化工热力学的教学课件2

欢迎同学们进入《化工热力学》的学习第一章

绪论1、化工热力学的发展简史2、化工热力学的主要研究内容3、化工热力学的研究方法及其发展4、化工热力学的优点和局限性5、名词、定义、基本概念6、化工热力学在化学工程中的地位7、学习化工热力学的目的和要求8、参考书目第一章

绪论

——化工热力学的发展简史远古时代：钻木取火12世纪：火药1593年：伽利略制造出第一只温度计1784年：有了比热的概念18世纪末：证明了热不是一种物质1824年：卡诺提出了理想热机的设想1738年：伯努利提出了第一个能量守恒实例提出了热力学第一定律1824年：焦耳测定了热功当量第一章

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——化工热力学的发展简史1850年：克劳休斯证明了热机效率，提出了热力学第二定律1944年：B.F.Dodge写出了化工热力学教科书第一章

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——化工热力学的主要研究内容进行过程的能量衡算判断过程进行的方向和限度提高化工过程能量的有效利用率提供热力学数据与物性数据第一章

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——化工热力学的主要研究内容进行过程的能量衡算：物料衡算和建立在热力学第一定律基础上的能量衡算是所有化工工艺设计的基础。比如（1）求取设备中的传热量、传质量或反应量（2）确定设备的尺寸和台数（3）操作条件分析、工艺改进、设计方案对比第一章

绪论

——化工热力学的主要研究内容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函数可以判断过程进行的方向和限度，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是非常重要的内容。第一章

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——化工热力学的主要研究内容提高化工过程能量的有效利用率：

化工生产过程消耗大量的能源。石油、天然气等能源不仅是化学工业的燃料，而且是生产一些重要化工产品的原料。利用热力学的基本原理，对化工过程进行热力学分析，是热力学近三十年来最重要的进展。计算各种热力过程的理想功、损耗功、有效能等，找出可以节能而没有能的环节和设备，然后采取措施，达到节能的目的。第一章

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——化工热力学的主要研究内容提高化工过程能量的有效利用率：

对于评定新的设计方案和改进现有生产都是有效的手段。近来，能源紧张问题更显突出，故在流程选择、设备设计中往往以节能为目标函数进行优化，为了节能，宁可增加设备（即初始投资）。第一章

绪论

——化工热力学的主要研究内容提供热力学数据与物性数据：

热力学把研究的对象称为体系（System），与研究对象有密切联系的周围称为环境（Surrounding）。描述体系处于一定状态是用一系列的宏观热力学性质（如T、P、Cp、H、S、G等）表示。上述三个问题的解决离不开热力学数据与物性数据第一章

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——化工热力学的主要研究内容提供热力学数据与物性数据：

但是，热力学的有效应用（如过程模拟与放大），往往由于缺乏热力学基础数据而发生困难。根据统计，现有十万种以上的无机化合物和近四百万种有机化合而热力学性质已研究得十分透彻的元素和化合物却只一百种左右。第一章

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——化工热力学的主要研究内容提供热力学数据与物性数据：因此，对于物质热力学性质的计算、气体状态方程的研究、普遍化方法求算热力学函数，已成为很重要热力学基础工作。目前，特别是对于混合物的数据更缺少，而需要又十分迫切，因此，混合物的热力学性的研究和计算，目前已成为化工热力学的主攻方向之一。第一章

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——化工热力学的研究方法及其发展研究方法：宏观研究法和微观研究法1、利用热力学函数和物质状态之间的关系解决实际问题2、利用抽象的概括的理想的方法来处理问题，当用于实际问题时，加以适当修正。第一章

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——化工热力学的研究方法及其发展化工热力学的发展1、与分子热力学联系：经典化工热力学和分子热力学没有绝对的分解线，目前，经典化工热力学越来越多使用分子热力学的研究成果，特别是，从微观的结果导出的模型及相应的计算式；分子热力学由于理论计算的困难，在解决实际问题时，不得不使用实验数据参数或使用一些经验方法作为补充。第一章

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——化工热力学的研究方法及其发展化工热力学的发展2、突破石油化工热力学的限制：（1）发展新的计算方法，解决摩尔质量较大化合物的热力学计算，扩充了热力学在化工中的使用范围；（2）把化工热力学扩充到化学工业之外，比如环境热力学，解决了环境中的化学品污染问题，为发展化学工业打破了环境限制。第一章

绪论

——化工热力学的研究方法及其发展化工热力学的发展3、与计算机科学的结合：在化工设计程序中，热力学的计算量可占总计算量的50%以上，有的甚至占到80%，可见热力学与计算机科学结合的必要性。第一章

绪论

——化工热力学的研究方法及其发展化工热力学的发展4、丰富热力学数据和物性数据数据

根据不完全统计，现有十万种以上的无机化合物和近四百万种有机化合，而热力学性质已研究得十分透彻的元素和化合物却只一百种左右。因此，对于物质热力学性质的计算、气体状态方程的研究、普遍化方法求算热力学函数，已成为很重要热力学基础工作。目前，特别是对于混合物的数据更缺少，而需要又十分迫切，因此，混合物的热力学性的研究和计算，目前已成为化工热力学的主攻方向之一。第一章

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——化工热力学的优点和局限性优点：①经典热力学是从宏观角度研究问题，他研究大量分子组成的体系表现出来的宏观性质，是建立在实验基础上的。�②热力学只问过程的结果，而不问过程变化的经过。以静态的观点研究问题，无随时间变化的因素。因此，化工热力学又称为化工静力学。第一章

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——化工热力学的优点和局限性优点：③经典热力学只能处理极限情况的有关问题例：解决化学平衡与相平衡组成的计算④在严格导出的热力学结论中，没有任何的假想成分，因而结论是可靠的，具有普遍性。例：热力学第二定律证明永动机不可能实现，那么在这方面的努力是徒劳的。第一章

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——化工热力学的优点和局限性局限性：①对于某一具体物质的具体性质，需要做一定的实验，然后才能在热力学理论及数学推倒下得到具有实用性的关联式。原因是热力学基本定律是宏观的，不考虑物质的结构差异。因此，热力学数据的准确性和可靠程度受实验条件的限制。如：某物质的汽-液平衡数据会有不同的几套。第一章绪论——化工热忘力学的劣优点和营局限性局限性霞：②由于不创考虑过加程的机骂理、细狠节，因础此不能枯解决反阔应速率退问题速率=推动力/阻力其罩中推动尼力=实际状态-平衡状白态热力泼学解决乡丰平衡状脚态的问询题，可厅为推动年力提供皮平衡数遵据第一章绪栽论——名词、定管义、基本润概念1体系和环胆境为明确露讨论的椒对象，基对感兴道趣的一近部份物苏质或空绪间和其节余的物估质和空饱间分开(可以是管实际的龄，也可战以是假兴想的)。把这部素分称为体猾系，其余赚部分叫做晕环境。(1)隔离体创系或孤胆立体系纸体系和荐环境间利没有任醋何物质职或能量煤交换。蒸它们不真受环境创改变的警影响。(2)封闭体搂系体系踢和环境样间只有祥能量而躺无物质码的交换细。但是颈这并不姑意味着期体系不率能因有识化学反屡应发生吨而改变郑其组成落。(3)敞开体系猛体系和环适境可以有狱能量和物骨质的交换第一章绪财论——名词、定狡义、基本传概念2平衡状态雁与状态函评数平衡状页态:一个体溪系在不封受外界特影响的桐条件下疾，如果帖它的宏寻观性质学不随时刊间而变舰化，此看体系处皱于热力内学平衡贿状态。狼达到热力学平馒衡(即热平衡、云力平衡、追相平衡和民化学平衡)的必要条煌件是引起愈体系状态妨变化的所配有势差，童如温度差异、压力差训、化学位押差等均为恢零。动态阶平衡状态函呜数：描述体讨系所处状烫态的宏观史物理量称飘为热力学漫变量。由真于它们是匀状态的单猴值函数，慈亦称为状绪态函数。舌常用的状伍态函数有牌压力P、温度T、比容V、内能U、焓H、熵S、自由焓G等。强度量的数值辞仅取决猎于物质竞本身的定特性，默而与物婚质的数旱量无关跌。如:温度、压鄙力、密度突、摩尔内碌能等。广度量的数值与赖物质的数始量成正比甘。如:体积、质诱量、焓、北熵、内能救、自由焓繁等。须指携出，单位氧质量的广逆度量显然莫是一种强众度量。第一章绪论——名词、肾定义、歼基本概擦念3过程过程是巴指体系洁由某一歉平衡状退态变化斥到另一衣平衡状插态时所滋经历的狸全部状臣态的总桑和。(1)不可逆乏过程(2)可逆过给程(3)各种热力过程等温过趋程、等闷压过程斜、等容雪过程和站绝热过钉程等(4)循环过程体系经喷过一系敲列的状裳态变化公过程后同，最后棚又回到幕最初状报态，则并整个的劣变化称吓为循环第一章绪腰论——名词、私定义、么基本概仅念4温度与热托力学第零红定律实验观饭察可知六，当两蹲个物体棕分别与甘第三个啦物体处涂于热平园衡时，泳则这两元个物体苍彼此之忙间也必诞定处于护热平衡忠。这是陷经验的欺叙述，史称热平衡心定律，又称热力学第险零定律。为建立悉温度概念械提供实验异基础，是坟进行温度娃测量和建瓶立经验温芝标的理论丢基础。绝叫对温标T(K，Kel模vin棵)、摄氏温胃标t(℃)第一章绪论——名词、定君义、基本仰概念5能、功丝式和热(1)能是一个基拖本概念。芳所有物质例都有能。挨能定义为糠做功的容膏量。能是窗既不能创倍造，也不乓会毁灭的前。任何体细系而言，补输入的能双量和输出役的能量之疑差等于该历体系内贮椅藏着能的杆改变。体奴系的内能指除动煮能和位促能以外借的所有侨形式的下能，它亦代表着周微观水始平的能仗的形式寻，我们缺无法测刘定内能斤的绝对扫值，而矛只能计膝算出它灯的变化仔。内能下的符号街是U，单位卖用J表示，在工程上Cal表示。第一章绪论——名词、定券义、基本盟概念5能、功娘和热(2)功:由于存享在着除破温度外胞的其他吐位的梯善度，如右压差，涌在体系惹和环境拳间传递评着的能份称为功冬。在热京力学中必因做功扔的方式向不同，构有各种吸形式的对功机械利功、电余功、化拢学功、读表面功状、磁功燥体系所造得的功透（环境解对体系潮做功）哗为正值版，体系北所失的便功（对聋环境做仇功）为并负值。控功不是茂体系的谎性质，厅不是状退态函数衡，而是馆和过程倾所经的吧途径有任关。在丛国际单笑位制中么功的单赖位也用捉J表示肉。第一章绪惊论——名词、定副义、基本学概念5能、功和梦热（3)热：从经验知团道，一个毒热的物体躬和一个冷鞭的物体相亮接触，冷黑的变热了来，而热的躺变冷了。有说明在它茶们之间有韵第一章绪论——名词、定协义、基本张概念6焓除内能旗外，还冠有许多火热力学唐函数，籍焓就是奋其中之帜一，它酱的定义骗可写为H=U飘+PV式中H是焓，U是内能，P是绝压池，V是体积。牵由于U和PV都由体系识的状态所巴决定，因念此焓也是视个状态函版数。其单授位和内能挺相同。第一章绪论——名词、维定义、习基本概械念7熵可逆过镇程是一独种极限刻，实际评的过程菜则或多涝或少地趋趋近这盒个极限鄙在《物尊理化学符》中学碗习了Clau祸sius不等式，式中Q代表热量出，T代表绝草对温度品。第一章绪拼论——名词、定趟义、基本膝概念7熵熵的中糟文意义顽是热量茅被温度浑除的商杰，若热饲量相同竞，温度致高则熵杏小，温烦度低则树熵大。钟熵的外绘文原名穴的意义缺是转变村（engt辜ropy，the歇rma壳lc魔har赔ge），指溪热量可抄以转变夜为功的袄程度，虎熵小则号转化程嫌度高，塑熵大则醋转化程富度低。第一章绪论——名词、定雷义、基本有概念9.7熵熵是个幕状态函疤数。伴但随着自号发过程热的进行殿，熵值咬不断增懂大，当品达到平扮衡时，误熵值增耐到最大里，其后驶熵值不季变。因鲜此熵是刘判断在童隔离体辨系中任多何自发晒过程进热行的方鸽向和限糖度的共袭同准则廊。在隔眼离体系迈中，如裹果变化芽是可逆率的，熵役值不变特；如果丹变化是铁不可逆熔的，熵茂值增加饥。这就黑是所谓杯的熵增原理。（热力喜学第二定召律）隔离(孤立）匹体系第一章绪康论——名词、眉定义、晒基本概枕念7熵从统计热症力学知，睡熵是混乱午程度的度缴量：S=lnkΩ式中：Ω表示热力湿学几率。蚁当Ω=1时，S=0，这就蝇是绝对闲熵定律完（热力昨学第三拆定律）炎，其表坡述为：绝对零度软（T=0）完整晶品体（Ω=1）的熵值鸡等于零，可见，怎熵是有绝咏对值的。第一章绪她论——化工热力金学在化学宗工程中的烂地位！第一章绪论——学习化工肥热力学的墨目的和要叙求要求：�⑴要明确敬各章节的五作用，即往解决什么诉问题，得随出了什么矿结论。⑵要掌绣握化工良热力学袋的研究陆方法。⑶除基本情概念理论指外，