C1 化工热力学绪论

化工热力学ChemicalEngineeringThermodynamics韩陈电话Q：273602086第一章绪论1.1

课程学习目的1.2

化工热力学的作用1.3

化工热力学的研究内容和研究方法1.4

如何学好化工热力学将热力学基本理论应用于化工过程，在解决具体问题的过程中逐步形成的一门实用的工程学科。在物理化学课程学习基础上，运用热力学基本原理完成过程热力学分析和流体相平衡计算。本科化工专业的核心课程之一！1.1

课程学习目的以热力学基本定律为基础，研究化工过程中能量的相互转换和有效利用的规律，认识物质状态变化和物质性质之间的函数关系，计算化工过程中达到平衡的理论极限、条件和状态。明确化工热力学研究的对象，掌握化工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。化工热力学在化学工程学科中的地位表面张力计算密度计算导热系数计算粘度计算焓的计算第一级物性常数和热力学性质计算化工热力学第二级平衡计算物性学和热力学相平衡计算化学反应平衡计算物料平衡计算热量平衡计算熵平衡计算第三级三传一反反应速率计算传质计算传热计算流体传输计算三传和反应工程第四级设备计算吸收塔计算反应器计算换热器计算蒸馏塔计算设备模型化第五级流程配置吸收系统模拟反应系统模拟蒸馏系统模拟化工模拟系统全流程的最优化设计和控制第六级过程发展1.2

化工热力学的作用炼油化工一体化生产系统-----联产油品、化工产品、能源原油轻石脑油炼厂气燃料油苯二甲苯喷气燃料柴油环己烷聚酯汽油聚丙烯聚乙烯弹性体聚苯乙烯电力联产发电

裂解炉芳烃抽提

丙烯

乙烯

丁二烯苯乙烯重油催化裂化连续重整重整汽油常减压蒸馏工艺流程选择？涉及：工艺操作参数设定？平衡计算？设备选型？系统设计？化工过程研究、开发及设计的重要理论和工程基础！1)物性数据的测定、关联和预测物性参数的测定和估算是基础

化学工程师要处理大量的物质，100万种无机物，400万种有机物。现已研究得十分透彻的元素和化合物只有100余种。理论计算、实验测定、半理论半经验的估算方法。研究方法:2)

化工过程的能量衡算和物料衡算

物料衡算和热量衡算是化工过程和生产装置研究开发和设计的基础。有了进、出设备物料的数量、组成、温度、压力，可以求得设

备中的传热量、传质量或反应量。

确定生产过程中所需设备的尺寸和台数（如换热面积等）分析设计方案、操作条件和改进工艺设备时，常以物料、热量

衡算为依据。现计划采用乙烯为原料关键：能否用价廉易得的乙烯代替丙烯作为原料？例如：丙烯酸的生产路线选择原路线采用丙烯氧化：首先，可以运用热力学知识来判断：如此可以避免或少走弯路，极大节省人力、物力和时间！反应能否进行，进行到什么程度，有无工业价值？即ΔG是否小于0；若可能进行，再研究寻找适宜的反应条件、催化剂等，即动力学考虑。3）判断过程进行的方向和限度建立在热力学第二定律上的一些热力学状态函数（S、G等）可以判定过程进行方向、确定平衡状态。

在化工单元操作及反应器设计中，平衡状态的确定、平衡组成的计算、多组元相平衡数据的求取均是不可少的内容。4)

是资源利用与解决环境问题的基础

资源、能源短缺和有效利用

水的临界压力：221.2

atm，374.15

℃

亚临界：170atm,

535

℃

超临界：240atm,

560℃

超超临界：300atm,

600℃热效率提高1.2%，一年就可节约6000吨优质煤火力发电机组参数变化运用热力学理论指导，优化系统及操作参数新型制冷剂（Freons-134A、Freons-152A等）的开发生产和物性数据的测定和使用性能的评价大气污染物二氧化硫和二氧化碳的回收治理过程中离不开吸收、吸附平衡数据的测定生产工艺和装置节能需要有效能的计算和评价等环境问题：温室气体效应、大气臭氧层的破坏和水资源的污染1.3

研究内容及研究方法 四大部分内容模型设计相平衡化学反应平衡过程热力学分析热力学基础数据PVT，CP，CV应用部分理论部分原理是基础，应用是目的，模型则是应用中不可缺少的工具。“原理—模型—应用”

化工工程的“三要素”热力学原理第一定律应用到系统与环境间既有能量交换，又有物质交换的敞开系统中，如精馏（蒸馏）、吸收、萃取等化工单元操作过程。在化学反应过程、压缩冷冻循环热力等过程中，计算过程进行时热与功的数量。热力学第二定律应用到化工传质分离过程中，可以确定相平衡的条件、平衡各相的组成；在化学反应工程中，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；在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。研究方法：统计热力学从微观角度，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。经典热力学建立在热力学第一、第二定律基础上，是人类大量实践经验的总结，是自然界和人类各种活动中的普遍规律。所给出的结论是宏观性质间的关系，具有普遍的意义。热力学演绎方法：热力学的基本方法以热力学基本定律作为出发点从热力学基本定律出发，运用演绎推理方法，就有可能得到适用于相变化和化学变化的具体规律。以数学作为工具和手段

热力学基本定律表达的方程或不等式具有普遍规律，针对各类具体问题时，需对这些方程、不等式中相关物理量代入特定的形式(或确定性质)，经过数学演绎，可得到适用于某类问题的结论。理想化方法：热力学的重要方法过程的理想化：“可逆过程”两个理想化模型：理想气体和理想溶液在一定条件下，代替真实系统，以保证热力学演绎推理的简洁易行和目的明确。在理想条件下得到的许多结论，可作为某些特定条件下实际问题的近似处理。理想系统对真实系统的研究起到桥梁和纽带的作用。理想气体的化学位

真实气体化学位

状态函数法：热力学的独特方法能量转换以状态函数与过程函数关系式给出——热一律

过程的方向和限度以状态函数变化形式给出——热二律可利用物质的可测热力学性质数据，计算一些实际难测而需要的数据；对不可逆过程的状态函数变化，按易于计算的可逆过程状态函数变化进行。化工热力学的研究对象：客观物质世界的实际系统，具有高度的非理想性（非理想气体与非理想溶液）

基本概念数学模型+=应用内涵

+

外延{思维对象的本质属性

思维对象的范围(即概念的适用范围)1.4

如何学好化工热力学反映实际系统特殊性的抽象模型课程学习的主线:Gibbs函数(G函数)反映真实气体与理想气体性质差异，称之为剩余Gibbs函数反映真实溶液和理想溶液性质差异,称为过量Gibbs函数实验数据的热力学一致性检验相平衡和化学平衡有效能的综合利用：理想功与有效能也是一种Gi