陳鐘秀(第三版)化工熱力學(xué)1緒論

1、化工熱力學(xué)化工熱力學(xué)新鄉(xiāng)學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院緒論緒論化工熱力學(xué)Chemical Engineering thermodynamics新鄉(xiāng)學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院 化學(xué)與化工學(xué)院化學(xué)與化工學(xué)院 陳可可陳可可化工熱力學(xué)化工熱力學(xué)新鄉(xiāng)學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院緒論緒論教材和參考書(shū)教材和參考書(shū)參考書(shū)：參考書(shū)：1 陳鐘秀陳鐘秀, 顧飛燕顧飛燕. 化工熱力學(xué)例題與習(xí)題化工熱力學(xué)例題與習(xí)題. 北京北京:化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社, 19982 朱自強(qiáng)朱自強(qiáng) 吳有庭吳有庭 化工熱力學(xué)化工熱力學(xué) 第三版第三版3 Smith J. M., Van Ness H C, Abbott M M. Introduction to Chemical En

2、gineering Thermodynamics, 6t h ed. New York: McGraw-Hill, 20014 陳新志等，化工熱力學(xué)，北京：化學(xué)工業(yè)出陳新志等，化工熱力學(xué)，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，版社，2001年年4月月教材：教材：陳鐘秀陳鐘秀, 顧飛燕顧飛燕. 化工熱力學(xué)化工熱力學(xué), 第二版第二版. 北京北京:化學(xué)工業(yè)出版社化學(xué)工業(yè)出版社, 2001化工熱力學(xué)化工熱力學(xué)新鄉(xiāng)學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院緒論緒論 教學(xué)內(nèi)容教學(xué)內(nèi)容1 1 緒論緒論 2 2 流體的流體的 P-V-T P-V-T 關(guān)系關(guān)系3 3 純流體的熱力學(xué)性質(zhì)純流體的熱力學(xué)性質(zhì)4 4 流體混合物的熱力學(xué)性質(zhì)流體混合物的熱力學(xué)性質(zhì)5

3、 5 化工過(guò)程的能量分析化工過(guò)程的能量分析6 6 蒸汽動(dòng)力循環(huán)與制冷循環(huán)蒸汽動(dòng)力循環(huán)與制冷循環(huán)7 7 相平衡相平衡10 10 化學(xué)反應(yīng)平衡化學(xué)反應(yīng)平衡化工熱力學(xué)化工熱力學(xué)新鄉(xiāng)學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院緒論緒論1 1 緒論緒論 1.1 熱力學(xué)的發(fā)展熱力學(xué)的發(fā)展 1.2 化工熱力學(xué)的內(nèi)容化工熱力學(xué)的內(nèi)容1.3 熱力學(xué)的研究方法熱力學(xué)的研究方法1.4 幾幾個(gè)熱力學(xué)名詞個(gè)熱力學(xué)名詞化工熱力學(xué)化工熱力學(xué)新鄉(xiāng)學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院緒論緒論1.1 熱力學(xué)的發(fā)展熱力學(xué)的發(fā)展 流體的性質(zhì)有流體的性質(zhì)有熱力學(xué)性質(zhì)熱力學(xué)性質(zhì)和和傳遞性質(zhì)傳遞性質(zhì)之分。之分。 前者是指物質(zhì)處于平衡狀態(tài)下前者是指物質(zhì)處于平衡狀態(tài)下壓力壓力、體積體積、溫溫度度、

4、組成以及其他的熱力學(xué)函數(shù)，如、組成以及其他的熱力學(xué)函數(shù)，如內(nèi)能內(nèi)能、焓焓、熱熱容容、熵熵、自由能自由能等。等。 后者是指物質(zhì)和能量傳遞過(guò)程的非平衡特性，后者是指物質(zhì)和能量傳遞過(guò)程的非平衡特性，如如導(dǎo)熱系數(shù)導(dǎo)熱系數(shù)、粘度粘度、擴(kuò)散系數(shù)擴(kuò)散系數(shù)等。等。 熱力學(xué)原理指出：能夠從易測(cè)量性質(zhì)（如壓力、熱力學(xué)原理指出：能夠從易測(cè)量性質(zhì)（如壓力、摩爾體積、溫度、組成、低壓熱容等）來(lái)推算較難摩爾體積、溫度、組成、低壓熱容等）來(lái)推算較難測(cè)量的性質(zhì)（如焓、內(nèi)能、熵、吉氏函數(shù)、亥氏函測(cè)量的性質(zhì)（如焓、內(nèi)能、熵、吉氏函數(shù)、亥氏函數(shù)、熱容、逸度、逸度系數(shù)、活度系數(shù)等）。數(shù)、熱容、逸度、逸度系數(shù)、活度系數(shù)等）。化工熱力學(xué)

5、化工熱力學(xué)新鄉(xiāng)學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院緒論緒論 熱力學(xué)熱力學(xué)是研究能量、能量轉(zhuǎn)換以及與能量是研究能量、能量轉(zhuǎn)換以及與能量轉(zhuǎn)換有關(guān)的物性間相互關(guān)系的科學(xué)。轉(zhuǎn)換有關(guān)的物性間相互關(guān)系的科學(xué)。 熱力學(xué)熱力學(xué)(thermodynamics)一詞的意思是熱一詞的意思是熱(thermo)和動(dòng)力和動(dòng)力(dynamics)，既由熱產(chǎn)生動(dòng)力，既由熱產(chǎn)生動(dòng)力，反映了熱力學(xué)起源于對(duì)熱機(jī)的研究。反映了熱力學(xué)起源于對(duì)熱機(jī)的研究。 從十八世紀(jì)末到十九世紀(jì)初開(kāi)始，隨著從十八世紀(jì)末到十九世紀(jì)初開(kāi)始，隨著蒸蒸汽機(jī)汽機(jī)在生產(chǎn)中的廣泛使用，如何充分在生產(chǎn)中的廣泛使用，如何充分利用熱能利用熱能來(lái)推動(dòng)機(jī)器作功來(lái)推動(dòng)機(jī)器作功成為重要的研究課題。成為重

6、要的研究課題。 化工熱力學(xué)化工熱力學(xué)新鄉(xiāng)學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院緒論緒論1798年，英國(guó)物理學(xué)家和政治家年，英國(guó)物理學(xué)家和政治家 Benjamin Thompson (1753-1814) 通過(guò)炮膛鉆孔實(shí)驗(yàn)開(kāi)始對(duì)功通過(guò)炮膛鉆孔實(shí)驗(yàn)開(kāi)始對(duì)功轉(zhuǎn)換為熱進(jìn)行定量研究。轉(zhuǎn)換為熱進(jìn)行定量研究。 1799年，英國(guó)化學(xué)家年，英國(guó)化學(xué)家 Humphry Davy (1778-1829)通過(guò)冰的摩擦實(shí)驗(yàn)研究功轉(zhuǎn)換為熱。通過(guò)冰的摩擦實(shí)驗(yàn)研究功轉(zhuǎn)換為熱。化工熱力學(xué)化工熱力學(xué)新鄉(xiāng)學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院緒論緒論1824年，法國(guó)陸軍工程師年，法國(guó)陸軍工程師Nicholas Lonard Sadi Carnot發(fā)表了發(fā)表了 “ 關(guān)于火的動(dòng)力研究關(guān)

7、于火的動(dòng)力研究” 的的論文。論文。 他通過(guò)對(duì)自己構(gòu)想的理想熱機(jī)他通過(guò)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)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)的效率只熱源之間工作，理想熱機(jī)的效率只取決與兩個(gè)熱源的溫度，工作在兩取決與兩個(gè)熱源的溫度，工作在兩個(gè)一定熱源之間的所有熱機(jī)，其效個(gè)一定熱源之間的所有熱機(jī)，其效率都超不過(guò)可逆熱機(jī)，熱機(jī)在理想率都超不過(guò)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。這狀態(tài)下也不可能達(dá)到百分之百。這就是就是卡諾定理卡諾定理。 Carnot(1796 - 1832)化工熱力學(xué)化工熱力學(xué)新鄉(xiāng)學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院緒論緒論 卡諾的論文發(fā)表后，沒(méi)有馬上引起人們的注意

8、?？ㄖZ的論文發(fā)表后，沒(méi)有馬上引起人們的注意。過(guò)了十年，法國(guó)工程師過(guò)了十年，法國(guó)工程師Benlt Paul Emile Clapeyron (1799 - 1864)把卡諾循環(huán)以解析圖的形式表示出來(lái)，把卡諾循環(huán)以解析圖的形式表示出來(lái)，并用卡諾原理研究了汽液平衡，導(dǎo)出了并用卡諾原理研究了汽液平衡，導(dǎo)出了克拉佩隆克拉佩隆方程方程?；崃W(xué)化工熱力學(xué)新鄉(xiāng)學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院緒論緒論 1 8 4 2 年 ， 德 國(guó) 醫(yī) 生年 ， 德 國(guó) 醫(yī) 生Julius Robert Mayer (1814 - 1878) 主要受病人血液顏主要受病人血液顏色在熱帶和歐洲的差異及色在熱帶和歐洲的差異及海水溫度與暴風(fēng)雨的啟發(fā)，

9、海水溫度與暴風(fēng)雨的啟發(fā)，提出了熱與機(jī)械運(yùn)動(dòng)之間提出了熱與機(jī)械運(yùn)動(dòng)之間相互轉(zhuǎn)化的思想。相互轉(zhuǎn)化的思想。 Mayer (1814 - 1878) 化工熱力學(xué)化工熱力學(xué)新鄉(xiāng)學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院緒論緒論 1847年，年， 德國(guó)物理學(xué)家德國(guó)物理學(xué)家和生物學(xué)家和生物學(xué)家 Hermann Ludwig von Helmholtz (1821 - 1894) 發(fā)表了發(fā)表了 “ 論力的守論力的守衡衡” 一文，全面論證了能量一文，全面論證了能量守衡和轉(zhuǎn)化定律。守衡和轉(zhuǎn)化定律。 Helmholtz(1821 - 1894) 化工熱力學(xué)化工熱力學(xué)新鄉(xiāng)學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院緒論緒論 1843-1848年，年，英國(guó)釀?dòng)?guó)釀酒商酒商 Jam

10、es Prescott Joule (1818 - 1889) 以確以確鑿無(wú)疑的定量實(shí)驗(yàn)結(jié)果為鑿無(wú)疑的定量實(shí)驗(yàn)結(jié)果為基礎(chǔ)，論述了能量守恒和基礎(chǔ)，論述了能量守恒和轉(zhuǎn)化定律。轉(zhuǎn)化定律。焦耳的熱功當(dāng)焦耳的熱功當(dāng)量實(shí)驗(yàn)是熱力學(xué)第一定律量實(shí)驗(yàn)是熱力學(xué)第一定律的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。 Joule (1818 - 1889) 化工熱力學(xué)化工熱力學(xué)新鄉(xiāng)學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院緒論緒論 根據(jù)熱力學(xué)第一定律熱功可以根據(jù)熱力學(xué)第一定律熱功可以按當(dāng)量轉(zhuǎn)化，而根據(jù)卡諾原理熱卻按當(dāng)量轉(zhuǎn)化，而根據(jù)卡諾原理熱卻不能全部變?yōu)楣Γ?dāng)時(shí)不少人認(rèn)為不能全部變?yōu)楣?，?dāng)時(shí)不少人認(rèn)為二者之間存在著根本性的矛盾。二者之間存在著根本性的矛盾。1850年，

11、德國(guó)物理學(xué)家年，德國(guó)物理學(xué)家Rudolf J. Clausius (1822 - 1888) 進(jìn)一步研究了進(jìn)一步研究了熱力學(xué)第一定律和克拉佩隆轉(zhuǎn)述的熱力學(xué)第一定律和克拉佩隆轉(zhuǎn)述的卡諾原理，發(fā)現(xiàn)二者并不矛盾。他卡諾原理，發(fā)現(xiàn)二者并不矛盾。他指出，指出，熱不可能獨(dú)自地、不付任何熱不可能獨(dú)自地、不付任何代價(jià)地從冷物體轉(zhuǎn)向熱物體代價(jià)地從冷物體轉(zhuǎn)向熱物體，并將，并將這個(gè)結(jié)論稱(chēng)為熱力學(xué)第二定律。這個(gè)結(jié)論稱(chēng)為熱力學(xué)第二定律。克克勞胥斯勞胥斯在在1854年給出了熱力學(xué)第二年給出了熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式，定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式，1865年提出年提出“墑墑”的概念。的概念。 Clausius (1822 - 188

12、8) 化工熱力學(xué)化工熱力學(xué)新鄉(xiāng)學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院緒論緒論 1851年，英國(guó)物理學(xué)家年，英國(guó)物理學(xué)家 Lord Kelvin (1824-1907)指出，指出，不可能從單一熱源取熱使之完全變?yōu)椴豢赡軓膯我粺嵩慈崾怪耆優(yōu)橛杏霉Χ划a(chǎn)生其他影響有用功而不產(chǎn)生其他影響。 這是熱力學(xué)第二定律這是熱力學(xué)第二定律的另一種說(shuō)法。的另一種說(shuō)法。 1853年，他年，他把能量轉(zhuǎn)化與物系的內(nèi)能聯(lián)系起來(lái)，把能量轉(zhuǎn)化與物系的內(nèi)能聯(lián)系起來(lái)，給出了熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。給出了熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式?；崃W(xué)化工熱力學(xué)新鄉(xiāng)學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院緒論緒論 1875年，年，美國(guó)耶魯大學(xué)數(shù)美國(guó)耶魯大學(xué)數(shù)學(xué)物理學(xué)教授學(xué)物理學(xué)教授 J

13、osiah Willard Gibbs發(fā)表了發(fā)表了 “論多相物質(zhì)之論多相物質(zhì)之平衡平衡” 的論文。的論文。他在熵函數(shù)他在熵函數(shù)的基礎(chǔ)上，引出了平衡的判的基礎(chǔ)上，引出了平衡的判據(jù)；提出熱力學(xué)勢(shì)的重要概據(jù)；提出熱力學(xué)勢(shì)的重要概念，用以處理多組分的多相念，用以處理多組分的多相平衡問(wèn)題；導(dǎo)出相律，得到平衡問(wèn)題；導(dǎo)出相律，得到一般條件下多相平衡的規(guī)律。一般條件下多相平衡的規(guī)律。吉布斯吉布斯的工作，把熱力學(xué)和的工作，把熱力學(xué)和化學(xué)在理論上緊密結(jié)合起來(lái)，化學(xué)在理論上緊密結(jié)合起來(lái)，奠定了化學(xué)熱力學(xué)的重要基奠定了化學(xué)熱力學(xué)的重要基礎(chǔ)。礎(chǔ)。 Gibbs (1839 - 1903) 化工熱力學(xué)化工熱力學(xué)新鄉(xiāng)學(xué)院新鄉(xiāng)

14、學(xué)院緒論緒論 熱力學(xué)基本定律反映了自然界的客觀規(guī)律熱力學(xué)基本定律反映了自然界的客觀規(guī)律,以這以這些定律為基礎(chǔ)進(jìn)行演繹、邏輯推理而得到的熱力學(xué)些定律為基礎(chǔ)進(jìn)行演繹、邏輯推理而得到的熱力學(xué)關(guān)系與結(jié)論關(guān)系與結(jié)論,顯然具有高度的普遍性、可靠性與實(shí)用顯然具有高度的普遍性、可靠性與實(shí)用性性,可以應(yīng)用于機(jī)械工程、化學(xué)、化工等各個(gè)領(lǐng)域可以應(yīng)用于機(jī)械工程、化學(xué)、化工等各個(gè)領(lǐng)域,由由此形成了化學(xué)熱力學(xué)、工程熱力學(xué)、化工熱力學(xué)等此形成了化學(xué)熱力學(xué)、工程熱力學(xué)、化工熱力學(xué)等重要的分支重要的分支。 化學(xué)熱力學(xué)化學(xué)熱力學(xué)主要討論熱化學(xué)、相平衡和化學(xué)平衡主要討論熱化學(xué)、相平衡和化學(xué)平衡理論。理論。 工程熱力學(xué)工程熱力學(xué)主要

15、研究熱能動(dòng)力裝置中工作介質(zhì)的主要研究熱能動(dòng)力裝置中工作介質(zhì)的基本熱力學(xué)性質(zhì)、各種裝置的工作過(guò)程以及提高能基本熱力學(xué)性質(zhì)、各種裝置的工作過(guò)程以及提高能量轉(zhuǎn)化效率的途徑。量轉(zhuǎn)化效率的途徑。 化工熱力學(xué)化工熱力學(xué)是以化學(xué)熱力學(xué)和工程熱力學(xué)為基礎(chǔ)，是以化學(xué)熱力學(xué)和工程熱力學(xué)為基礎(chǔ)，結(jié)合化工實(shí)際過(guò)程逐步形成的學(xué)科。結(jié)合化工實(shí)際過(guò)程逐步形成的學(xué)科。化工熱力學(xué)化工熱力學(xué)新鄉(xiāng)學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院緒論緒論1.2 化工熱力學(xué)的目的和內(nèi)容化工熱力學(xué)的目的和內(nèi)容 化工熱力學(xué)的主要任務(wù)：是以熱力學(xué)第一、化工熱力學(xué)的主要任務(wù)：是以熱力學(xué)第一、第二定律為基礎(chǔ)第二定律為基礎(chǔ),研究化工過(guò)程中各種能量的相互研究化工過(guò)程中各種能量的相互轉(zhuǎn)

16、化及其有效利用的規(guī)律轉(zhuǎn)化及其有效利用的規(guī)律,研究物質(zhì)狀態(tài)變化與物研究物質(zhì)狀態(tài)變化與物質(zhì)性質(zhì)之間的關(guān)系以及物理或化學(xué)變化達(dá)到平衡質(zhì)性質(zhì)之間的關(guān)系以及物理或化學(xué)變化達(dá)到平衡的理論極限、條件和狀態(tài)。的理論極限、條件和狀態(tài)。 化工熱力學(xué)是理論和工程實(shí)踐性都較強(qiáng)的學(xué)科?；崃W(xué)是理論和工程實(shí)踐性都較強(qiáng)的學(xué)科?；崃W(xué)化工熱力學(xué)新鄉(xiāng)學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院緒論緒論 化工熱力學(xué)所要解決的實(shí)際問(wèn)題可以歸納為三類(lèi)：化工熱力學(xué)所要解決的實(shí)際問(wèn)題可以歸納為三類(lèi)： (1) 過(guò)程進(jìn)行的可行性分析和能量的有效利用；過(guò)程進(jìn)行的可行性分析和能量的有效利用； (2) 相平衡和化學(xué)反應(yīng)平衡問(wèn)題；相平衡和化學(xué)反應(yīng)平衡問(wèn)題； (3) 測(cè)量、

17、推算與關(guān)聯(lián)熱力學(xué)性質(zhì)。測(cè)量、推算與關(guān)聯(lián)熱力學(xué)性質(zhì)。 化工熱力學(xué)化工熱力學(xué)新鄉(xiāng)學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院緒論緒論1 熱力學(xué)定律熱力學(xué)定律2 熱物理數(shù)據(jù)熱物理數(shù)據(jù)熱力學(xué)內(nèi)容：熱力學(xué)內(nèi)容：1 熱力學(xué)定律熱力學(xué)定律（1）第零定律第零定律 若系統(tǒng)若系統(tǒng)A 和和B 都與系統(tǒng)都與系統(tǒng)C 成平衡，成平衡，則系統(tǒng)則系統(tǒng)A與與B 也成熱平衡。也成熱平衡。（2）第一定律第一定律 能量守衡定律或第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)不能能量守衡定律或第一類(lèi)永動(dòng)機(jī)不能造成造成（3）第二定律第二定律 熱不能自動(dòng)地從低溫物體傳給高溫?zé)岵荒茏詣?dòng)地從低溫物體傳給高溫物體或第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)不能造成。物體或第二類(lèi)永動(dòng)機(jī)不能造成。（4）第三定律第三定律 絕對(duì)零度不可能達(dá)到原理

18、絕對(duì)零度不可能達(dá)到原理 規(guī)定規(guī)定0K 時(shí)完整晶體的熵為零時(shí)完整晶體的熵為零化工熱力學(xué)化工熱力學(xué)新鄉(xiāng)學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院緒論緒論2 熱物理數(shù)據(jù)熱物理數(shù)據(jù) a)可直接測(cè)量的可直接測(cè)量的 b)導(dǎo)出的導(dǎo)出的a) 可直接測(cè)量的可直接測(cè)量的如如 溫度、壓力、體積、溫度、壓力、體積、 熱容等熱容等b) 導(dǎo)出的導(dǎo)出的如如 焓、熵、內(nèi)能等焓、熵、內(nèi)能等化工熱力學(xué)化工熱力學(xué)新鄉(xiāng)學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院緒論緒論 化工熱力學(xué)的基本關(guān)系式包括熱力學(xué)第一定化工熱力學(xué)的基本關(guān)系式包括熱力學(xué)第一定律、熱力學(xué)第二定律、相平衡關(guān)系和化學(xué)反應(yīng)平衡律、熱力學(xué)第二定律、相平衡關(guān)系和化學(xué)反應(yīng)平衡關(guān)系。具體應(yīng)用中的難點(diǎn)包括：關(guān)系。具體應(yīng)用中的難點(diǎn)包括： 1)

19、 簡(jiǎn)化普遍的熱力學(xué)關(guān)系式以解決實(shí)際的復(fù)雜問(wèn)簡(jiǎn)化普遍的熱力學(xué)關(guān)系式以解決實(shí)際的復(fù)雜問(wèn)題；題； 2) 聯(lián)系所需要的關(guān)系式和確定求解方案；聯(lián)系所需要的關(guān)系式和確定求解方案； 3) 確定真實(shí)流體的內(nèi)能、熵和逸度等熱力學(xué)性質(zhì)確定真實(shí)流體的內(nèi)能、熵和逸度等熱力學(xué)性質(zhì)與溫度、壓力、比容和熱容等可測(cè)量參數(shù)間的關(guān)系；與溫度、壓力、比容和熱容等可測(cè)量參數(shù)間的關(guān)系； 4) 掌握熱力學(xué)圖表和方程的使用方法；掌握熱力學(xué)圖表和方程的使用方法； 5) 判斷計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。判斷計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性?；崃W(xué)化工熱力學(xué)新鄉(xiāng)學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院緒論緒論課程目標(biāo)課程目標(biāo): :1 理解化工熱力學(xué)的基本原理理解化工熱力學(xué)的基本原理 2 2 預(yù)

20、測(cè)和分析化工系統(tǒng)的性能。預(yù)測(cè)和分析化工系統(tǒng)的性能。 3 3 根據(jù)所要解決問(wèn)題的性質(zhì)，選擇和使用計(jì)算根據(jù)所要解決問(wèn)題的性質(zhì)，選擇和使用計(jì)算流體熱力學(xué)性質(zhì)的數(shù)學(xué)模型；流體熱力學(xué)性質(zhì)的數(shù)學(xué)模型； 4 4 計(jì)算化工過(guò)程的能量變化；計(jì)算化工過(guò)程的能量變化； 5 5 計(jì)算純流體和混合物的相平衡；計(jì)算純流體和混合物的相平衡； 6 6 計(jì)算氣相和液相反應(yīng)的反應(yīng)物和產(chǎn)物的平衡計(jì)算氣相和液相反應(yīng)的反應(yīng)物和產(chǎn)物的平衡組成；組成； 7 了解熱力學(xué)在化工過(guò)程中的主要實(shí)際應(yīng)用。了解熱力學(xué)在化工過(guò)程中的主要實(shí)際應(yīng)用。 化工熱力學(xué)化工熱力學(xué)新鄉(xiāng)學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院緒論緒論1.3 熱力學(xué)的研究方法熱力學(xué)的研究方法 宏觀宏觀 經(jīng)典熱力學(xué)

21、經(jīng)典熱力學(xué) 微觀微觀 統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)統(tǒng)計(jì)熱力學(xué) 經(jīng)典熱力學(xué)只研究宏觀量（溫度、壓力、密度經(jīng)典熱力學(xué)只研究宏觀量（溫度、壓力、密度等）間的關(guān)系。等）間的關(guān)系。 但是宏觀性質(zhì)與分子有關(guān)；溫度與分子運(yùn)動(dòng)有但是宏觀性質(zhì)與分子有關(guān)；溫度與分子運(yùn)動(dòng)有關(guān)；密度與分子間相互作用有關(guān)。關(guān)；密度與分子間相互作用有關(guān)?；崃W(xué)化工熱力學(xué)新鄉(xiāng)學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院緒論緒論1.4 幾個(gè)熱力學(xué)名詞幾個(gè)熱力學(xué)名詞（1 1）系統(tǒng)與環(huán)境）系統(tǒng)與環(huán)境 物質(zhì)與能量的交換物質(zhì)與能量的交換封閉系統(tǒng)封閉系統(tǒng): : 體系與環(huán)境之間只有能量交換，沒(méi)有物質(zhì)體系與環(huán)境之間只有能量交換，沒(méi)有物質(zhì)交換的體系交換的體系敞開(kāi)系統(tǒng)敞開(kāi)系統(tǒng): : 體系與環(huán)境之間既有物

22、質(zhì)交換，也有能量體系與環(huán)境之間既有物質(zhì)交換，也有能量交換的體系交換的體系孤立系統(tǒng)孤立系統(tǒng): : 體系與環(huán)境之間沒(méi)有物質(zhì)交換，也沒(méi)有能體系與環(huán)境之間沒(méi)有物質(zhì)交換，也沒(méi)有能量交換的體系量交換的體系化工熱力學(xué)化工熱力學(xué)新鄉(xiāng)學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院緒論緒論（2 2）熱力學(xué)性質(zhì)）熱力學(xué)性質(zhì)強(qiáng)度性質(zhì)強(qiáng)度性質(zhì)：與系統(tǒng)的物質(zhì)量無(wú)關(guān)的性質(zhì)，如系統(tǒng)的：與系統(tǒng)的物質(zhì)量無(wú)關(guān)的性質(zhì)，如系統(tǒng)的溫度溫度T T、壓力、壓力P P等。等。容量性質(zhì)容量性質(zhì)：與系統(tǒng)中物質(zhì)量的多少有關(guān)的性質(zhì)如系：與系統(tǒng)中物質(zhì)量的多少有關(guān)的性質(zhì)如系統(tǒng)的總體積統(tǒng)的總體積VtVt、總內(nèi)能、總內(nèi)能UtUt等。等。注意注意：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的：?jiǎn)挝毁|(zhì)量的容量性質(zhì)即為強(qiáng)度性質(zhì)容量

23、性質(zhì)即為強(qiáng)度性質(zhì) 系統(tǒng)的狀態(tài)是由系統(tǒng)的強(qiáng)度性質(zhì)所決定的。系統(tǒng)的狀態(tài)是由系統(tǒng)的強(qiáng)度性質(zhì)所決定的。將確定系統(tǒng)所需要的強(qiáng)度性質(zhì)稱(chēng)為將確定系統(tǒng)所需要的強(qiáng)度性質(zhì)稱(chēng)為獨(dú)立變量獨(dú)立變量，其，其數(shù)目可從相律計(jì)算。數(shù)目可從相律計(jì)算?；崃W(xué)化工熱力學(xué)新鄉(xiāng)學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院緒論緒論（3）平衡狀態(tài)）平衡狀態(tài) 平衡狀態(tài)：平衡狀態(tài)：是一種靜止?fàn)顟B(tài)，系統(tǒng)與環(huán)境之間凈是一種靜止?fàn)顟B(tài)，系統(tǒng)與環(huán)境之間凈流（物質(zhì)和能量）為零。流（物質(zhì)和能量）為零。 平衡狀態(tài)的定量描述平衡狀態(tài)的定量描述是本教材的重要內(nèi)容。是本教材的重要內(nèi)容。 均相系統(tǒng)的平衡狀態(tài)較為簡(jiǎn)單，而非均相系統(tǒng)的均相系統(tǒng)的平衡狀態(tài)較為簡(jiǎn)單，而非均相系統(tǒng)的平衡狀態(tài)首先表現(xiàn)為各相之

24、間的相平衡。平衡狀態(tài)首先表現(xiàn)為各相之間的相平衡?；崃W(xué)化工熱力學(xué)新鄉(xiāng)學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院緒論緒論（4 4）熱力學(xué)過(guò)程）熱力學(xué)過(guò)程 系統(tǒng)的變化總是從一個(gè)平衡狀態(tài)到另一個(gè)平衡狀系統(tǒng)的變化總是從一個(gè)平衡狀態(tài)到另一個(gè)平衡狀態(tài)，這種變化稱(chēng)為態(tài)，這種變化稱(chēng)為熱力學(xué)過(guò)程熱力學(xué)過(guò)程。 熱力學(xué)過(guò)程可以不加任何限制，也可以使其按某熱力學(xué)過(guò)程可以不加任何限制，也可以使其按某一預(yù)先指定的路徑進(jìn)行，常見(jiàn)的熱力學(xué)過(guò)程主要有：一預(yù)先指定的路徑進(jìn)行，常見(jiàn)的熱力學(xué)過(guò)程主要有：等溫過(guò)程等溫過(guò)程、等壓過(guò)程等壓過(guò)程、等容過(guò)程等容過(guò)程、等焓過(guò)程等焓過(guò)程、等熵過(guò)等熵過(guò)程程、絕熱過(guò)程絕熱過(guò)程、可逆過(guò)程可逆過(guò)程等，也可以是它們的組合。等，也可以

25、是它們的組合。按可逆程度分：可逆過(guò)程、不可逆過(guò)程按可逆程度分：可逆過(guò)程、不可逆過(guò)程化工熱力學(xué)化工熱力學(xué)新鄉(xiāng)學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院緒論緒論 可逆過(guò)程可逆過(guò)程：當(dāng)體系完成某一過(guò)程后，如果使過(guò)程：當(dāng)體系完成某一過(guò)程后，如果使過(guò)程逆行而能使過(guò)程中所涉及的一切（體系和環(huán)境）恢復(fù)逆行而能使過(guò)程中所涉及的一切（體系和環(huán)境）恢復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)。到原來(lái)的狀態(tài)。 可逆過(guò)程可逆過(guò)程是系統(tǒng)經(jīng)過(guò)一系列平衡狀態(tài)所完成的，是系統(tǒng)經(jīng)過(guò)一系列平衡狀態(tài)所完成的，其功耗與沿同路徑逆向完成該過(guò)程所獲得的功是等量其功耗與沿同路徑逆向完成該過(guò)程所獲得的功是等量的。的。 實(shí)際過(guò)程都是不可逆過(guò)程?？赡孢^(guò)程是實(shí)際過(guò)程實(shí)際過(guò)程都是不可逆過(guò)程?？赡孢^(guò)程是實(shí)際

26、過(guò)程的的理想極限理想極限。凡自然發(fā)生的過(guò)程均是不可逆過(guò)程。凡自然發(fā)生的過(guò)程均是不可逆過(guò)程。化工熱力學(xué)化工熱力學(xué)新鄉(xiāng)學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院緒論緒論（5）循環(huán)）循環(huán)熱力學(xué)循環(huán)：熱力學(xué)循環(huán)：是指系統(tǒng)經(jīng)過(guò)某些過(guò)程后，又回到了初是指系統(tǒng)經(jīng)過(guò)某些過(guò)程后，又回到了初態(tài)。如卡諾循環(huán)是理想的熱功轉(zhuǎn)化循環(huán)，工業(yè)上涉及態(tài)。如卡諾循環(huán)是理想的熱功轉(zhuǎn)化循環(huán)，工業(yè)上涉及熱功轉(zhuǎn)換的制冷循環(huán)、動(dòng)力循環(huán)等具有實(shí)際意義。熱功轉(zhuǎn)換的制冷循環(huán)、動(dòng)力循環(huán)等具有實(shí)際意義。 本課程中將對(duì)重要的熱力學(xué)循環(huán)進(jìn)行定量分析。本課程中將對(duì)重要的熱力學(xué)循環(huán)進(jìn)行定量分析。正向循環(huán)：熱正向循環(huán)：熱 功功 逆向循環(huán)：制冷循環(huán)逆向循環(huán)：制冷循環(huán)注意：注意：a：實(shí)際上不

27、存在：實(shí)際上不存在b: 不是任何過(guò)程都可以視為可逆過(guò)程不是任何過(guò)程都可以視為可逆過(guò)程c: 由一系列的平衡狀態(tài)構(gòu)成由一系列的平衡狀態(tài)構(gòu)成化工熱力學(xué)化工熱力學(xué)新鄉(xiāng)學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院緒論緒論（6）狀態(tài)函數(shù)與過(guò)程函數(shù)）狀態(tài)函數(shù)與過(guò)程函數(shù)狀態(tài)函數(shù)：狀態(tài)函數(shù)：與系統(tǒng)狀態(tài)變化的途徑無(wú)關(guān)，僅取決于初與系統(tǒng)狀態(tài)變化的途徑無(wú)關(guān)，僅取決于初態(tài)和終態(tài)。態(tài)和終態(tài)。 狀態(tài)函數(shù)與系統(tǒng)變化途徑無(wú)關(guān)的特性對(duì)系統(tǒng)性質(zhì)狀態(tài)函數(shù)與系統(tǒng)變化途徑無(wú)關(guān)的特性對(duì)系統(tǒng)性質(zhì)變化的計(jì)算很有意義。變化的計(jì)算很有意義?；崃W(xué)化工熱力學(xué)新鄉(xiāng)學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院緒論緒論（7）溫度和熱力學(xué)第零定律）溫度和熱力學(xué)第零定律絕對(duì)溫標(biāo)絕對(duì)溫標(biāo)T(K)：指水的三相點(diǎn)為基本定點(diǎn)

28、。：指水的三相點(diǎn)為基本定點(diǎn)。溫度溫度熱力學(xué)第零定律熱力學(xué)第零定律 熱平衡現(xiàn)象熱平衡現(xiàn)象溫標(biāo)溫標(biāo)攝氏溫標(biāo)和絕對(duì)溫標(biāo)的關(guān)系：攝氏溫標(biāo)和絕對(duì)溫標(biāo)的關(guān)系：t()=T(K)-273.15攝氏溫標(biāo)和華氏溫標(biāo)的關(guān)系攝氏溫標(biāo)和華氏溫標(biāo)的關(guān)系: t()=5/9(t -273.15) 華華氏溫標(biāo)和蘭氏溫標(biāo)的關(guān)系：氏溫標(biāo)和蘭氏溫標(biāo)的關(guān)系： t = tR-459.67化工熱力學(xué)化工熱力學(xué)新鄉(xiāng)學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院緒論緒論（8）熱和功）熱和功熱（熱（Q）: 通過(guò)體系的邊界，體系與環(huán)境（體系與體通過(guò)體系的邊界，體系與環(huán)境（體系與體系之間）通過(guò)溫差而傳遞的能量。系之間）通過(guò)溫差而傳遞的能量。注意：注意： a) 不能把熱看成儲(chǔ)存在物體

29、內(nèi)的能量不能把熱看成儲(chǔ)存在物體內(nèi)的能量 b) 熱不是狀態(tài)函數(shù)熱不是狀態(tài)函數(shù) c) 按照習(xí)慣，體系吸熱為正，放熱為負(fù)。按照習(xí)慣，體系吸熱為正，放熱為負(fù)?；崃W(xué)化工熱力學(xué)新鄉(xiāng)學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院緒論緒論功（功（W）: 由于溫差以外的位差所引起的體系與環(huán)境由于溫差以外的位差所引起的體系與環(huán)境（體系與體系之間）傳遞的能量。（體系與體系之間）傳遞的能量。注意：注意： a) 功不是狀態(tài)函數(shù)功不是狀態(tài)函數(shù) b) 按照習(xí)慣，體系對(duì)環(huán)境作功為負(fù)，環(huán)境按照習(xí)慣，體系對(duì)環(huán)境作功為負(fù)，環(huán)境 對(duì)對(duì)體系作功為正。體系作功為正?；崃W(xué)化工熱力學(xué)新鄉(xiāng)學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院緒論緒論功的通用表達(dá)式：功的通用表達(dá)式：iiWYdX式中式中 Y

30、i 普遍化力普遍化力 dXi 普遍化位移普遍化位移熱力學(xué)中用到的體積功，表達(dá)式為熱力學(xué)中用到的體積功，表達(dá)式為式中式中 P 體系的壓力；體系的壓力； V 體系的體積。體系的體積。WpdV 化工熱力學(xué)化工熱力學(xué)新鄉(xiāng)學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院緒論緒論（9）熱力學(xué)能）熱力學(xué)能熱力學(xué)能：熱力學(xué)能：也稱(chēng)為內(nèi)能，是指一個(gè)其值只取決于系統(tǒng)也稱(chēng)為內(nèi)能，是指一個(gè)其值只取決于系統(tǒng)的始末狀態(tài)，且反映系統(tǒng)內(nèi)部能量的函數(shù)。的始末狀態(tài)，且反映系統(tǒng)內(nèi)部能量的函數(shù)。 若始態(tài)時(shí)系統(tǒng)的熱力學(xué)能值為若始態(tài)時(shí)系統(tǒng)的熱力學(xué)能值為U1，末態(tài)時(shí)熱力學(xué)，末態(tài)時(shí)熱力學(xué)能值為能值為U2 ，則在絕熱情況下，則在絕熱情況下210QUUUW0QW絕熱過(guò)程中的功絕熱

31、過(guò)程中的功化工熱力學(xué)化工熱力學(xué)新鄉(xiāng)學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院緒論緒論 由（由（8）和（）和（9）可得：系統(tǒng)從同樣始態(tài)達(dá)到同樣的）可得：系統(tǒng)從同樣始態(tài)達(dá)到同樣的末態(tài)，既可以通過(guò)絕熱過(guò)程與環(huán)境交換功，又可通過(guò)無(wú)末態(tài)，既可以通過(guò)絕熱過(guò)程與環(huán)境交換功，又可通過(guò)無(wú)功過(guò)程與環(huán)境交換熱來(lái)實(shí)現(xiàn)，而且兩者在數(shù)值上相等。功過(guò)程與環(huán)境交換熱來(lái)實(shí)現(xiàn)，而且兩者在數(shù)值上相等。210QUUUW210WUUUQ（10）焓）焓系統(tǒng)的焓等于系統(tǒng)的熱力學(xué)能與系統(tǒng)的壓力體積乘積系統(tǒng)的焓等于系統(tǒng)的熱力學(xué)能與系統(tǒng)的壓力體積乘積之和。之和。HUpV化工熱力學(xué)化工熱力學(xué)新鄉(xiāng)學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院緒論緒論熱力學(xué)基本量綱熱力學(xué)基本量綱關(guān)于熱力學(xué)關(guān)于熱力學(xué)SI（Inte

32、rnational System of Units) Time , t-second, s Length, l-meter, m Mass, m-kilogram, Kg Force, F-newton,N (F=ma) Temperature,T-Kelvin tem., K (temperature,t- Celsius tem., Fahrenheit tem., ) 化工熱力學(xué)化工熱力學(xué)新鄉(xiāng)學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院緒論緒論體積體積, V-volume, m3 (或或l, ml)壓力，壓力，p-absolute pressure, MPa (atm,)能量，能量，E-energy, Joule, J(Nm)化工熱力學(xué)化工熱力學(xué)新鄉(xiāng)學(xué)院新鄉(xiāng)學(xué)院緒論緒論習(xí)題：習(xí)題：1. 一個(gè)絕熱剛性容器，總體積為一個(gè)絕熱剛性容器，總體積為Vt，溫度為，溫度為T(mén)，被一，被一個(gè)體積可以忽略的隔板分為個(gè)體積可以忽略的隔板分