化工热力学经典课件-1
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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》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。
《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。
化工热力学经典PPT课件
j
1 2
K j 1
K k 1
z jk 2kT
jk
12 高分子系统的分子热力学
多元系旋节线
A11
Dsp
A21
AK 1,1
A1,K 1
A2,K 1
0
AK 1,K 1
多元系临界点
Dsp 0
D1 A21 Dcri
AK 1,1
DK 1
A2,K 1
0
AK 1,K 1
Aij
2 A~V
● 再填充N1个组分1分子
只要将上式作一变换即可，即：
N2 N1 r2 r1 Nr N1r1
N1r1 0
所有N1个组分1分子的填充方式数为
1
z N1 (z 1) N1 (r1 2) N1N1r1 r1N1r1 NrN1 (r1 1) N1!e N1r1
12 高分子系统的分子热力学
混合物总的填充方式数为
12 高分子系统的分子热力学
胞腔模型
键长1，键角90和180 邻座数6
高分子溶液由立方格子堆 积而成，高分子由r个链节组 成，每个格子可以被高分子的 一个链节或一个溶剂分子占
据，但每个格子并非被高分子 链节或溶剂分子填满，而是留 有一定的空隙。格子的大小是 可以变化的，系统压力愈高， 格子愈小，填充后留下的空隙 也愈小。为可压缩液体，在此 基础上建立的模型能反映压力 变化对系统热力学性质的影响。 可以得到状态方程。
i
12 高分子系统的分子热力学
为简单起见，采用完全随机分布的近似处理：
N11 N1r1z1 / 2 N22 N2r2z2 / 2 N12 N1r1z2 N2r2z1
代入式(1)得
U z N1r1z111 / 2 N2r2z222 / 2 N1r1z212
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》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
《高等化工热力学》课件
《高等化工热力学》ppt课件
目录
• 绪论 • 热力学基础 • 化学平衡 • 相平衡 • 热力学在化工过程中的应用 • 结论与展望
01
绪论
热力学的定义与重要性
总结词：基本概念
详细描述：热力学是一门研究热现象的物理学分支，主要关注能量转换和传递过程中的基本规律和性 质。在化工领域，热力学是核心理论基础之一，对于化工过程的优化、设计和改进具有重要意义。
反应过程的优化提供理论支持。
加强与环境、能源等领域的交叉研究，探索化工过程 的绿色化、低碳化、资源化发展路径，为可持续发展
提供科技支撑。
针对复杂化学反应体系的热力学性质和传递特 性进行研究，发展适用于复杂体系的热力学模 型和计算方法。
结合人工智能、大数据等先进技术，发展智能化 的热力学分析和优化工具，提高化工过程的效率 和效益。
谢谢观看
化工过程的节能与减排
节能技术
利用热力学原理，开发和应用节能技术，降低能耗和减少温室气体排放。
减排措施
通过改进工艺和采用环保技术，减少化工过程对环境的污染和排放。
06
结论与展望
高等化工热力学的重要性和应用价值
高等化工热力学是化工学科中的重要分支，它涉及到化学反应、传递过程和热力学的基本原理，是实 现高效、低耗、安全、环保的化工生产的关键。
03
化学平衡
化学平衡的基本概念
化学平衡的定义
在一定条件下，可逆反应的正逆 反应速率相等，反应体系中各物 质的浓度不再发生变化的状态。
平衡常数
在一定温度下，可逆反应达到平衡 时各生成物浓度的系数次幂的乘积 与各反应物浓度的系数次幂的乘积 之比。
平衡态的描述
平衡态是系统内部各组分浓度和能 量达到相对稳定的状态，可以用状 态方程和热力学函数来描述。
目录
• 绪论 • 热力学基础 • 化学平衡 • 相平衡 • 热力学在化工过程中的应用 • 结论与展望
01
绪论
热力学的定义与重要性
总结词：基本概念
详细描述：热力学是一门研究热现象的物理学分支，主要关注能量转换和传递过程中的基本规律和性 质。在化工领域，热力学是核心理论基础之一，对于化工过程的优化、设计和改进具有重要意义。
反应过程的优化提供理论支持。
加强与环境、能源等领域的交叉研究，探索化工过程 的绿色化、低碳化、资源化发展路径，为可持续发展
提供科技支撑。
针对复杂化学反应体系的热力学性质和传递特 性进行研究，发展适用于复杂体系的热力学模 型和计算方法。
结合人工智能、大数据等先进技术，发展智能化 的热力学分析和优化工具，提高化工过程的效率 和效益。
谢谢观看
化工过程的节能与减排
节能技术
利用热力学原理，开发和应用节能技术，降低能耗和减少温室气体排放。
减排措施
通过改进工艺和采用环保技术，减少化工过程对环境的污染和排放。
06
结论与展望
高等化工热力学的重要性和应用价值
高等化工热力学是化工学科中的重要分支，它涉及到化学反应、传递过程和热力学的基本原理，是实 现高效、低耗、安全、环保的化工生产的关键。
03
化学平衡
化学平衡的基本概念
化学平衡的定义
在一定条件下，可逆反应的正逆 反应速率相等，反应体系中各物 质的浓度不再发生变化的状态。
平衡常数
在一定温度下，可逆反应达到平衡 时各生成物浓度的系数次幂的乘积 与各反应物浓度的系数次幂的乘积 之比。
平衡态的描述
平衡态是系统内部各组分浓度和能 量达到相对稳定的状态，可以用状 态方程和热力学函数来描述。
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。
精品课件!《化工热力学》_第一章(1)
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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。
四川理工学院
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化工热力学
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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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)
1 引言
★系统的热力学性质: ●强度性质, 如温度、压力、组成等，与系统 包含的物质的量无关。 ●广延性质, 如体积、焓、熵等，与系统包含 的物质的量有关。
1 引言
相律:
系统的各种热力学性质之间不是相互独立的，而是相互 联系的。相律用于确定系统的独立变量数，即自由度。
F K R R'2
U H T S V ,n j S p,n j
H G V p p S ,n j T ,n j
dU TdS pdV i dni
i 1
K
dH TdS Vdp i dni
i 1
K
K
dA SdT pdV i dni
i 1
dG SdT Vdp i dni
i 1
U A p V V S ,n j T ,n j
国家 USA China Russian Japan German
CO2排放量(亿吨) 48.81 26.68 21.03 10.93 8.78
吨/ 人 19.23 2.27 14.11 8.79 10.96
• 80%以上由化石燃料燃烧产生； • 其中40％左右由火电厂排放
建设节约型社会是我们别无选择的道路！
按照热力学第二 定律，可做功
W Q(1 T2 / T3 )
物料 T1
Q
物料 T2
相平衡热力学的应用
新型分离技术：如何打破平衡限制？ 醋酸＋乙醇 醋酸乙酯＋水
移除
渗透蒸发膜分离 物料 无孔分离膜 多孔支撑层 利用不同分子在同一材料中的传递性质的差异达到分离目的 滞留物
渗透物
相平衡热力学的应用
减灾如何从我做起？
1、日常生活中养成节能习惯
随着生活水平的提高，能源消耗总量急剧上升
2、少用或不用化石燃料？
替代能源的开发周期长，费用大，远水解不了近渴！
3、节能降耗、技术进步？
可以减缓全球变暖的速度，为替代能源的开发赢少可以解决100年的CO2排放问题，关键是费用！
i 1
K
K
dG SdT Vdp i dni
i 1
2 热力学基本方程
★平衡态的基本假定： 对于一个均相系统，如果不考虑除压力以外 的其他广义力，为了确定平衡态，除了系统中每 一种物质的数量外，还需确定两个独立的状态函 数。
U U (S , V , n1, , nK )
J. M. Prausnitz 美国两院院士、 总统科学奖获得者、 加州伯克利大学化工系教授、 流体分子热力学的创始人、 华东理工大学名誉教授
“流体相平衡的分子热力学”第三版中译本的前言 阿尔伯特· 爱因斯坦在他的自传中曾说到虽然物理学的大部分都会随时间而改变， 但热力学是普适而永恒的；他说许多理论在科学的长河中只是昙花一现，但他坚信热力 学会永远存在。 本书着眼于热力学的应用，以加强我们对相平衡的定量理解，特别关注化工中经常 遇到的流体相平衡。自从1969年第一版发行以来，此书已被包括中国在内的全世界工业 化学家和化学工程师所广泛使用。我和我的同事对此书能被翻译成中文感到由衷的高兴， 这可以让尊敬的中国同行更便利的使用此书，他们和我一样被热力学的美妙及其在新化 工过程和产品的合理设计中的用途所吸引。 在第一版的前言中，我引用了拉丁谚语：了解到事物的本质是令人愉快的。希望第 三版的中译本不但能给中国读者提供一个有用的工程工具，而且可以让他们享受到由热 力学的美丽和充满智慧所带来的快乐。
★系统的表征: (1) 无模型法，即直接采用实验数据。 (2) 有模型法，建立分子热力学模型。
2 热力学基本方程
考虑均相只做体积功的系统。
dU TdS pdV i dni
i 1
K
K
dH TdS Vdp i dni
i 1
dA SdT pdV i dni
节能降耗的理论基础——热力学
为了提高热机效率而建立起来的科学
热力学第一定律：能量守恒
混乱是自发的，恢复次序 是有条件和需要代价的。
热力学第二定律：功可以 全部转换为热，但热不能 全部转换为功 热力学第三定律：绝对零 度不能达到
所得少于所当得，所费 多于所当费，都是浪费。
热力学的两大应用领域
x ( )
求解：
摩尔分数 x1 , x2 , , xK 和p(或T)
1 引言
数学和纯热力 学的抽象世界 数学问题的求解
物理问题向抽 象世界映射
抽象结果的物 理意义
现实世界 问题 热力学解决实际问题的三个步骤 答案
1 引言
★流体相平衡的热力学解决Step III: (1) 确定针对该问题的普遍关系式。 (2) 输入足够数量的强度性质表征系统。 (3) 输入独立变量，其数目由相律决定。 (4) 输出所需的从属变量，解决实际问题。
台风、飓风的能量来自何方？
台风、飓风的频发和破坏力愈来愈大与什么有关？
气温 升高
海面温 度升高
夏秋季
空气含 水量高
10 1
水蒸气 凝结释 放能量
低气压 中心
热能转变 为空气运 动量
形成台风 和灾害
p / MPa
1 2 3
0.1
人类活动的加强 导致温室气体排 放急剧增加
0.01 0.001 200
水的蒸 汽压
♥ 化工过程分析——能量的合理利用 ♥ 相平衡热力学——相分离过程的极限
原 料 I 原料 提纯 去除有害 反应物 II 反 应 未反应的反应 物循环使用 III 产物 纯化 产 品
副产物
在化工生产的第I步和第III步都涉及分离操作 ，如精溜、吸收、萃取等，在一个典型的化工 厂，分离设备的投资约占总投资的40－80％。
1 引言
相平衡热力学的目标: 建立相平衡时联系各强度性质的普遍关系式
f (T , p, x( ) , x( ) , I ( ) , I ( ) ) 0
p (α 相) T
实际问题通常表现为： 已知：
摩尔分数 x1 和T(或p) , x2 , , x K
x ( )
(β 相)
参考书
• • • • • • • • • • • 胡英，近代化工热力学，上海科技文献出版社，1993 胡英等，应用统计力学，化学工业出版社，1990 胡英，流体的分子热力学，高等教育出版社，1980 J.M. Prausnitz, et al., Molecular thermodynamics of Fluid-Phase Equilibria, 3rd Ed., Prentice-Hall, Inc., 1999(中译本已经出版) S.I. Sandler, Chemical and Engineering Thermodynamics, 3rd Ed., John Wiley & Sons, Inc., 1999 M. Kurata, Thermodynamics of Polymer Solutions, Harwood Academic Publisher GmbH, 1982 朱自强等，流体相平衡原理及其应用，浙江大学出版社，1990 李以圭，金属溶剂萃取热力学，清华大学出版社，1988 朱自强，超临界流体技术——原理和应用，化学工业出版社，2000 李以圭等，电解质溶液热力学，清华大学出版社，2005 J. M. Smith, et al., Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics, 7th Ed., McGraw-Hill, 2004
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)
1 引言
★系统的热力学性质: ●强度性质, 如温度、压力、组成等，与系统 包含的物质的量无关。 ●广延性质, 如体积、焓、熵等，与系统包含 的物质的量有关。
1 引言
相律:
系统的各种热力学性质之间不是相互独立的，而是相互 联系的。相律用于确定系统的独立变量数，即自由度。
F K R R'2
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国家 USA China Russian Japan German
CO2排放量(亿吨) 48.81 26.68 21.03 10.93 8.78
吨/ 人 19.23 2.27 14.11 8.79 10.96
• 80%以上由化石燃料燃烧产生； • 其中40％左右由火电厂排放
建设节约型社会是我们别无选择的道路！
按照热力学第二 定律，可做功
W Q(1 T2 / T3 )
物料 T1
Q
物料 T2
相平衡热力学的应用
新型分离技术：如何打破平衡限制？ 醋酸＋乙醇 醋酸乙酯＋水
移除
渗透蒸发膜分离 物料 无孔分离膜 多孔支撑层 利用不同分子在同一材料中的传递性质的差异达到分离目的 滞留物
渗透物
相平衡热力学的应用
减灾如何从我做起？
1、日常生活中养成节能习惯
随着生活水平的提高，能源消耗总量急剧上升
2、少用或不用化石燃料？
替代能源的开发周期长，费用大，远水解不了近渴！
3、节能降耗、技术进步？
可以减缓全球变暖的速度，为替代能源的开发赢少可以解决100年的CO2排放问题，关键是费用！
i 1
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2 热力学基本方程
★平衡态的基本假定： 对于一个均相系统，如果不考虑除压力以外 的其他广义力，为了确定平衡态，除了系统中每 一种物质的数量外，还需确定两个独立的状态函 数。
U U (S , V , n1, , nK )
J. M. Prausnitz 美国两院院士、 总统科学奖获得者、 加州伯克利大学化工系教授、 流体分子热力学的创始人、 华东理工大学名誉教授
“流体相平衡的分子热力学”第三版中译本的前言 阿尔伯特· 爱因斯坦在他的自传中曾说到虽然物理学的大部分都会随时间而改变， 但热力学是普适而永恒的；他说许多理论在科学的长河中只是昙花一现，但他坚信热力 学会永远存在。 本书着眼于热力学的应用，以加强我们对相平衡的定量理解，特别关注化工中经常 遇到的流体相平衡。自从1969年第一版发行以来，此书已被包括中国在内的全世界工业 化学家和化学工程师所广泛使用。我和我的同事对此书能被翻译成中文感到由衷的高兴， 这可以让尊敬的中国同行更便利的使用此书，他们和我一样被热力学的美妙及其在新化 工过程和产品的合理设计中的用途所吸引。 在第一版的前言中，我引用了拉丁谚语：了解到事物的本质是令人愉快的。希望第 三版的中译本不但能给中国读者提供一个有用的工程工具，而且可以让他们享受到由热 力学的美丽和充满智慧所带来的快乐。
★系统的表征: (1) 无模型法，即直接采用实验数据。 (2) 有模型法，建立分子热力学模型。
2 热力学基本方程
考虑均相只做体积功的系统。
dU TdS pdV i dni
i 1
K
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i 1
dA SdT pdV i dni
节能降耗的理论基础——热力学
为了提高热机效率而建立起来的科学
热力学第一定律：能量守恒
混乱是自发的，恢复次序 是有条件和需要代价的。
热力学第二定律：功可以 全部转换为热，但热不能 全部转换为功 热力学第三定律：绝对零 度不能达到
所得少于所当得，所费 多于所当费，都是浪费。
热力学的两大应用领域
x ( )
求解：
摩尔分数 x1 , x2 , , xK 和p(或T)
1 引言
数学和纯热力 学的抽象世界 数学问题的求解
物理问题向抽 象世界映射
抽象结果的物 理意义
现实世界 问题 热力学解决实际问题的三个步骤 答案
1 引言
★流体相平衡的热力学解决Step III: (1) 确定针对该问题的普遍关系式。 (2) 输入足够数量的强度性质表征系统。 (3) 输入独立变量，其数目由相律决定。 (4) 输出所需的从属变量，解决实际问题。
台风、飓风的能量来自何方？
台风、飓风的频发和破坏力愈来愈大与什么有关？
气温 升高
海面温 度升高
夏秋季
空气含 水量高
10 1
水蒸气 凝结释 放能量
低气压 中心
热能转变 为空气运 动量
形成台风 和灾害
p / MPa
1 2 3
0.1
人类活动的加强 导致温室气体排 放急剧增加
0.01 0.001 200
水的蒸 汽压
♥ 化工过程分析——能量的合理利用 ♥ 相平衡热力学——相分离过程的极限
原 料 I 原料 提纯 去除有害 反应物 II 反 应 未反应的反应 物循环使用 III 产物 纯化 产 品
副产物
在化工生产的第I步和第III步都涉及分离操作 ，如精溜、吸收、萃取等，在一个典型的化工 厂，分离设备的投资约占总投资的40－80％。
1 引言
相平衡热力学的目标: 建立相平衡时联系各强度性质的普遍关系式
f (T , p, x( ) , x( ) , I ( ) , I ( ) ) 0
p (α 相) T
实际问题通常表现为： 已知：
摩尔分数 x1 和T(或p) , x2 , , x K
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(β 相)
参考书
• • • • • • • • • • • 胡英，近代化工热力学，上海科技文献出版社，1993 胡英等，应用统计力学，化学工业出版社，1990 胡英，流体的分子热力学，高等教育出版社，1980 J.M. Prausnitz, et al., Molecular thermodynamics of Fluid-Phase Equilibria, 3rd Ed., Prentice-Hall, Inc., 1999(中译本已经出版) S.I. Sandler, Chemical and Engineering Thermodynamics, 3rd Ed., John Wiley & Sons, Inc., 1999 M. Kurata, Thermodynamics of Polymer Solutions, Harwood Academic Publisher GmbH, 1982 朱自强等，流体相平衡原理及其应用，浙江大学出版社，1990 李以圭，金属溶剂萃取热力学，清华大学出版社，1988 朱自强，超临界流体技术——原理和应用，化学工业出版社，2000 李以圭等，电解质溶液热力学，清华大学出版社，2005 J. M. Smith, et al., Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics, 7th Ed., McGraw-Hill, 2004