化工热力学第一章课件PPT
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第一章 基础化工热力学篇-第一第二讲
② 热流 约定，若能量以热的形式流入体系、Q 为正， Q 若能量以热的形式流出，则 为负。
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。
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。
南阳理工学院 生化学院
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》课件
提高产品质量和产量
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。
《化工热力学》PPT课件
xx年xx月xx日
目 录
CATALOGUE
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。
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。
化工热力学讲义-1-第二章-流体的p-V-T关系36页PPT文档
②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。
二、研究方法 热力学研究方法：分为宏观、微观两种。本书就工程应用而言， 主要介绍的是宏观研究方法。
宏观研究方法特点： ①研究对象：将大量分子组成的体系视为一个整体，研究大量 分子中发生的平均变化，用宏观物理量来描述体系的状态；
②研究方法：采取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。
2a
VC3
而：V2p2 T
2RT
Vb3
6a V4
V 2p2TTC V2CRbC T3 V 6C a4 0
2RTC VC b
3
6a
VC4
上两式相除，得：
VC b VC 23
1
b 3 VC
则： a
VC3 2
②图3中高于临界温度Tc的等温线T1、T2，曲线平滑且不与相界线相交， 近似于双曲线，即：PV=常数； 小于临界温度Tc的等温线T3、T4，由三个部分组成，中间水平线表示 汽液平衡共存，压力为常数，等于饱和蒸汽压。
③从图3还可知道：临界等温线（蓝线所示）在临界点处的斜率和 曲率等于零，即：
p 0 V TTC
第二章 流体的P-V-T关系
①P、V、T的可测量性：流体压力P、摩尔体积V和温度T是可以 直接测量的，这是一切研究的前提；
②研究的目的与意义：利用P、V、T数据和热力学基本关系式可 计算不能直接测量的其他性质，如焓H、内能U、熵S和自由能G。
一、p-V-T图
2.1纯物质的P-V-T关系
说明：①曲面以上或以下的空间为不平衡区； ②三维曲面上“固”、“液”和“气（汽）”表示单相区 ； ③“固-液”、“固-汽”和“液-汽”表示两相区；
③超临界流体的特殊性：它的密度接近于液体，但同时具有气体的 “体积可变性”和“传递性质”。所以和气体、液体之间的关系是： 既同又不同，
二、研究方法 热力学研究方法：分为宏观、微观两种。本书就工程应用而言， 主要介绍的是宏观研究方法。
宏观研究方法特点： ①研究对象：将大量分子组成的体系视为一个整体，研究大量 分子中发生的平均变化，用宏观物理量来描述体系的状态；
②研究方法：采取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。
2a
VC3
而：V2p2 T
2RT
Vb3
6a V4
V 2p2TTC V2CRbC T3 V 6C a4 0
2RTC VC b
3
6a
VC4
上两式相除，得：
VC b VC 23
1
b 3 VC
则： a
VC3 2
②图3中高于临界温度Tc的等温线T1、T2，曲线平滑且不与相界线相交， 近似于双曲线，即：PV=常数； 小于临界温度Tc的等温线T3、T4，由三个部分组成，中间水平线表示 汽液平衡共存，压力为常数，等于饱和蒸汽压。
③从图3还可知道：临界等温线（蓝线所示）在临界点处的斜率和 曲率等于零，即：
p 0 V TTC
第二章 流体的P-V-T关系
①P、V、T的可测量性：流体压力P、摩尔体积V和温度T是可以 直接测量的，这是一切研究的前提；
②研究的目的与意义：利用P、V、T数据和热力学基本关系式可 计算不能直接测量的其他性质，如焓H、内能U、熵S和自由能G。
一、p-V-T图
2.1纯物质的P-V-T关系
说明：①曲面以上或以下的空间为不平衡区； ②三维曲面上“固”、“液”和“气（汽）”表示单相区 ； ③“固-液”、“固-汽”和“液-汽”表示两相区；
③超临界流体的特殊性：它的密度接近于液体，但同时具有气体的 “体积可变性”和“传递性质”。所以和气体、液体之间的关系是： 既同又不同，
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，
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)
精品课件!《化工热力学》_第一章(1)
四川理工学院
材化学院
化工热力学
Hale Waihona Puke 第一章绪论1、化学热力学： 将热力学理论和化学现象相结合。 研究热能与机械能之间转换规律及 2、工程热力学： 热力学 在工程中应用。 Energy 三个“E” 3、化工热力学：四个“E”。 除前三个外还有化学工程： Chemical Engineering 四川理工学院 材化学院 Entropy Equilibrium
1913年能斯脱补充了关于绝对零度的定律，称为热力 学第三定律。
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化工热力学
第一章
绪论
热力学的研究范围：
研究与热现象有关的各种状态变化和能量转化的规律。 预言物质状态变化的趋势。 研究伴有热效应体系的平衡。 利用热力学定律的数学表达式，采用演绎的方法得到 大量的公式,解决范围广泛的实际问题和理论问题。 热力学: 研究能量、能量转换以及转换有关的物性关系的科学。
局限:
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化工热力学
第一章
绪论
统计热力学 采用微观研究方法，通过配分函数的 概念，在大量粒子群的统计性质基础上，从根本上 观察和分析问题，预测与解释平衡情况下物质的宏 观特性。
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。
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化工热力学
第一章
绪论
热力学的研究方法
经典热力学 宏观研究方法 微观研究方法
热力学
统计热力学
经典热力学只研究宏观量（温度、压力、密度等）之间的关 系。把组成物质的大量分子、原子等微观粒子作为一个整体，用 宏观物理量来描述它的状态，以宏观观点研究物质之间的相互作 用。不研究物质内部微观粒子的运动，而是通过大量宏观现象的 直接观察与实验，总结出带普遍性的规律，即热力学基本定律， 再从定律出发推理得到一切 结论。因此具有普遍性和可靠性。 由于不研究物质的结构与变化过程的细节，使之建立的 宏观理论不能解释现象的本质及其发生的内部原因，对过程变 化的速率无法预测。
绪论化工热力学-PPT
活了全世界 10、生物医学工程
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
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
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聊城大学 化学化工学院
化工热力学
第一章
绪论
1798年，英国物理学家和政治学家Benjamin Thompson (1753-1814)通过跑堂钻孔实验开始对功转 换为热进行定量研究。 1799年，英国化学家Humphry Davy (1778-1829) 通过冰的摩擦实验研究功转换为热。
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化工热力学
第一章
绪论
法国工程师 Clapeyron (1799 - 1864)把卡诺循 环以解析图的形式表示出来，并用卡诺原理研 究了气液平衡， 导出了克拉佩隆方程。
dp H dT T V
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化工热力学
第一章
绪论
1843-1848年， 英国酿酒商 Joule 用焦耳实验论述了能量守恒和转 化定律。焦耳的热功当量实验室 热力学第一定律的实验基础。
p2 40310 1 1 ln ( ) 101.3 8.314 418 303
p2 1.24kPa
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化工热力学
第一章
绪论
教材和参考书
1 陈钟秀，顾飞燕. 化工热力学， 第三版. 北京：化学工业出版社 2 金克新，赵传钧，马沛生.化工 热力学，天津：天津大学出版社 3 高光华，于养信. 化工热力学—基本内容、习 题详解和计算程序. 北京：清华大学出版社
Clausius (1822 - 1888)
化工热力学
第一章
绪论
1851 年，英国物理学家 Kelvin 指出：
不可能从单一热源取热使之完全变为有用功 而不产生其他影响。 这是热力学第二定律的另一种说法。
Kelvin (1824-l907)
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化工热力学
第一章
绪论
1875 年发表了 “论多相物质
化工热力学
第一章
绪论
1824 年 ， 法 国 工 程 师 Carnot 发表了 “ 关于火的动力研究” 的 论文。 他通过对自己构想的理想热机的 分析得出结论：热机必须在两个热源 Carnot 之间工作，理想热机的效率只取决于 两个热源的温度，工作在两个一定热 (1796 - 1832) 源之间的所有热机，其效率都超不过 可逆热机，热机在理想状态下也不可 能达到百分之百。这就是卡诺定理。
之平衡” 的论文。 他在熵函数的基础上，引出了平
衡的判据；奠定了化学热力学的重要
基础。 Gibbs (1839 - 1903)
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化工热力学
第一章
绪论
工程热力学（Engineering Thermodynamics）：
利用热力学定律， 研究热、功转化 以及提高能量转化 效率的途径。
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化工热力学
化工热力学专家：
马沛生 汪文川 陈钟秀 陆小华 刘洪来 蒋登高 王延吉 陈新志 任保增 郑丹星 于养信 张乃文 董新法 郭绪强 陈光进
学术委员会：
第一章
绪论
天津大学 北京化工大学 浙江大学 南京工业大学 华东理工大学 郑州大学 河北工业大学 浙江大学 郑州大学 北京化工大学 清华大学 大连理工大学 华南理工大学 中国石油大学（北京） 中国石油大学（北京）
以化学热力学和工程热力学为基础， 研究化工生产中 的实际问题。
Energy 四个“E”
Entropy
Equilibrium
Chemical Engineering
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化工热力学
第一章
绪论
2. 化工热力学的任务
流体性质
传递性质 ：物质或能量传递过程的非平 衡特性，如导热系数、粘度、 扩散系数等。
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化工热力学
第一章
绪论
能量转换 以及与能量转换有关的 热力学研究能量、
物性间相互关系。
从十八世纪末到十九世纪初开始，随着蒸汽机在 生产中的广泛应用，如何充分利用热能来推动机械作 功成为重要的研究课题。
化学热力学（Chemical Thermodynamics） ：
研究物质的热性质 以热力学定律为基础， （如 H、S 等）
化学、物理过程的方向和限度 （化学平衡、相平衡） 等普遍规律。
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化工热力学
第一章
绪论
Energy
三个“E” Entropy Equilibrium
化工热力学：
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化工热力学
第一章
绪论
chap1
绪论
§1.1 化工热力学的任务 §1.2 化工热力4 化工热力学的重要性
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化工热力学
第一章
绪论
§1.1 化工热力学的任务
1. 化工热力学的发展 热力学性质 ：物质处于平衡状态时压力、 体积、温度、组成、内能、焓 、热容、熵、自由能等。
化工热力学
第一章
绪论 ）
苯乙烯正常沸点为418K，汽化热为40.31KJ/mol。若控制
蒸馏温度为30℃，压力应控制为多少？（
A、24.8KPa；B、0.12KPa；C、12.4KPa； D、1.24KPa
p2 vap H m 1 1 ln ( ) p1 R T1 T2
——Clausius-Clapeyron方程 克劳修斯-克拉佩隆方程
U Q W
Joule (1818 - 1889)
聊城大学 化学化工学院
化工热力学
第一章
绪论
1850年，德国物理学家Clausius 指出：
热不能自动地从低温物体传到高温物体。 这个结论称为热力学第二定律。
1854年给出了热力学第二定律的数学 表达式； 1865年提出“熵”的概念。
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聊城大学 化学化工学院
化工热力学
第一章
绪论
教学内容
Chap Chap Chap Chap Chap Chap Chap 1 2 3 4 5 6 7 绪论 流体的PVT关系：状态方程式 纯流体的热力学性质计算 热力学第一定律及其应用 热力循环-热力学第二定律及其应用 化工过程热力学分析 溶液热力学基础
聊城大学 化学化工学院
化工热力学
第一章
绪论
教材和参考书
4 陈新志, 蔡振云, 胡望明. 化工热力学, 北京：化学工业出版社
5 Smith J M, Van Ness H C, Abbott M M. Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics, 6th ed. New York: McGrawHill