化工热力学培训课件(ppt 37张)

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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。 南阳理工学院
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化工热力学
第一章 绪 论
热力学的分支
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。 不管是工程热力学、化学热力学还是化工热力学，它们都属于经典热力 学。经典热力学的局限性在于只考察体系的宏观性质，而不过问体系的微观 行为。统计热力学的成就可以弥补这方面的不足。 ⑷统计热力学：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。
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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
反 应 工 程 化 工 动 力 学 催 化 剂 工 程
分 离 工 程
从这一过程可以提出这样几个问题: 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。 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 用方块图来表示。
律（熵增原理）、第三定律（绝对熵定律）和第零定律（热平衡定律） 这四大定律使热力学成为一门逻辑性强而完整的科学。
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。象俄罗斯研究出来的宇宙伞，其中用 到了许多热力学的理论、观点和方法。
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第一章 绪 论
第 1章
课程目的和要求
绪
论
明确化工热力学研究的对象，掌握热力学研究与处理 问题的方法，认识其在化学工程学科中的重要地位及其 在化工生产中的应用。 要求学生在《物理化学》、高等数学等课程的学习基 础上，深入理解与掌握热力学状态函数与过程函数、状 态函数与全微分的密切关系，容量性质与强度性质，平 衡状态与可逆过程，热力学过程与循环等基本概念与内 容。 南阳理工学院
化 工 热 力 学
工 艺 学
从以上分析来看：生产问题和过程发展的综合性强，影响因素多，决不能 期待用一个学科、一种方法去解决，而要依赖于各个学科、各种技术相互配合、 相互渗透，用综合分析的方法去认识它、解决它。化工热力学是分离工程的基 础，而化工过程的分离提纯又基于分离工程。化工热力学是这一发展过程中的 一个组成学科，是一门非常重要的专业基础技术课。
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化工热பைடு நூலகம்学
第一章 绪 论
热力学及其特性
所谓热力学主要是研究热现象和能量转换的。热力学 以宏观体系作为自己的研究对象,就其内容而言,它涉及到热
机的效率,能源的利用,各种物理、化学乃至生命过程的能量
转换,以及这些过程在指定条件下有没有发生的可能性。如 今热力学已广泛的用于研究各种能量之间的关系，热力学 从远古时期发展至今，可称它为一门“完善”的科学，这 主要表现在它具有四大特性：
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第一章 绪 论
1.1化工热力学的地位和作用
化工热力学： 化工学科的重要分支和基础学科 化学工程与工艺专业：专业基础技术课程、 必修课和核心课程(60学时、3学分) 先修课：高等数学、无机化学、有机化学、分析 化学、生物化学、物理化学、化工原理等。
基 础：热力学第一定律、热力学第二定律和热 力学第三定律
精简性：表现在热力学能够定性、定量地解决实际问题。特别是后者
（定量），这是目前有些课程所无法比拟的。 热力学的四大特性使得热力学成为一门“完善”的学科，而其它学科 就相形见拙了。热力学发展至今，有工程热力学、化学热力学、化工热力 学和统计热力学。
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第一章 绪 论
温度与热力学第零定律
⑴严密性 ⑵完整性 ⑶普遍性 ⑷精简性
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第一章 绪 论
严密性：表现在热力学具有严格的理论基础。热力学证明是可以行通的
事情，在实际当中才能够行的通；热力学证明是不可行的事情，在实际当 中无论采用什么措施，也实施不了。
完整性：是由于热力学具有热力学第一定律（能量守恒定律）、第二定
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第一章 绪 论
热力学发展简史
1944 年B·F·Dodge 写出了篇幅较大的"化工热 力学"教科书后，几十年来，国内外这方面的研究不断 深入，教学工作也颇有成效，不但是大学生的必修课程， 而且研究生也需学习。可以说，化工热力学已成化学工 程学的主要分支学科之一。尽管热力学是一门比较古老 的学科，但是在化学工业中的应用还在继续扩大，在有 关期刊中仍有许多文献发表。
实验观察可知，当两个物体分别与第三个物体处于热平 衡时，则这两个物体彼此之间也必定处于热平衡。这是经验 的叙述，称热平衡定律，又称热力学第零定律。历史上，这 个定律被公认为热力学公理之前，热力学第一、第二定律已 被命名，那么还称第零定律，只是因为在逻辑表述上，热平 衡定律应在第一、第二定律之前阐述之故。 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。