化工热力学第一章
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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。
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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
（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
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
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
化工热力学教程
表面张 导热系 密度计 粘度计 焓的计
力计算 数计算 算
算
算
图 1-化1 图工图热图 图力图学图 图在图化图 图学图工图 程图 图中图 的图 图作图 用图 图 图 图 8
➢热力学第二定律应用到化工传质分离过程的计算中， 可以确定相平衡的条件，计算平衡各相的组成；应用到 化学反应工程中，可以研究过程的工艺条件对平衡转化 率的影响，选择最佳工艺条件；应用到化工过程的热力 学分析中，可以确定能量损耗的数量、分布及其原因， 提高能量的利用率。
程。 ➢ 掌握用经典热力学给出的热力学函数基本关
系式结合PVT 关系推算其它不可测的热力学
函数的方法。 ➢ 掌握流体热力学性质计算的具体方法。
27
2.1 纯物质物态变化的基本规律
在建立 PVT 之间定量关系前，我们首先应从
定性上把握纯物质物态变化的基本规律，建立 起感性认识。
28
固相区
3
B• 液相区
化工热力学课程内容简介
7章：
第1章 绪论 化工热力学的发展和常用术语
第2章 流体的热力学性质
状态方程 热力学性质计算
第3章 热力学第一定律及其应用 热量衡算
第4章 热力学第二定律及其应用 蒸汽与动力循环
第5章 化工过程的有效能分析
第6章 溶液热力学
活度系数模型
第7章 相平衡及其计算方法
汽液平衡
反应工程热力学 环境热力学
压缩 C 流体区
熔
融
蒸 气相区
线
发 线
A
•
升1 华线
2 三相点
过热蒸汽
气体
P
Tc
T
图2－1. 纯物质的P－T相图
29
2点(三相点) point of the triple phase c点(临界点) critical point
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
第1章 化工热力学基础
RT a T 0.5 p= − V − 式为： Z 3 − Z 2 + ( A − B − B 2 ) Z − AB = 0 同样， 、 可以利用临界点的特性条件确定 可以利用临界点的特性条件确定： 同样，a、b可以利用临界点的特性条件确定：
a = 0.42748 R 2Tc2.5 pc
m = 0.48508 + 1.55171 ω − 0.15613 ω 2 A = ap R 2T 2 B = bp RT
《高等化工热力学》第1章
(4) Peng-Robinson(PR)方程 方程
Peng-Robinson (PR，1976)方程和 方程和SRK方程具有相似的 ， 方程和 方程具有相似的 特征，在计算饱和蒸气压、液体密度等更为准确一些。 特征，在计算饱和蒸气压、液体密度等更为准确一些。
《高等化工热力学》第1章
1.1.1 理想气体状态方程
EOS for Ideal Gas 理想气体的(1)分子没有体积， 分子之间没有作用力 分子之间没有作用力， 理想气体的 分子没有体积，(2)分子之间没有作用力， 分子没有体积 为概念上的气体。真实气体只有在压力很低(常压以下 、或 为概念上的气体。真实气体只有在压力很低 常压以下)、 常压以下 温度很高(高于 ℃)的条件下才接近理想气体。实验数据证 高于200℃ 的条件下才接近理想气体 实验数据证 的条件下才接近理想气体。 温度很高 高于 积仅仅是温度的函数： 这种气体的pV积仅仅是温度的函数 明，这种气体的 积仅仅是温度的函数：
R = 8 .314413 ( J .mol
−1
⋅ K −1 )
《高等化工热力学》第1章
1.1.2 立方型状态方程 (Cubic EOS)
理想气体中假设： 理想气体中假设：分子没有体积和分子之间没有相互 作用力，故真实气体的状态方程主要从分子体积(斥力项 斥力项， 作用力，故真实气体的状态方程主要从分子体积 斥力项，b) 和分子相互作用能(引力项 引力项， 两个方面对理想气体方程进行 和分子相互作用能 引力项，a)两个方面对理想气体方程进行 修正。立方型方程是对理想气体方程最直接的修正， 修正。立方型方程是对理想气体方程最直接的修正，因为这 些方程可以展开为摩尔体积V的三次方多项式 的三次方多项式， 些方程可以展开为摩尔体积 的三次方多项式，故称立方型 方程(Cubic Equations of State)。 方程 。 立方型方程有许多，这里重点介绍: 立方型方程有许多，这里重点介绍 (1) van der Waals (vdW)方程 方程 (2) Ridlich-Kwang (RK)方程 方程 (3) Soave-Ridlich-Kwang (SRK)方程 方程 (4) Peng-Robinson (PR)方程。 方程。 方程
a = 0.42748 R 2Tc2.5 pc
m = 0.48508 + 1.55171 ω − 0.15613 ω 2 A = ap R 2T 2 B = bp RT
《高等化工热力学》第1章
(4) Peng-Robinson(PR)方程 方程
Peng-Robinson (PR，1976)方程和 方程和SRK方程具有相似的 ， 方程和 方程具有相似的 特征，在计算饱和蒸气压、液体密度等更为准确一些。 特征，在计算饱和蒸气压、液体密度等更为准确一些。
《高等化工热力学》第1章
1.1.1 理想气体状态方程
EOS for Ideal Gas 理想气体的(1)分子没有体积， 分子之间没有作用力 分子之间没有作用力， 理想气体的 分子没有体积，(2)分子之间没有作用力， 分子没有体积 为概念上的气体。真实气体只有在压力很低(常压以下 、或 为概念上的气体。真实气体只有在压力很低 常压以下)、 常压以下 温度很高(高于 ℃)的条件下才接近理想气体。实验数据证 高于200℃ 的条件下才接近理想气体 实验数据证 的条件下才接近理想气体。 温度很高 高于 积仅仅是温度的函数： 这种气体的pV积仅仅是温度的函数 明，这种气体的 积仅仅是温度的函数：
R = 8 .314413 ( J .mol
−1
⋅ K −1 )
《高等化工热力学》第1章
1.1.2 立方型状态方程 (Cubic EOS)
理想气体中假设： 理想气体中假设：分子没有体积和分子之间没有相互 作用力，故真实气体的状态方程主要从分子体积(斥力项 斥力项， 作用力，故真实气体的状态方程主要从分子体积 斥力项，b) 和分子相互作用能(引力项 引力项， 两个方面对理想气体方程进行 和分子相互作用能 引力项，a)两个方面对理想气体方程进行 修正。立方型方程是对理想气体方程最直接的修正， 修正。立方型方程是对理想气体方程最直接的修正，因为这 些方程可以展开为摩尔体积V的三次方多项式 的三次方多项式， 些方程可以展开为摩尔体积 的三次方多项式，故称立方型 方程(Cubic Equations of State)。 方程 。 立方型方程有许多，这里重点介绍: 立方型方程有许多，这里重点介绍 (1) van der Waals (vdW)方程 方程 (2) Ridlich-Kwang (RK)方程 方程 (3) Soave-Ridlich-Kwang (SRK)方程 方程 (4) Peng-Robinson (PR)方程。 方程。 方程
化工热力学-第一章经典热力学
1744)各自选定了温标以后，温度测量才有了公认
的标准，并发展了量热技术。量热技术在初期只有
混合法一种，热量是根据水的温度改变而测定的。
为了解释当时的实验结果，热被认为是一种没有质
量的流质（“热质”），能从温度高的物体流向温度
低的物体，但在传递过程中热质总量不变，物体的
温度是物体储存“热质”多少的表示。热量的单位“卡
2009年第一版
高等化工热力学
20
• 热力学基本定律是一个完整体系，它们是 以无数的观察和实验综合归纳的结果，以此作 为分析和推理的基础。从能量的传递和转化着 眼，研究物体宏观现象和热力过程。这种方法 只承认热是一种能量，而不追究热到底是一种 什么样的运动形式，不需要对物质的微观结构 进行任何假设，所分析推理的结果具有高度的 可靠性，而且条理清楚，关系明确。由于经典 的热力学方法不深人到物质内部去考察分子、 原子等的微观行为，因此无法推测与物质内部 结构有关的具体性质，物质的这些性质必须从 实验测量中得到。
2009年第一版
高等化工热力学
10
• 18世纪初，生产的发展促进了蒸汽机的 出现。1763年瓦特(James Watt ， 17361819)对蒸汽机作了重要改进，使它可方便地 作为各种工业以及轮船和火车动力。蒸汽机的 广泛采用，推动了19世纪初从英国开始
• 的产业革命。随着蒸汽机使用范
• 围的不断扩大，特别是在蒸汽机
”，其实就是“热质"(caloric)音译“卡路里”的简称。
2009年第一版
高等化工热力学
8
• 与热质说相对立的，认为热是一种运动的表现 形式。培根 (Francis Bacon，1561-1626) 强调理论必须根据实验事实，他根据摩擦发热、 双方温度都升高的现象，认为热是物质微小粒 子的运动。伦福德（Count Rumford， 1753-1814)的实验直接反驳了热质说，他在 1798年发表了一篇论文，说明制造枪炮所切 下的碎屑温度升得很高。由此他推断，
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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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
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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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四大特征 （1）严密性:表现在热力学具有严格的理论基础。 （2）完整性:是由于热力学具有热力学第一定律、热力 学第二定律、 热力学第三定律和零定律。 （3）普遍性:普遍性表现在热现象在日常生活中必不可 缺少。 （4）精简性:表现在热力学能够定性、定量地解决实际 问题。
第一章 绪论-化工热力学概念
2.热力学的分支
(8)
热力学第一定律应用
第一章 绪论-热力学基本定律
2 2
ΔH gΔz
Δu 2 2
Q Ws
mΔH m dH m C pdT mC p (T2 T1) 12.06 103 kJ
1 1
mgΔz 100 9.81 3 2.94kJ
将空气当成理想气体，PV=RT则
第一章 绪论-热力学基本定律
热力学第一定律-------能量守恒定律
当有单位物质进入并离开 系统，设单位质量物质带 入、带出的能量分别为E1， E2，系统中积累的能量为 E，则 E1－E2＋Q＋W＝E (1) 单位质量带入带出的能量有： 内能：U1，U2；位能：gz1，gz2 动能：u12/2， u22/2
如：已知 T,P
ห้องสมุดไป่ตู้
V, ρ
第一章 绪论-热力学的研究方法
（2）利用抽象的、概括的、理想的方法来处理问题，当用 于实际时，加以修正。
如：理想气体 PV=RT
实际气体
剩余性质
PV=ZRT
MR=M-M*=实际的-理想的 (气体）
超额性质
ME=M-Mid=实际的-理想的（液体）
修正项：Z，MR，ME
第一章 绪论-学习目的和要求
第一章 绪论-热力学基本概念及定律
(4)平衡状态与可逆状态 平衡状态是一种相对静止的状态，此时，系统与环 境之间净流（物质和能量）为零。 可逆状态是系统经过一系列平衡状态所完成的，其 功耗与沿同路径逆向完成该过程所获得的功是等量的。 (5) 热力学过程与循环 经典热力学中，系统的变化是从一个平衡状态到另一 个平衡状态，这种变化称为热力学过程。如：恒温过程、 恒压过程、恒焓过程、恒熵过程、绝热过程等等 热力学循环是指系统经过某些过程后，又回到了初态
ΔH Q
(9)
说明对于稳定流动过程热衡计算时，如果WS=0， 则可以利用系统的焓变确定过程的热量Q。
热力学第一定律应用
第一章 绪论-热力学基本定律
流体流经泵、压缩机、鼓风机等设备：
可以忽略流体进出口动能、位能，则式（8）变 为
ΔH Q Ws
(10)
如果设备散热很慢，则Q=0。
ΔH Ws
要掌握化工热力学的研究方法（两种方法）。
除基本理论概念外，要特别注意计算技能。
作业步骤清晰，思路明确，计算基准、单位要妥
当。
第一章 绪论-学习目的和要求
措施
1.
着重于基本概念的理解，对重要的公式加 以推导。
2. 3.
作业要做，独立完成。
结成小组，每个小组要讲解一部分内容， 其他同学要提出相关的问题
1.热力学（Thermodynamics）
主要研究热现象和能量转换的.热力学是以宏观 体系作为自己的研究对象,就内容而言,它涉及到热机 的效率,能量的利用,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。
第一章 绪论-化工热力学概念
1.热力学（Thermodynamics）
工艺学
化工动力学 化工热力学 催化工程
第一章 绪论-化工热力学的基本内容
四大部分内容
相平衡 化学反应平衡 过程热力学分析
热力学基 本定律
热力学微 分方程
热力学状 态函数
热力学基础数据 P, V, T，Cp，Cv
理论部分
实际部分
第一章 绪论-热力学的研究方法
两种：宏观研究法和 微观研究法 宏观研究法（重点）有两种最基本的方法 （1）利用热力学函数和物质状态之间的关 系， 解决实际问题。
可以利用焓变计算设备轴功。
(11)
热力学第一定律应用
第一章 绪论-热力学基本定律
流体在喷管中进行绝热稳定流动：
因为喷管进、出口截面积变化较大，动能的变 化不能忽略。位能变化可以忽略，则式（8）变 为
ΔH Δu 2 2
(12)
说明系统动能的增加，等于其焓值的减少。
热力学第一定律应用
第一章 绪论-热力学基本定律
E Q W
E是系统由始态至终态交换了热和功，而引起系统 能量的变化，即系统内能的变化。因此，封闭系 统热力学第一定律的数学表达式为：
ΔU Q W
(6)
热力学第一定律
第一章 绪论-热力学基本定律
稳定流动过程：
系统在各个位置上，物料状态与流量有完全确定的 数值，不随时间而改变。系统内不会有能量积累或 亏损。E=0
目的 （1）了解化工热力学的基本内容。 （2）提高利用化工热力学的观点、方法来分 析、解决化工生产、工程设计、科学研究中有 关实际问题的能力。 （3）锻炼和培养合作精神、自学能力和分析 解决问题的能力。
第一章 绪论-学习目的和要求
要求（ 四个）
要明确各章节的作用，即解决什么问题，得出什 么结论。
(4)
根据焓的定义 H=U+pV
Δu2 E ΔH gΔz Q Ws 2
(5)
式（2）、（4）、（5）都是热力学第一定律的一 般方程式。
热力学第一定律
第一章 绪论-热力学基本定律
封闭体系：
系统和环境没有质量交换，式（1）中因有质量进、 出系统而引起的能量变化项为零，则：
化工热力学
Chemical Engineering Thermodynamics
主讲：庄艳歆 东北大学EPM实验室
课时：48学时
教材和参考书
1 陈钟秀, 顾飞燕，胡望明. 化工热力学, 第二版. 北京:化学工业出版社, 2001 2 陈钟秀, 顾飞燕. 化工热力学例题与习题. 北京: 化学工业出版社, 1998 3 高光学，童景山，化工热力学，第2版，清华 大学出版社，2007 4 J.M. Smith等著，刘洪来等译，化工热力学 导论，化学工业出版社，2008
ΔU gΔz Δu 2 2 Δ( pV ) Q Ws
(7)
或
ΔH gΔz
Δu 2 2
Q Ws
(8)
热力学第一定律应用
第一章 绪论-热力学基本定律
热力学第一定律应用 流体流经反应器、换热器、传质设备等： 不作轴功，WS=0；流体进出口动能、位能可忽 略，则式（8）变为
教学内容
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第七章 第十章 绪论 流体的 P-V-T 关系 纯流体的热力学性质 流体混合物的热力学性质 化工过程的能量分析 相平衡 化学反应平衡
第一章 绪论
• 化工热力学概念
• 化工热力学的基本内容 • 热力学的研究方法
• 学习目的和要求
• 热力学基本定律
第一章 绪论-化工热力学概念
第一章 绪论-化工热力学概念
2.热力学的分支 工程热力学 化学热力学
化工热力学 经典热力学
经典热力学本身不能计算化学或 物理过程的速率，它提供了宏观 性质的公式，不可能揭示过程的 微观机理。
第一章 绪论-化工热力学概念
2.热力学的分支
统计热力学 分子热力学
分子热力学从微观角度，将经典热力学、统计物 理、量子力学及有限的实验数据结合起来，通过 建立数学模型、拟合模型参数，对实际系统热力 学性质进行计算与预测。 其所建立的模型只是实际结构的近似描写，应用 于复杂分子、高压下的气体或液体等系统中困难 较大，就工程应用而言，还有一定的局限性。
整理
E (ΔU gΔz
Δu 2 2
) Q W
(2)
热力学第一定律
第一章 绪论-热力学基本定律
对于流动过程，系统与环境交换的功是轴功Ws和流 动功之和 W = WS + p1V1 - p2V2 (3) 得到：
Δu2 E ΔU gΔz Δ( pV ) Q Ws 2
例1：303K的空气，以10m∙s-1的速率流过一垂直安装 的热交换器，被加热至423K。若换热器进出口管截 面积相等，忽略空气流过换热器的压降，换热器高 度为3m，空气的恒压热容Cp=1.005J∙kg ∙K-1。求 100kg空气从换热器吸收的热量。
ΔH gΔz
Δu 2 2
Q Ws
第一章 绪论-热力学基本概念及定律
热力学基本概念
(1)系统与环境 热力学研究对象即为系统（system),其余的为环境 （surroundings). 封闭系统（Closed system): 系统与环境间只有能量交换，无物质交换。 敞开系统（Opening system): 系统与环境间有能量交换，也有物质交换。 孤立系统（Isolated system): 系统与环境间无能量交换，也无物质交换。 (2) 热力学性质 物质的性质分为热力学性质和传递性质。热力学性质是指物质处于平 衡状态下压力p、体积V、温度T、物质的量ni及其他的热力学函数 （内能U、焓H、熵S等）之间的变化规律。传递性质指物质与能量传 递过程的非平衡特性，如热导率，扩散系数和黏度等。 (3) 状态函数和过程函数 与系统状态变化的途径无关，仅取决于初态和终态的量为状态函数。 与系统状态变化的途径有关的量为过程函数，如热和功。
（1）工程热力学（Engineering Thermodynamics） 主要研究功、热转化，以及能量利用率的高低。 （2）化学热力学（Chemical Thermodynamics） 应用热力学原理研究有关化学中各类平衡问题。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。 （3）化工热力学（Chemical Engineering Thermodynamics） 研究在化学工程中的热力学问题。主要侧重于工程计算。以 热力学第一定律、第二定律为主要内容，既要解决化工过程中的各 种能量的相互转化和有效利用问题，也解决相际间质量传递与化学 反应的方向与限度等问题。 （4）统计热力学（Statistical Thermodynamics） 从微观角度出发研究过程的热现象。 ……
第一章 绪论-化工热力学概念
2.热力学的分支
(8)
热力学第一定律应用
第一章 绪论-热力学基本定律
2 2
ΔH gΔz
Δu 2 2
Q Ws
mΔH m dH m C pdT mC p (T2 T1) 12.06 103 kJ
1 1
mgΔz 100 9.81 3 2.94kJ
将空气当成理想气体，PV=RT则
第一章 绪论-热力学基本定律
热力学第一定律-------能量守恒定律
当有单位物质进入并离开 系统，设单位质量物质带 入、带出的能量分别为E1， E2，系统中积累的能量为 E，则 E1－E2＋Q＋W＝E (1) 单位质量带入带出的能量有： 内能：U1，U2；位能：gz1，gz2 动能：u12/2， u22/2
如：已知 T,P
ห้องสมุดไป่ตู้
V, ρ
第一章 绪论-热力学的研究方法
（2）利用抽象的、概括的、理想的方法来处理问题，当用 于实际时，加以修正。
如：理想气体 PV=RT
实际气体
剩余性质
PV=ZRT
MR=M-M*=实际的-理想的 (气体）
超额性质
ME=M-Mid=实际的-理想的（液体）
修正项：Z，MR，ME
第一章 绪论-学习目的和要求
第一章 绪论-热力学基本概念及定律
(4)平衡状态与可逆状态 平衡状态是一种相对静止的状态，此时，系统与环 境之间净流（物质和能量）为零。 可逆状态是系统经过一系列平衡状态所完成的，其 功耗与沿同路径逆向完成该过程所获得的功是等量的。 (5) 热力学过程与循环 经典热力学中，系统的变化是从一个平衡状态到另一 个平衡状态，这种变化称为热力学过程。如：恒温过程、 恒压过程、恒焓过程、恒熵过程、绝热过程等等 热力学循环是指系统经过某些过程后，又回到了初态
ΔH Q
(9)
说明对于稳定流动过程热衡计算时，如果WS=0， 则可以利用系统的焓变确定过程的热量Q。
热力学第一定律应用
第一章 绪论-热力学基本定律
流体流经泵、压缩机、鼓风机等设备：
可以忽略流体进出口动能、位能，则式（8）变 为
ΔH Q Ws
(10)
如果设备散热很慢，则Q=0。
ΔH Ws
要掌握化工热力学的研究方法（两种方法）。
除基本理论概念外，要特别注意计算技能。
作业步骤清晰，思路明确，计算基准、单位要妥
当。
第一章 绪论-学习目的和要求
措施
1.
着重于基本概念的理解，对重要的公式加 以推导。
2. 3.
作业要做，独立完成。
结成小组，每个小组要讲解一部分内容， 其他同学要提出相关的问题
1.热力学（Thermodynamics）
主要研究热现象和能量转换的.热力学是以宏观 体系作为自己的研究对象,就内容而言,它涉及到热机 的效率,能量的利用,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。
第一章 绪论-化工热力学概念
1.热力学（Thermodynamics）
工艺学
化工动力学 化工热力学 催化工程
第一章 绪论-化工热力学的基本内容
四大部分内容
相平衡 化学反应平衡 过程热力学分析
热力学基 本定律
热力学微 分方程
热力学状 态函数
热力学基础数据 P, V, T，Cp，Cv
理论部分
实际部分
第一章 绪论-热力学的研究方法
两种：宏观研究法和 微观研究法 宏观研究法（重点）有两种最基本的方法 （1）利用热力学函数和物质状态之间的关 系， 解决实际问题。
可以利用焓变计算设备轴功。
(11)
热力学第一定律应用
第一章 绪论-热力学基本定律
流体在喷管中进行绝热稳定流动：
因为喷管进、出口截面积变化较大，动能的变 化不能忽略。位能变化可以忽略，则式（8）变 为
ΔH Δu 2 2
(12)
说明系统动能的增加，等于其焓值的减少。
热力学第一定律应用
第一章 绪论-热力学基本定律
E Q W
E是系统由始态至终态交换了热和功，而引起系统 能量的变化，即系统内能的变化。因此，封闭系 统热力学第一定律的数学表达式为：
ΔU Q W
(6)
热力学第一定律
第一章 绪论-热力学基本定律
稳定流动过程：
系统在各个位置上，物料状态与流量有完全确定的 数值，不随时间而改变。系统内不会有能量积累或 亏损。E=0
目的 （1）了解化工热力学的基本内容。 （2）提高利用化工热力学的观点、方法来分 析、解决化工生产、工程设计、科学研究中有 关实际问题的能力。 （3）锻炼和培养合作精神、自学能力和分析 解决问题的能力。
第一章 绪论-学习目的和要求
要求（ 四个）
要明确各章节的作用，即解决什么问题，得出什 么结论。
(4)
根据焓的定义 H=U+pV
Δu2 E ΔH gΔz Q Ws 2
(5)
式（2）、（4）、（5）都是热力学第一定律的一 般方程式。
热力学第一定律
第一章 绪论-热力学基本定律
封闭体系：
系统和环境没有质量交换，式（1）中因有质量进、 出系统而引起的能量变化项为零，则：
化工热力学
Chemical Engineering Thermodynamics
主讲：庄艳歆 东北大学EPM实验室
课时：48学时
教材和参考书
1 陈钟秀, 顾飞燕，胡望明. 化工热力学, 第二版. 北京:化学工业出版社, 2001 2 陈钟秀, 顾飞燕. 化工热力学例题与习题. 北京: 化学工业出版社, 1998 3 高光学，童景山，化工热力学，第2版，清华 大学出版社，2007 4 J.M. Smith等著，刘洪来等译，化工热力学 导论，化学工业出版社，2008
ΔU gΔz Δu 2 2 Δ( pV ) Q Ws
(7)
或
ΔH gΔz
Δu 2 2
Q Ws
(8)
热力学第一定律应用
第一章 绪论-热力学基本定律
热力学第一定律应用 流体流经反应器、换热器、传质设备等： 不作轴功，WS=0；流体进出口动能、位能可忽 略，则式（8）变为
教学内容
第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第七章 第十章 绪论 流体的 P-V-T 关系 纯流体的热力学性质 流体混合物的热力学性质 化工过程的能量分析 相平衡 化学反应平衡
第一章 绪论
• 化工热力学概念
• 化工热力学的基本内容 • 热力学的研究方法
• 学习目的和要求
• 热力学基本定律
第一章 绪论-化工热力学概念
第一章 绪论-化工热力学概念
2.热力学的分支 工程热力学 化学热力学
化工热力学 经典热力学
经典热力学本身不能计算化学或 物理过程的速率，它提供了宏观 性质的公式，不可能揭示过程的 微观机理。
第一章 绪论-化工热力学概念
2.热力学的分支
统计热力学 分子热力学
分子热力学从微观角度，将经典热力学、统计物 理、量子力学及有限的实验数据结合起来，通过 建立数学模型、拟合模型参数，对实际系统热力 学性质进行计算与预测。 其所建立的模型只是实际结构的近似描写，应用 于复杂分子、高压下的气体或液体等系统中困难 较大，就工程应用而言，还有一定的局限性。
整理
E (ΔU gΔz
Δu 2 2
) Q W
(2)
热力学第一定律
第一章 绪论-热力学基本定律
对于流动过程，系统与环境交换的功是轴功Ws和流 动功之和 W = WS + p1V1 - p2V2 (3) 得到：
Δu2 E ΔU gΔz Δ( pV ) Q Ws 2
例1：303K的空气，以10m∙s-1的速率流过一垂直安装 的热交换器，被加热至423K。若换热器进出口管截 面积相等，忽略空气流过换热器的压降，换热器高 度为3m，空气的恒压热容Cp=1.005J∙kg ∙K-1。求 100kg空气从换热器吸收的热量。
ΔH gΔz
Δu 2 2
Q Ws
第一章 绪论-热力学基本概念及定律
热力学基本概念
(1)系统与环境 热力学研究对象即为系统（system),其余的为环境 （surroundings). 封闭系统（Closed system): 系统与环境间只有能量交换，无物质交换。 敞开系统（Opening system): 系统与环境间有能量交换，也有物质交换。 孤立系统（Isolated system): 系统与环境间无能量交换，也无物质交换。 (2) 热力学性质 物质的性质分为热力学性质和传递性质。热力学性质是指物质处于平 衡状态下压力p、体积V、温度T、物质的量ni及其他的热力学函数 （内能U、焓H、熵S等）之间的变化规律。传递性质指物质与能量传 递过程的非平衡特性，如热导率，扩散系数和黏度等。 (3) 状态函数和过程函数 与系统状态变化的途径无关，仅取决于初态和终态的量为状态函数。 与系统状态变化的途径有关的量为过程函数，如热和功。
（1）工程热力学（Engineering Thermodynamics） 主要研究功、热转化，以及能量利用率的高低。 （2）化学热力学（Chemical Thermodynamics） 应用热力学原理研究有关化学中各类平衡问题。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。 （3）化工热力学（Chemical Engineering Thermodynamics） 研究在化学工程中的热力学问题。主要侧重于工程计算。以 热力学第一定律、第二定律为主要内容，既要解决化工过程中的各 种能量的相互转化和有效利用问题，也解决相际间质量传递与化学 反应的方向与限度等问题。 （4）统计热力学（Statistical Thermodynamics） 从微观角度出发研究过程的热现象。 ……