化工热力学第一章课件

化工热力学第一章课件第一页，共三十一页，2022年，8月28日苯乙烯正常沸点为418K，汽化热为40.31KJ/mol。若控制蒸馏温度为30℃，压力应控制为多少？（）A、24.8KPa；B、0.12KPa；C、12.4KPa；D、1.24KPa

——Clausius-Clapeyron方程

克劳修斯-克拉佩隆方程第二页，共三十一页，2022年，8月28日教材和参考书1陈钟秀，顾飞燕.化工热力学，第三版.北京：化学工业出版社2金克新，赵传钧，马沛生.化工热力学，天津：天津大学出版社3高光华，于养信.化工热力学—基本内容、习题详解和计算程序.北京：清华大学出版社第三页，共三十一页，2022年，8月28日4陈新志,蔡振云,胡望明.化工热力学,北京：化学工业出版社5SmithJM,VanNessHC,AbbottMM.IntroductiontoChemicalEngineeringThermodynamics,6thed.NewYork:McGraw-Hill教材和参考书第四页，共三十一页，2022年，8月28日学术委员会：

马沛生天津大学汪文川北京化工大学陈钟秀浙江大学陆小华南京工业大学刘洪来华东理工大学蒋登高郑州大学王延吉河北工业大学陈新志浙江大学任保增郑州大学郑丹星北京化工大学于养信清华大学张乃文大连理工大学董新法华南理工大学郭绪强中国石油大学（北京）陈光进中国石油大学（北京）

化工热力学专家：第五页，共三十一页，2022年，8月28日

教学内容Chap1绪论Chap4热力学第一定律及其应用Chap5热力循环-热力学第二定律及其应用Chap2流体的PVT关系：状态方程式Chap6化工过程热力学分析Chap7溶液热力学基础Chap3纯流体的热力学性质计算第六页，共三十一页，2022年，8月28日chap1

绪论

§1.1

化工热力学的任务§1.2

化工热力学的内容§1.3

化工热力学的研究方法§1.4

化工热力学的重要性第七页，共三十一页，2022年，8月28日流体性质§1.1

化工热力学的任务1.

化工热力学的发展热力学性质传递性质：物质处于平衡状态时压力、体积、温度、组成、内能、焓、热容、熵、自由能等。：物质或能量传递过程的非平衡特性，如导热系数、粘度、扩散系数等。第八页，共三十一页，2022年，8月28日

热力学研究能量、以及与能量转换有关的能量转换物性间相互关系。

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应用，如何充分利用热能来推动机械作功成为重要的研究课题。第九页，共三十一页，2022年，8月28日

1798年，英国物理学家和政治学家BenjaminThompson(1753-1814)通过跑堂钻孔实验开始对功转换为热进行定量研究。

1799年，英国化学家HumphryDavy(1778-1829)通过冰的摩擦实验研究功转换为热。第十页，共三十一页，2022年，8月28日

1824年，法国工程师Carnot

发表了“关于火的动力研究”的论文。

Carnot

(1796-1832)

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于两个热源的温度，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。

第十一页，共三十一页，2022年，8月28日

法国工程师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气液平衡，导出了克拉佩隆方程。第十二页，共三十一页，2022年，8月28日

1843-1848年，英国酿酒商Joule用焦耳实验论述了能量守恒和转化定律。焦耳的热功当量实验室热力学第一定律的实验基础。

Joule

(1818-1889)

第十三页，共三十一页，2022年，8月28日

1850年，德国物理学家Clausius指出：

Clausius

(1822-1888)热不能自动地从低温物体传到高温物体。这个结论称为热力学第二定律。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。第十四页，共三十一页，2022年，8月28日

1851年，英国物理学家Kelvin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。Kelvin(1824-l907)这是热力学第二定律的另一种说法。

第十五页，共三十一页，2022年，8月28日

1875年发表了“论多相物质之平衡”的论文。

Gibbs

(1839-1903)他在熵函数的基础上，引出了平衡的判据；奠定了化学热力学的重要基础。第十六页，共三十一页，2022年，8月28日工程热力学（EngineeringThermodynamics）：利用热力学定律，研究热、功转化以及提高能量转化效率的途径。等普遍规律。化学热力学（ChemicalThermodynamics）：

以热力学定律为基础，研究物质的热性质（如H、S等）化学、物理过程的方向和限度（化学平衡、相平衡）第十七页，共三十一页，2022年，8月28日化工热力学：三个“E”Energy

四个“E”

EntropyEquilibrium

Chemical

Engineering研究化工生产中Energy

EntropyEquilibrium

以化学热力学和工程热力学为基础，的实际问题。第十八页，共三十一页，2022年，8月28日2.

化工热力学的任务化工热力学化工物性数据过程热力学分析平衡研究能量、熵、火用衡算分析能量品味的变化第十九页，共三十一页，2022年，8月28日以能量相互转化为基础的内容，给出a.能量衡算，(1)过程热力学分析，能量有效利用的极限；计算过程实际消耗的热与功。c.分析能量品味的变化，为节能减排提供改进的方向。(2)

化工物性数据，根据实验数据结果得出相应关联式，建立模型。提供一些热力学图表，第二十页，共三十一页，2022年，8月28日§1.2化工热力学的内容

宏观经典热力学（本课程重点）如一个容器中的气体，我们研究气体的压力、温度，是整个气体的平均行为。提供了由可测的热力学量及其相互关系推算不可测的热力学量的严格的数学方法。如化工计算中经常遇到的热和功通常采用焓变求得。但焓不能直接测量，但可通过能直接测量的PVT关系和Cp等性质来计算焓变。第二十一页，共三十一页，2022年，8月28日

试请教一个问题？例1：某含有丙烷的0.5m3的容器具有3.7MPa的耐压极限，则127℃时可充进容器的丙烷为多少kg?

应用（模型）原理

微观统计热力学

微观和宏观分子热力学第二十二页，共三十一页，2022年，8月28日过程(process)状态(state)1热力学定律2热物理数据热力学内容：体系吸热为正，放热为负体系得功为正，体系作功为负第二十三页，共三十一页，2022年，8月28日第2章、流体的PVT关系

（EOS）第3章、纯流体热力学性质的计算（H、S、U难测，由EOS，Cp，Cv计算得到）第7章、溶液热力学基础（逸度、活度系数模型）第4章热力学第一定律及应用能量分析法第5章热力学第二定律及应用

熵分析法第6章化工过程热力学分析火用分析法第二十四页，共三十一页，2022年，8月28日化工热力学三要素

模型

EOS和gi

应用

封闭体系

流动体系

热力学原理

Chap2、3、4

Chap2、7

Chap3、4、5、6

基础目的应用中不可缺工具第二十五页，共三十一页，2022年，8月28日§1.3化工热力学的研究方法宏观方法经典热力学方法微观方法统计热力学或分子热力学宏观研究方法特点：将大量分子组成的体系视为一整体，研究大量分子中发生的平均变化，用宏观物理量来描述体系的状态，以宏观观点考察体系间的相互作用。通过对大量宏观现象的直接观察与实验，总结出具有普遍性的规律。由于其可靠性与严密的逻辑性，易于解决实际工程问题，化学工程领域应用广泛。。第二十六页，共三十一页，2022年，8月28日宏观研究法的两种基本方法：（1）利用热力学函数和物质状态之间的关系，解决实际问题。实验易测（P、T、V、x、Cp）难测（S、H、G）需要模型第二十七页，共三十一页，2022年，8月28日（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。实际过程=理想模型+校正实际气体：Z（压缩因子）实际气体：Ф（逸度系数）实际溶液：ϒ（活度系数）实际气体：MR（剩余性质）实际溶液：ME（超额性质）化学热力学方法建立模型第二十八页，共三十一页，2022年，8月28日§1.4化工热力学的重要性原料预处理反应粗产品产品精制三废1.一反2.传质3.能量传递4.提供热力学数据化学反应工程化学反应平衡原理化工分离过程相平衡原理热力学第一、第二定律化工热力学内容第二十九页，共三十一页，2022年，8月28日化工热力学：“焓焓”糊糊“熵”脑筋。1.抓住Gibbs自由能这根主线。2.了解公式的推导过程，“提起来是一串，放下来是一堆”。3.掌握化工热力学“实际过程=理想模型+校正”的处理问题的方法。4.注意准确理解热