化工熱力學(xué)第一章.pptVIP

化工熱力學(xué)ChemicalEngineeringThermodynamics,主講人：仲秀娟,Telmail:zhongxiujuan,化學(xué)工程專業(yè)的核心課程,節(jié)能減排的重要工具,苯乙烯正常沸點(diǎn)為418K，汽化熱為40.31KJ/mol。若控制蒸餾溫度為30，壓力應(yīng)控制為多少？（）A、24.8KPa；B、0.12KPa；C、12.4KPa；D、1.24KPa,Clausius-Clapeyron方程克勞修斯-克拉佩隆方程,教材和參考書,1陳鐘秀，顧飛燕.化工熱力學(xué)，第三版.北京：化學(xué)工業(yè)出版社2金克新，趙傳鈞，馬沛生.化工熱力學(xué)，天津：天津大學(xué)出版社3高光華，于養(yǎng)信.化工熱力學(xué)基本內(nèi)容、習(xí)題詳解和計(jì)算程序.北京：清華大學(xué)出版社,4陳新志,蔡振云,胡望明.化工熱力學(xué),北京：化學(xué)工業(yè)出版社5SmithJM,VanNessHC,AbbottMM.IntroductiontoChemicalEngineeringThermodynamics,6thed.NewYork:McGraw-Hill,教材和參考書,學(xué)術(shù)委員會(huì)：,化工熱力學(xué)專家：,教學(xué)內(nèi)容,Chap1緒論,Chap4熱力學(xué)第一定律及其應(yīng)用,Chap5熱力循環(huán)-熱力學(xué)第二定律及其應(yīng)用,Chap2流體的PVT關(guān)系：狀態(tài)方程式,Chap6化工過程熱力學(xué)分析,Chap7溶液熱力學(xué)基礎(chǔ),Chap3純流體的熱力學(xué)性質(zhì)計(jì)算,chap1緒論,1.1化工熱力學(xué)的任務(wù)1.2化工熱力學(xué)的內(nèi)容1.3化工熱力學(xué)的研究方法1.4化工熱力學(xué)的重要性,流體性質(zhì),1.1化工熱力學(xué)的任務(wù),1.化工熱力學(xué)的發(fā)展,熱力學(xué)性質(zhì),傳遞性質(zhì),：物質(zhì)處于平衡狀態(tài)時(shí)壓力、體積、溫度、組成、內(nèi)能、焓、熱容、熵、自由能等。,：物質(zhì)或能量傳遞過程的非平衡特性，如導(dǎo)熱系數(shù)、粘度、擴(kuò)散系數(shù)等。,熱力學(xué)研究能量、,以及與能量轉(zhuǎn)換有關(guān)的,能量轉(zhuǎn)換,物性間相互關(guān)系。,從十八世紀(jì)末到十九世紀(jì)初開始，隨著蒸汽機(jī)在生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用，如何充分利用熱能來推動(dòng)機(jī)械作功成為重要的研究課題。,1798年，英國物理學(xué)家和政治學(xué)家BenjaminThompson(1753-1814)通過跑堂鉆孔實(shí)驗(yàn)開始對(duì)功轉(zhuǎn)換為熱進(jìn)行定量研究。,1799年，英國化學(xué)家HumphryDavy(1778-1829)通過冰的摩擦實(shí)驗(yàn)研究功轉(zhuǎn)換為熱。,1824年，法國工程師Carnot發(fā)表了“關(guān)于火的動(dòng)力研究”的論文。,Carnot(1796-1832),他通過對(duì)自己構(gòu)想的理想熱機(jī)的分析得出結(jié)論：熱機(jī)必須在兩個(gè)熱源之間工作，理想熱機(jī)的效率只取決于兩個(gè)熱源的溫度，工作在兩個(gè)一定熱源之間的所有熱機(jī)，其效率都超不過可逆熱機(jī)，熱機(jī)在理想狀態(tài)下也不可能達(dá)到百分之百。這就是卡諾定理。,法國工程師Clapeyron(1799-1864)把卡諾循環(huán)以解析圖的形式表示出來，并用卡諾原理研究了氣液平衡，,導(dǎo)出了克拉佩隆方程。,1843-1848年，英國釀酒商Joule用焦耳實(shí)驗(yàn)論述了能量守恒和轉(zhuǎn)化定律。焦耳的熱功當(dāng)量實(shí)驗(yàn)室熱力學(xué)第一定律的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。,Joule(1818-1889),1850年，德國物理學(xué)家Clausius指出：,Clausius(1822-1888),熱不能自動(dòng)地從低溫物體傳到高溫物體。,這個(gè)結(jié)論稱為熱力學(xué)第二定律。,1854年給出了熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式；1865年提出“熵”的概念。,1851年，英國物理學(xué)家Kelvin指出：,不可能從單一熱源取熱使之完全變?yōu)橛杏霉Χ划a(chǎn)生其他影響。,Kelvin(1824-l907),這是熱力學(xué)第二定律的另一種說法。,1875年發(fā)表了“論多相物質(zhì)之平衡”的論文。,Gibbs(1839-1903),他在熵函數(shù)的基礎(chǔ)上，引出了平衡的判據(jù)；奠定了化學(xué)熱力學(xué)的重要基礎(chǔ)。,工程熱力學(xué)（EngineeringThermodynamics）：,利用熱力學(xué)定律，,研究熱、功轉(zhuǎn)化,以及提高能量轉(zhuǎn)化,效率的途徑。,等普遍規(guī)律。,化學(xué)熱力學(xué)（ChemicalThermodynamics）：,以熱力學(xué)定律為基礎(chǔ)，,研究物質(zhì)的熱性質(zhì),（如H、S等）,化學(xué)、物理過程的方向和限度,（化學(xué)平衡、,相平衡）,化工熱力學(xué)：,三個(gè)“E”,Energy,四個(gè)“E”,Entropy,Equilibrium,ChemicalEngineering,研究化工生產(chǎn)中,Energy,Entropy,Equilibrium,以化學(xué)熱力學(xué)和工程熱力學(xué)為基礎(chǔ)，,的實(shí)際問題。,2.化工熱力學(xué)的任務(wù),化工熱力學(xué),化工物性數(shù)據(jù),過程熱力學(xué)分析,平衡研究,能量、熵、火用衡算,分析能量品味的變化,以能量相互轉(zhuǎn)化為基礎(chǔ)的內(nèi)容，給出,a.能量衡算，,(1)過程熱力學(xué)分析，,能量有效利用的極限；,計(jì)算過程實(shí)際消耗的熱與功。,c.分析能量品味的變化，,為節(jié)能減排提供改進(jìn)的方向。,(2)化工物性數(shù)據(jù)，,根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果得出相應(yīng)關(guān)聯(lián)式，建立模型。,提供一些熱力學(xué)圖表，,1.2化工熱力學(xué)的內(nèi)容,宏觀,經(jīng)典熱力學(xué),（本課程重點(diǎn)）,如一個(gè)容器中的氣體，我們研究氣體的壓力、溫度，是整個(gè)氣體的平均行為。,提供了由可測的熱力學(xué)量及其相互關(guān)系推算不可測的熱力學(xué)量的嚴(yán)格的數(shù)學(xué)方法。,如化工計(jì)算中經(jīng)常遇到的熱和功通常采用焓變求得。,但焓不能直接測量，但可通過能直接測量的PVT關(guān)系和Cp等性質(zhì)來計(jì)算焓變。,試請(qǐng)教一個(gè)問題？,例1：某含有丙烷的0.5m3的容器具有3.7MPa的耐壓極限，則127時(shí)可充進(jìn)容器的丙烷為多少kg?,應(yīng)用,（模型）,原理,微觀,統(tǒng)計(jì)熱力學(xué),微觀和宏觀,分子熱力學(xué),過程(process),狀態(tài)(state),1熱力學(xué)定律2熱物理數(shù)據(jù),熱力學(xué)內(nèi)容：,體系吸熱為正，放熱為負(fù),體系得功為正，體系作功為負(fù),第2章、流體的PVT關(guān)系（EOS）,第3章、純流體熱力學(xué)性質(zhì)的計(jì)算（H、S、U難測，由EOS，Cp，Cv計(jì)算得到）,第7章、溶液熱力學(xué)基礎(chǔ)（逸度、活度系數(shù)模型）,第4章熱力學(xué)第一定律及應(yīng)用能量分析法,第5章熱力學(xué)第二定律及應(yīng)用熵分析法,第6章化工過程熱力學(xué)分析火用分析法,化工熱力學(xué)三要素,1.3化工熱力學(xué)的研究方法,宏觀方法,經(jīng)典熱力學(xué)方法,微觀方法,統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)或分子熱力學(xué),宏觀研究方法特點(diǎn)：,將大量分子組成的體系視為一整體，研究大量分子中發(fā)生的平均變化，用宏觀物理量來描述體系的狀態(tài)，以宏觀觀點(diǎn)考察體系間的相互作用。,通過對(duì)大量宏觀現(xiàn)象的直接觀察與實(shí)驗(yàn)，總結(jié)出具有普遍性的規(guī)律。,由于其可靠性與嚴(yán)密的邏輯性，易于解決實(shí)際工程問題，化學(xué)工程領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。,宏觀研究法的兩種基本方法：,（1）利用熱力學(xué)函數(shù)和物質(zhì)狀態(tài)之間的關(guān)系，解決實(shí)際問題。,實(shí)驗(yàn)易測（P、T、V、x、Cp）,難測（S、H、G）,需要模型,（2）利用抽象的、概括的、理想的方法來處理問題，當(dāng)用于實(shí)際時(shí)，加以修正。,實(shí)際過程=,理想模型+校正,實(shí)際氣體：Z（壓縮因子）,實(shí)際氣體：（逸度系數(shù)）,實(shí)際溶液：（活度系數(shù)）,實(shí)際氣體：MR（剩余性質(zhì)）,實(shí)際溶液：ME（超額性質(zhì)）,化學(xué)熱力學(xué)方法,建立模型,1.4化工熱力學(xué)的重要性,原料,預(yù)處理,反應(yīng),粗產(chǎn)品,產(chǎn)品,精制,三廢,1.一反,2.傳質(zhì),3.能量傳遞,4.提供熱力學(xué)數(shù)據(jù),化學(xué)反應(yīng)工程,化學(xué)反應(yīng)平衡原理,化工分離過程,相平衡原理,熱力學(xué)第一、第二定律,化工熱力學(xué)內(nèi)容,化工熱力學(xué)：“焓焓”糊糊“熵”腦筋。,1.抓住Gibbs自由能這根主線。,2.了解公式的推導(dǎo)過程，“提起來是一串，放下來是一堆”。,3.掌握化工熱力學(xué)“實(shí)際過程=理想模型+校