T T <，P 5.0MPa <压力下的真实气体PVT 关系和其它热力学性质计算。
(0)(1)CCBP B B RT =+ω (1-41)式中(0)B 、(1)B 为对比温度的函数，由Pitzer 关系式计算：r (0) 1.60.422B 0.083T =-(1-42) (1) 4.2r 0.172B 0.139T =-(1-43)1.2.4.3 对应状态原理(Corresponding State Principle)对应态原理：在相同的对比温度、对比压力下，任何气体或液体的对比体积(或压缩因子)是相同的。
二参数函数关系可表达为r r r V f (T ,P )=。
Pitzer 定义的ϖ为：r r S S S r r T 0.7r T 0.7[lg P ()lg P ()] 1.00lg P |==ϖ=-=--参考流体研究流体 (1-50)因此三参数对应状态原理可表达为：(0)(1)r r r r Z Z (T ,P )Z (T ,P )=+ϖ(1-51)式中，(0)r r Z (T ,P )是对比状态下参考流体的压缩因子；(1)r r Z (T ,P )为研究流体对参考流体的偏离项，它们都可从教材附录或相关物性数据手册上查取。
1.2.6 混合物pVTx 关系引起气体混合物非理想性的原因在于：(1) 气体纯组分的非理想性；(2) 混合过程引起的非理想性。
建立混合物性质与纯组分性质的关系，用纯物质性质来预测或推算混合物的性质，一是将混合物整体作为一个虚拟的纯物质对待；二是将混合物看成是各种纯物质某种方式加和，即混合规则(Mixing Rule)，使用混合规则后，混合物的状态方程在形式上与纯物质相同。
混合规则：就是指混合物的虚拟参数m M 与混合物的组成i z 和所含的纯物质参数i M 之间的关系，即m i i M f (z ,M )=。
最简单的混合规则为Kay 规则，即满足关系式：m i i iM z M =⋅∑。
对虚拟混合临界参数Cm T 、Cm P 有：Cm i Ci iT z T =⋅∑Cm i Ci iP z P =⋅∑(1-57)第3章 流体热力学性质计算本章学习要求热力学性质是系统在平衡状态下所表现出来的，平衡状态可以是均相的纯物质或混合物，也可以是非均相的纯物质或混合物。
本章要求学生理解和学会使用一些有用的热力学性质表达成P-V-T(x)的普遍化函数，并结合状态方程来推算其它热力学性质的具体方法，容包括：(1) 从均相封闭系统的热力学基本方程出发，建立热力学函数(如U 、H 、S 、A 、G 、pC 和V C 等)与P-V-T(x)之间的普遍化依赖关系；(2) 应用P-V-T 对应状态原理，计算其它热力学性质的方法； (3) 定义逸度和逸度系数，解决其计算问题； (4) 会使用热力学性质图或表进行计算。
重点与难点3.1 热力学基本方程与Maxwell 关系封闭系统的热力学基本方程为：dU TdS PdV =- (2-1) dH TdS VdP =+ (2-2) dA SdT PdV =-- (2-3) dG SdT VdP =-+(2-4)其中H 、A 、G 的定义为：H U PV =+；A U TS =-；G H TS A PV =-=+。
这些热力学基本关系式，适用于只有体积功存在的封闭系统Maxwell 关系是联系U 、H 、S 、A 、G 等函数与P-V-T 性质的数学手段。
3.2 热力学性质的计算方法热力学性质的计算方法有：(1) 对热力学函数的偏微分关系进行积分计算； 2)以理想气体为参考态的剩余性质法； (3) 状态方程法；(4) 普遍化对应状态原理法(或查图、查表法)等。
3.3 剩余性质法(Departure Function )及其应用剩余性质（Residual Property ）是指气体真实状态下的热力学性质M 与同一T ，P 下当气体处于理想状态下热力学性质M* 之间差额。
剩余性质M R 可用下式表示：*M M M R -= (2-22)若要计算热力学性质随着状态1122(T ,P )(T ,P )→的变化，可方便地使用剩余性质和理想气体性质计算来完成。
即：R Rig 221121M M(T ,P )M(T ,P )M M M ∆=-=-+∆(2-23)其中ig ig ig 2010M M (T ,P )M (T ,P )∆=-就是《物理化学》中理想气体热力学性质计算。
3.4 状态方程法计算热力学性质表2-1为各类状态方程计算偏离焓、偏离熵、逸度系数的计算式(1) Van der Waals 方程(式1-6)ig R 0H H H RT RT⎛⎫- ⎪⎝⎭或 V 2a1V b RTV--- ig R 00S S S P ln R R P ⎛⎫-+ ⎪⎝⎭或 ()P V b lnRT --f ln P()P V b aZ 1ln RT RTV----(2) RK 方程(式1-10)ig R 0H H H RT RT ⎛⎫- ⎪⎝⎭或 1.51.5a b Z 1ln 1bRT V ⎛⎫--+ ⎪⎝⎭ig R 00S S S P ln R R P ⎛⎫-+ ⎪⎝⎭或 () 1.5P V b a b lnln 1RT V 2bRT -⎛⎫--+ ⎪⎝⎭ f ln P1.5P(V b)a b Z 1lnln 1RT V bRT -⎛⎫---+ ⎪⎝⎭3.5 对应状态原理法计算偏离性质根据Pitzer 三参数对应状态原理，流体的热力学性质可统一地表达为：(0)(1) Ω=Ω+ϖΩ(2-37)其中Ω可分别表达为：igH HRT-，0ig P PS S R=-，flnP等关系。
现已有(0)(1)r r r r (T ,P )(T ,P )ΩΩ、数据表或图可供查阅，可参见有关教材的附录。
以普遍化Virial 方程(1-42)、(1-43)表达的偏离性质关系为：R ig(0)(0)(1)(1)r r r r r H H H B dB B dB P RT RT T dT T dT ⎡⎤⎛⎫⎛⎫-==-+ϖ-⎢⎥ ⎪ ⎪⎢⎥⎝⎭⎝⎭⎣⎦(2-38)ig R (0)(1)0r 0rr S S S P dB dB ln P R R P dT dT ⎡⎤-=+=-+ϖ⎢⎥⎣⎦ (2-39)式中：(0)1.6r 0.422B0.083T =-；(1)1.6r0.172B 0.139T =-；(0) 2.6r r dB 0.675dT T =；(1) 5.2r r dB 0.722dT T = 3.6 纯物质的逸度及逸度系数Lewis 定义的纯物质逸度：P 0dG RTd ln flim f P →=⎧⎪⎨=⎪⎩ (2-40)逸度系数的定义式为：P 0f P lim 1→⎧ϕ=⎪⎨⎪ϕ=⎩ (2-41)逸度、逸度系数与偏离Gibbs 函数间的关系和性质为：ig 0G(T,P)G (T,P 1)ln f RT-==(取参考压力为单位压力)(2-42)ig 0G(T,P)G (T,P P)f ln ln P RT-=ϕ== (取参考压力等于研究态压力) (2-43)逸度和逸度系数的应用：定量衡量流体的非理想性及处理相平衡关系等时十分有用。