化工热力学第一章

1、化工热力学第一章第1页，共35页，2022年，5月20日，1点6分，星期二 课程性质：化学工程与工艺专业必修课 学时：56（含16学时实验） 学分：3.5 考核：闭卷考试70%，平时成绩10%，实验成绩20%第2页，共35页，2022年，5月20日，1点6分，星期二答疑时间：周三下午专业教研室：食品化工楼C207作业：A4纸正反两面写，每周课前交学习：课堂主动听，作业独立完成，多讨论联系方式：电话 E-mail：第3页，共35页，2022年，5月20日，1点6分，星期二第一章 绪 言一、热力学研究的目的及意义3） 计算平衡状态下的热力学性质（重点）2）解决平衡问题，特别是相平衡 1）对过程进行

2、可行性分析，使能量有效利用1 研究的目的 运用经典热力学原理解决实际问题1-1 化工热力学的目的和任务第4页，共35页，2022年，5月20日，1点6分，星期二2 热力学研究的意义 通过一定的理论方法，将热力学性质与p、T和组成等直接测量的物理量联系起来，为物性间的相互推算提供基础。 第5页，共35页，2022年，5月20日，1点6分，星期二 M=M（T，p，x） 公式 1-1T，p和组成系统的状态其它的所有的热力学性质第6页，共35页，2022年，5月20日，1点6分，星期二 由此可实现:3) 当实验数据有误差时，可以由经典热力学的普遍化关系检验、评价、筛选实验数据。2) 从有限的实验数据获

3、得更系统的物性的信息；1) 从容易测量的性质推测难测量的性质；第7页，共35页，2022年，5月20日，1点6分，星期二 我们称能确定体系状态的强度性质最小数目为自由度，用于确定体系状态的强度性质称为独立变量，其它需要求解的强度性质称为从属变量。第8页，共35页，2022年，5月20日，1点6分，星期二二. 化工热力学的含义 经典热力学的原理模型解决化工过程实际问题。第9页，共35页，2022年，5月20日，1点6分，星期二 化工热力学就是运用经典热力学的原理，结合反映系统特征的模型，解决工业过程（特别是化工过程）中热力学性质的计算和预测、相平衡和化学平衡计算、能量的有效利用等实际问题。 第1

4、0页，共35页，2022年，5月20日，1点6分，星期二1-2 化工热力学与物理化学的关系物理化学经典热力学基本原理理想体系模型接近实际的体系化工热力学第11页，共35页，2022年，5月20日，1点6分，星期二1-3 经典热力学的局限性1 经典热力学 以宏观方法研究平衡态体系热力学称为经典热力学。 2 经典热力学的特点大量宏观现象普遍性规律 研究方法简单、可靠、解决工程问题比较容易观察、实验第12页，共35页，2022年，5月20日，1点6分，星期二3 经典热力学的局限1）不能解释微观本质 2）不能描述过程变化的细节，也无法 解释其发生变化的内部原因3）在解决实际问题时，需要与表达系 统特征

5、的模型相结合，即需要与研究系统特征的统计力学相结合。 第13页，共35页，2022年，5月20日，1点6分，星期二1-4 化工热力学的研究方法1 经典热力学与统计力学相结合 既是经典热力学的局限又是化工热力学解决实际问题的特色之一。2 借助计算机的应用，得到解析化的、系统的信息第14页，共35页，2022年，5月20日，1点6分，星期二1-5 化工热力学的主要内容 “原理-模型-应用”为化工热力学内容“三要素”。 原理是基础，应用是目的，模型是应用中不可缺少的工具。经典热力学原理，必须结合反映系统特征的模型，才能应用于解决化工过程的实际问题。第15页，共35页，2022年，5月20日，1点6分

6、，星期二模型第2、4章原理第3、4章应用第5、6章在其他领域的应用第7章，为高等化工热力学承前启后。第16页，共35页，2022年，5月20日，1点6分，星期二1-6 热力学基本概念回顾一 系统与环境 热力学研究的对象总是选择宇宙中的一部分，这部分选定的空间称为系统，其余为环境。系统又分为：1 封闭系统：与环境无物质传递 是化工热力学最感兴趣的系统之一第17页，共35页，2022年，5月20日，1点6分，星期二2 敞开系统：与环境有物质传递 均相敞开系统是非均相系统达到平衡的前提，其热力学关系式表达了与环境间能量、物质传递对系统性质的影响。 当T、p一定时,是混合物性质与组成的关系。第18页，

7、共35页，2022年，5月20日，1点6分，星期二 非均相封闭系统在没有达到平衡状态时，其中的任何一个相都可以看作为均相敞开系统。 当系统达到平衡状态时，各敞开系统之间通过边界传递物质和能量的净值为零，各相的组成、温度、压力不再发生变化，此时系统中任何一个均相敞开系统都可以视为均相封闭系统第19页，共35页，2022年，5月20日，1点6分，星期二 3 孤立系统： 与环境既无能量传递又无物质传递的系统。第20页，共35页，2022年，5月20日，1点6分，星期二二 强度性质与容量性质 1 强度性质 一类与系统的尺寸（物质的量）无关的性质，如T,p等。摩尔性质是强度性质。 系统的状态由系统的强度

8、性质决定，确定系统所需要的强度性质称为独立变量，其数目由相律计算第21页，共35页，2022年，5月20日，1点6分，星期二2 容量性质 与系统中物质量的多少有关的性质，如Mt三 状态函数 与系统状态变化的途径无关，仅取决于初态和终态的量。 系统的性质都是状态函数第22页，共35页，2022年，5月20日，1点6分，星期二四 平衡状态与可逆过程1 平衡状态 是一种静止状态，系统与环境之间净流（物质和能量）为零。 平衡状态的定量描述是本教材的重要内容第23页，共35页，2022年，5月20日，1点6分，星期二2 可逆过程 是系统经过一系列平衡状态完成的，其功耗与沿同路径逆向完成该过程所获得的功是

9、等量的，是实际过程的理想极限，为不可逆过程提供了效率的标准第24页，共35页，2022年，5月20日，1点6分，星期二五 热力学过程与循环1 热力学过程 系统从一个平衡状态到另一个平衡状态的变化称为热力学过程。 有等温、等压、等容、等熵、等焓、绝热、可逆等过程 2 热力学循环 系统经过某些过程后又回到了初态第25页，共35页，2022年，5月20日，1点6分，星期二1-7 热力学性质计算的一般方法1 变量分析 基于相律分析系统的独立变量和从属变量2 由经典热力学原理得到普遍化关系式。 特别是将热力学性质与能容易测量的p、V、T 及组成性质和理想气体等压热容 联系起来；第26页，共35页，202

10、2年，5月20日，1点6分，星期二由状态函数的数学特性可得：第27页，共35页，2022年，5月20日，1点6分，星期二 由经典热力学原理，可以得到 与和之间的依赖关系，、 推算热力学性质的有用的方程和来即成为从第28页，共35页，2022年，5月20日，1点6分，星期二4 数学求解。如状态方程理想气体状态的热容方程：或活度系数模型3 引入表达系统特性的模型第29页，共35页，2022年，5月20日，1点6分，星期二课程学习主要以应用为目的第30页，共35页，2022年，5月20日，1点6分，星期二主要参考资料1 雷一东，葛喜臣编，化工热力, 重庆，重庆大学出版社，1988 年2 陈钟秀，顾飞

11、燕.化工热力学（高等 学校教材）.1993.化学工业出版社.3 Smith, J. M., Van Ness H.C., Abbott M. M. ,6th ed, 化学工业出版社引进， 2002 第31页，共35页，2022年，5月20日，1点6分，星期二4 Prausnitz, J M ， Rudiger N L, de Azevedo E D, , N.J. Prentice, Hall PTR c1999.5 涂淑凤，李前某编，化工热力学， 广州，华南理工大学出版社， 1992 年6 马沛生，化工数据，北京，中国 石化出版社第32页，共35页，2022年，5月20日，1点6分，星期二

12、化学工业出版社面向21世纪课程教材化工热力学 本书介绍了经典热力学原理及其在化工中的应用。 全书分为七章，第1章至第5章的主要内容有绪论、流体 p-V-T和状态方程、均相封闭系统热力学原理及应用、非均 相封闭系统的热力学原理及应用；第6章是流动系统的热力学 原理及应用；第7章介绍了热力学在其他领域的应用。 本书是化学工程与工艺专业本科生的化工热力学 教材， 也能供从事化学、化工、轻工、材料和热动力的教师、研究 生和工程技术人员参考。 化学工业出版社高等学校化工热力学教材 本书内容包括：绪论、流体的热力学性质、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

13、力学基础、流体相平衡和化学反应 平衡，共八章。本书除作教科书外，也可供从事化工过程的 工程技术人员参考。朱自强，徐汛陈新志蔡振云胡望明第33页，共35页，2022年，5月20日，1点6分，星期二 清华大学出版社清华大学化工热力学教材 本书是大学化工热力学的教材。 内容包括：热力学基础定律、流体的p-V-T关系和液体 的热力学性质、气体的压缩和膨胀过程、热功转换过程及 其热力学分析、液体溶液、流体相平衡和化学反应平衡。 本书除作大学化工类各专业的教科书外，也可供从事化 学工业、石油化工、轻工、材料和热能动力的技术人员参考。 高等教育出版社高等学校教学参考书流体的分子热力学 本书内容包括流体的热力

14、学、分子间力与位能函数、流 体的p-V-T关系、混合物的逸度、溶液的理论、活度系数关 联式等部分。本书可作为大学生学习化学热力学、统计热 力学、化工热力学时的参考书，也可作为研究生的教材， 以及供有关科技人员参考。童景山胡英第34页，共35页，2022年，5月20日，1点6分，星期二热力学专著译本流体热力学（平衡理论的导论） 本书根据赵广绪R.A.THERMODYNAMICS OF FLUIDS An Introdution to equilibrium Theory一书译出。书中主要介绍了热力学的平衡理论。从其基础原理出发，着重叙述了真实体系的平衡模型，并用多种不同类型的实例对真实体系平衡模型加以论证，体现了热力学理论的最新成就和最新应用。全书叙述严谨，逻辑性强，是一本具有相当水平的热力学专著。 本书适用于大学化工系师生作为热力学课程的参考书，也可供化工科研、设计以及炼油行业的工程技术人员参考。CHEMICAL ANDENGINEERINGTHERMODYNAMICS 本书共分9章: 第1章 引言； 第2章 能量和质量守衡；第3章