化工热力学讲义
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化工热力学与动力学
化工热力学及动力学参考书目
1 陈新志﹑蔡振云等:《化工热力学》,第三版,化工出版社, 2009 2 陈钟秀等：《化工热力学》,第三版,化工出版社, 2012.2 3 许文: 《高等化工热力学》,天津大学出版社,2004 4 傅鹰: 《化学热力学导论》,科学出版社,1963 5 高执棣《化学热力学基础》,北京大学出版社,2006 6 J.M.史密斯等著,刘洪来等译: 《化工热力学导论》,2008 7 Stanley I.Sandler: 《Chemical and Engineering
学性质及关系的数据作为依据 • 通过推算获得有用的性质数据，可以节省
大量的人力、物力、财力和时间
热力学简史
热力学(thermodynamics)一词的意思是热(thermo)和 动力(dynamics)，既由热产生动力，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 热能来推动机器作工成为重要的研究课题。
Helmholtz 全面论证了能量守衡和转化定律。 (1821 - 1894)
1843-1848年， 英国酿酒 商 James Prescott Joule (1818 - 1889) 以确凿无疑 的定量实验结果为基础，论述 了能量守恒和转化定律。焦耳 的热功当量实验是热力学第一 定律的实验基础。
化工热力学
Chemical Engineering thermodynamics 陈新志等编著
第一章 绪论
• 1.1 目的、意义和范围 • 1.2 化工热力学的内容及安排 • 1.3 教材的结构体系 • 1.4 热力学性质 • 1.5 热力学基本概念回顾 • 1.6 热力学性质计算的一般方法
1.1 目的、意义和范围
Joule (1818 - 1889)
根据热力学第一定律热功可以按当量 转化，而根据卡诺原理热却不能全部变为 功，当时不少人认为二者之间存在着根本 性的矛盾。1850年，德国物理学家Rudolf J. Clausius (1822 - 1888) 进一步研究 了热力学第一定律和克拉佩隆转述的卡诺 原理，发现二者并不矛盾。他指出，热不 可能独自地、不付任何代价地从冷物体转 向热物体，并将这个结论称为热力学第二 定律。克劳修斯在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。
Clausius (1822 - 1888)
1851年，英国物理学家 Lord Kelvin (1824-l907)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。
1853年，他把能量转化与物系的内能联系起 来，给出了热力学第一定律的数学表达式。
1875年，美国耶鲁大学数学物理 学教授 Josiah Willard Gibbs发表 了 “论多相物质之平衡” 的论文。 他在熵函数的基础上，引出了平衡的 判据；提出热力学势的重要概念，用 以处理多组分的多相平衡问题；导出 相律，得到一般条件下多相平衡的规 律。吉布斯的工作，把热力学和化学 在理论上紧密结合起来，奠定了化学 热力学的重要基础。
➢1798年，英国物理学家和政治家 Benjamin Thompson (1753-1814) 通过炮膛钻孔实验开始对功 转换为热进行定Leabharlann Baidu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。
1824年，法国陆军工程师Nicholas Léonard Sadi Carnot发表了 “ 关于火的动力研究” 的 论文。
• 内容（物理化学，热力学，化学热力学， 工程热力学，化工热力学）
• 历史与发展 • 目的、意义 （理想模型 实际模型，易
测量 难测量）
化工热力学内容三要素: 数学模型 ↓
经典热力学原理 → 应用于实际化工体系
所要解决的实际问题
• 1. 过程进行的可行性分析和能量的有效利 用
• 2. 平衡问题（相平衡） • 3. 平衡状态下的热力学性质计算 • 分离过程设计、优化、操作需要研究热力
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之间工作，理想热机的 效率只取决与两个热源的温度，工作在两个一定 热源之间的所有热机，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。
Carnot (1796 - 1832)
卡诺的论文发表后，没有马上引起人 们的注意。过了十年，法国工程师Benôlt Paul Emile Clapeyron (1799 - 1864)把 卡诺循环以解析图的形式表示出来，并用 卡诺原理研究了汽-液平衡，导出了克拉 佩隆方程。
Gibbs (1839 - 1903)
➢1913年，能斯特提出热力学第三定律。 ➢1931年，福勒提出热力学第零定律。如 今，热力学已发展成为一门严密的、系 统性强的学科。
热力学基本定律反映了自然界的客观规律,以这些定律
为基础进行演绎、逻辑推理而得到的热力学关系与结论。
具有高度的普遍性、可靠性与实用性,可以应用于机械 工程、化学、化工等各个领域,由此形成了化学热力学、工 程热力学、化工热力学等重要的分支。
Thermodynamics(3rd Ed)》,化工出版社,2008 (影印版) 8 苏春辉: 《化学热力学及其在材料学中的应用》,化工出版社, 2007 9 韩德刚﹑高盘良等:《化学动力学基础》,北京大学出版社,1987 10 朱炳辰：《化学反应工程》，第四版，化工出版社, 2008 11 郭汉贤：《应用化工动力学》，化工出版社，2003
1842年，德国医生 Julius Robert Mayer (1814 - 1878) 主要受病人 血液颜色在热带和欧洲的差 异及海水温度与暴风雨的启 发，提出了热与机械运动之 间相互转化的思想。
Mayer (1814 - 1878)
1847年， 德国物理学家和生 物学家 Hermann Ludwig von Helmholtz (1821 - 1894) 发表了 “ 论力的守衡” 一文，
化工热力学及动力学参考书目
1 陈新志﹑蔡振云等:《化工热力学》,第三版,化工出版社, 2009 2 陈钟秀等：《化工热力学》,第三版,化工出版社, 2012.2 3 许文: 《高等化工热力学》,天津大学出版社,2004 4 傅鹰: 《化学热力学导论》,科学出版社,1963 5 高执棣《化学热力学基础》,北京大学出版社,2006 6 J.M.史密斯等著,刘洪来等译: 《化工热力学导论》,2008 7 Stanley I.Sandler: 《Chemical and Engineering
学性质及关系的数据作为依据 • 通过推算获得有用的性质数据，可以节省
大量的人力、物力、财力和时间
热力学简史
热力学(thermodynamics)一词的意思是热(thermo)和 动力(dynamics)，既由热产生动力，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 热能来推动机器作工成为重要的研究课题。
Helmholtz 全面论证了能量守衡和转化定律。 (1821 - 1894)
1843-1848年， 英国酿酒 商 James Prescott Joule (1818 - 1889) 以确凿无疑 的定量实验结果为基础，论述 了能量守恒和转化定律。焦耳 的热功当量实验是热力学第一 定律的实验基础。
化工热力学
Chemical Engineering thermodynamics 陈新志等编著
第一章 绪论
• 1.1 目的、意义和范围 • 1.2 化工热力学的内容及安排 • 1.3 教材的结构体系 • 1.4 热力学性质 • 1.5 热力学基本概念回顾 • 1.6 热力学性质计算的一般方法
1.1 目的、意义和范围
Joule (1818 - 1889)
根据热力学第一定律热功可以按当量 转化，而根据卡诺原理热却不能全部变为 功，当时不少人认为二者之间存在着根本 性的矛盾。1850年，德国物理学家Rudolf J. Clausius (1822 - 1888) 进一步研究 了热力学第一定律和克拉佩隆转述的卡诺 原理，发现二者并不矛盾。他指出，热不 可能独自地、不付任何代价地从冷物体转 向热物体，并将这个结论称为热力学第二 定律。克劳修斯在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。
Clausius (1822 - 1888)
1851年，英国物理学家 Lord Kelvin (1824-l907)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。
1853年，他把能量转化与物系的内能联系起 来，给出了热力学第一定律的数学表达式。
1875年，美国耶鲁大学数学物理 学教授 Josiah Willard Gibbs发表 了 “论多相物质之平衡” 的论文。 他在熵函数的基础上，引出了平衡的 判据；提出热力学势的重要概念，用 以处理多组分的多相平衡问题；导出 相律，得到一般条件下多相平衡的规 律。吉布斯的工作，把热力学和化学 在理论上紧密结合起来，奠定了化学 热力学的重要基础。
➢1798年，英国物理学家和政治家 Benjamin Thompson (1753-1814) 通过炮膛钻孔实验开始对功 转换为热进行定Leabharlann Baidu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。
1824年，法国陆军工程师Nicholas Léonard Sadi Carnot发表了 “ 关于火的动力研究” 的 论文。
• 内容（物理化学，热力学，化学热力学， 工程热力学，化工热力学）
• 历史与发展 • 目的、意义 （理想模型 实际模型，易
测量 难测量）
化工热力学内容三要素: 数学模型 ↓
经典热力学原理 → 应用于实际化工体系
所要解决的实际问题
• 1. 过程进行的可行性分析和能量的有效利 用
• 2. 平衡问题（相平衡） • 3. 平衡状态下的热力学性质计算 • 分离过程设计、优化、操作需要研究热力
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之间工作，理想热机的 效率只取决与两个热源的温度，工作在两个一定 热源之间的所有热机，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。
Carnot (1796 - 1832)
卡诺的论文发表后，没有马上引起人 们的注意。过了十年，法国工程师Benôlt Paul Emile Clapeyron (1799 - 1864)把 卡诺循环以解析图的形式表示出来，并用 卡诺原理研究了汽-液平衡，导出了克拉 佩隆方程。
Gibbs (1839 - 1903)
➢1913年，能斯特提出热力学第三定律。 ➢1931年，福勒提出热力学第零定律。如 今，热力学已发展成为一门严密的、系 统性强的学科。
热力学基本定律反映了自然界的客观规律,以这些定律
为基础进行演绎、逻辑推理而得到的热力学关系与结论。
具有高度的普遍性、可靠性与实用性,可以应用于机械 工程、化学、化工等各个领域,由此形成了化学热力学、工 程热力学、化工热力学等重要的分支。
Thermodynamics(3rd Ed)》,化工出版社,2008 (影印版) 8 苏春辉: 《化学热力学及其在材料学中的应用》,化工出版社, 2007 9 韩德刚﹑高盘良等:《化学动力学基础》,北京大学出版社,1987 10 朱炳辰：《化学反应工程》，第四版，化工出版社, 2008 11 郭汉贤：《应用化工动力学》，化工出版社，2003
1842年，德国医生 Julius Robert Mayer (1814 - 1878) 主要受病人 血液颜色在热带和欧洲的差 异及海水温度与暴风雨的启 发，提出了热与机械运动之 间相互转化的思想。
Mayer (1814 - 1878)
1847年， 德国物理学家和生 物学家 Hermann Ludwig von Helmholtz (1821 - 1894) 发表了 “ 论力的守衡” 一文，