C1 化工熱力學(xué)緒論

化工熱力學(xué)ChemicalEngineeringThermodynamics韓陳電話Q：273602086第一章緒論1.1

課程學(xué)習(xí)目的1.2

化工熱力學(xué)的作用1.3

化工熱力學(xué)的研究?jī)?nèi)容和研究方法1.4

如何學(xué)好化工熱力學(xué)將熱力學(xué)基本理論應(yīng)用于化工過程，在解決具體問題的過程中逐步形成的一門實(shí)用的工程學(xué)科。在物理化學(xué)課程學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上，運(yùn)用熱力學(xué)基本原理完成過程熱力學(xué)分析和流體相平衡計(jì)算。本科化工專業(yè)的核心課程之一！1.1

課程學(xué)習(xí)目的以熱力學(xué)基本定律為基礎(chǔ)，研究化工過程中能量的相互轉(zhuǎn)換和有效利用的規(guī)律，認(rèn)識(shí)物質(zhì)狀態(tài)變化和物質(zhì)性質(zhì)之間的函數(shù)關(guān)系，計(jì)算化工過程中達(dá)到平衡的理論極限、條件和狀態(tài)。明確化工熱力學(xué)研究的對(duì)象，掌握化工熱力學(xué)研究與處理問題的方法，認(rèn)識(shí)其在化學(xué)工程學(xué)科中的重要地位及其在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用?；崃W(xué)在化學(xué)工程學(xué)科中的地位表面張力計(jì)算密度計(jì)算導(dǎo)熱系數(shù)計(jì)算粘度計(jì)算焓的計(jì)算第一級(jí)物性常數(shù)和熱力學(xué)性質(zhì)計(jì)算化工熱力學(xué)第二級(jí)平衡計(jì)算物性學(xué)和熱力學(xué)相平衡計(jì)算化學(xué)反應(yīng)平衡計(jì)算物料平衡計(jì)算熱量平衡計(jì)算熵平衡計(jì)算第三級(jí)三傳一反反應(yīng)速率計(jì)算傳質(zhì)計(jì)算傳熱計(jì)算流體傳輸計(jì)算三傳和反應(yīng)工程第四級(jí)設(shè)備計(jì)算吸收塔計(jì)算反應(yīng)器計(jì)算換熱器計(jì)算蒸餾塔計(jì)算設(shè)備模型化第五級(jí)流程配置吸收系統(tǒng)模擬反應(yīng)系統(tǒng)模擬蒸餾系統(tǒng)模擬化工模擬系統(tǒng)全流程的最優(yōu)化設(shè)計(jì)和控制第六級(jí)過程發(fā)展1.2

化工熱力學(xué)的作用煉油化工一體化生產(chǎn)系統(tǒng)-----聯(lián)產(chǎn)油品、化工產(chǎn)品、能源原油輕石腦油煉廠氣燃料油苯二甲苯噴氣燃料柴油環(huán)己烷聚酯汽油聚丙烯聚乙烯彈性體聚苯乙烯電力聯(lián)產(chǎn)發(fā)電

裂解爐芳烴抽提

丙烯

乙烯

丁二烯苯乙烯重油催化裂化連續(xù)重整重整汽油常減壓蒸餾工藝流程選擇？涉及：工藝操作參數(shù)設(shè)定？平衡計(jì)算？設(shè)備選型？系統(tǒng)設(shè)計(jì)？化工過程研究、開發(fā)及設(shè)計(jì)的重要理論和工程基礎(chǔ)！1)物性數(shù)據(jù)的測(cè)定、關(guān)聯(lián)和預(yù)測(cè)物性參數(shù)的測(cè)定和估算是基礎(chǔ)

化學(xué)工程師要處理大量的物質(zhì)，100萬種無機(jī)物，400萬種有機(jī)物?，F(xiàn)已研究得十分透徹的元素和化合物只有100余種。理論計(jì)算、實(shí)驗(yàn)測(cè)定、半理論半經(jīng)驗(yàn)的估算方法。研究方法:2)

化工過程的能量衡算和物料衡算

物料衡算和熱量衡算是化工過程和生產(chǎn)裝置研究開發(fā)和設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。有了進(jìn)、出設(shè)備物料的數(shù)量、組成、溫度、壓力，可以求得設(shè)

備中的傳熱量、傳質(zhì)量或反應(yīng)量。

確定生產(chǎn)過程中所需設(shè)備的尺寸和臺(tái)數(shù)（如換熱面積等）分析設(shè)計(jì)方案、操作條件和改進(jìn)工藝設(shè)備時(shí)，常以物料、熱量

衡算為依據(jù)?，F(xiàn)計(jì)劃采用乙烯為原料關(guān)鍵：能否用價(jià)廉易得的乙烯代替丙烯作為原料？例如：丙烯酸的生產(chǎn)路線選擇原路線采用丙烯氧化：首先，可以運(yùn)用熱力學(xué)知識(shí)來判斷：如此可以避免或少走彎路，極大節(jié)省人力、物力和時(shí)間！反應(yīng)能否進(jìn)行，進(jìn)行到什么程度，有無工業(yè)價(jià)值？即ΔG是否小于0；若可能進(jìn)行，再研究尋找適宜的反應(yīng)條件、催化劑等，即動(dòng)力學(xué)考慮。3）判斷過程進(jìn)行的方向和限度建立在熱力學(xué)第二定律上的一些熱力學(xué)狀態(tài)函數(shù)（S、G等）可以判定過程進(jìn)行方向、確定平衡狀態(tài)。

在化工單元操作及反應(yīng)器設(shè)計(jì)中，平衡狀態(tài)的確定、平衡組成的計(jì)算、多組元相平衡數(shù)據(jù)的求取均是不可少的內(nèi)容。4)

是資源利用與解決環(huán)境問題的基礎(chǔ)

資源、能源短缺和有效利用

水的臨界壓力：221.2

atm，374.15

℃

亞臨界：170atm,

535

℃

超臨界：240atm,

560℃

超超臨界：300atm,

600℃熱效率提高1.2%，一年就可節(jié)約6000噸優(yōu)質(zhì)煤火力發(fā)電機(jī)組參數(shù)變化運(yùn)用熱力學(xué)理論指導(dǎo)，優(yōu)化系統(tǒng)及操作參數(shù)新型制冷劑（Freons-134A、Freons-152A等）的開發(fā)生產(chǎn)和物性數(shù)據(jù)的測(cè)定和使用性能的評(píng)價(jià)大氣污染物二氧化硫和二氧化碳的回收治理過程中離不開吸收、吸附平衡數(shù)據(jù)的測(cè)定生產(chǎn)工藝和裝置節(jié)能需要有效能的計(jì)算和評(píng)價(jià)等環(huán)境問題：溫室氣體效應(yīng)、大氣臭氧層的破壞和水資源的污染1.3

研究?jī)?nèi)容及研究方法 四大部分內(nèi)容模型設(shè)計(jì)相平衡化學(xué)反應(yīng)平衡過程熱力學(xué)分析熱力學(xué)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)PVT，CP，CV應(yīng)用部分理論部分原理是基礎(chǔ)，應(yīng)用是目的，模型則是應(yīng)用中不可缺少的工具。“原理—模型—應(yīng)用”

化工工程的“三要素”熱力學(xué)原理第一定律應(yīng)用到系統(tǒng)與環(huán)境間既有能量交換，又有物質(zhì)交換的敞開系統(tǒng)中，如精餾（蒸餾）、吸收、萃取等化工單元操作過程。在化學(xué)反應(yīng)過程、壓縮冷凍循環(huán)熱力等過程中，計(jì)算過程進(jìn)行時(shí)熱與功的數(shù)量。熱力學(xué)第二定律應(yīng)用到化工傳質(zhì)分離過程中，可以確定相平衡的條件、平衡各相的組成；在化學(xué)反應(yīng)工程中，研究過程的工藝條件對(duì)平衡轉(zhuǎn)化率的影響，選擇最佳工藝條件；在化工過程的熱力學(xué)分析中，可以確定能量損耗的數(shù)量、分布及其原因，提高能量的利用率。研究方法：統(tǒng)計(jì)熱力學(xué)從微觀角度，將經(jīng)典熱力學(xué)、統(tǒng)計(jì)物理、量子力學(xué)及有限的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)合起來，通過建立數(shù)學(xué)模型、擬合模型參數(shù)，對(duì)實(shí)際系統(tǒng)熱力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行計(jì)算與預(yù)測(cè)。經(jīng)典熱力學(xué)建立在熱力學(xué)第一、第二定律基礎(chǔ)上，是人類大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，是自然界和人類各種活動(dòng)中的普遍規(guī)律。所給出的結(jié)論是宏觀性質(zhì)間的關(guān)系，具有普遍的意義。熱力學(xué)演繹方法：熱力學(xué)的基本方法以熱力學(xué)基本定律作為出發(fā)點(diǎn)從熱力學(xué)基本定律出發(fā)，運(yùn)用演繹推理方法，就有可能得到適用于相變化和化學(xué)變化的具體規(guī)律。以數(shù)學(xué)作為工具和手段

熱力學(xué)基本定律表達(dá)的方程或不等式具有普遍規(guī)律，針對(duì)各類具體問題時(shí)，需對(duì)這些方程、不等式中相關(guān)物理量代入特定的形式(或確定性質(zhì))，經(jīng)過數(shù)學(xué)演繹，可得到適用于某類問題的結(jié)論。理想化方法：熱力學(xué)的重要方法過程的理想化：“可逆過程”兩個(gè)理想化模型：理想氣體和理想溶液在一定條件下，代替真實(shí)系統(tǒng)，以保證熱力學(xué)演繹推理的簡(jiǎn)潔易行和目的明確。在理想條件下得到的許多結(jié)論，可作為某些特定條件下實(shí)際問題的近似處理。理想系統(tǒng)對(duì)真實(shí)系統(tǒng)的研究起到橋梁和紐帶的作用。理想氣體的化學(xué)位

真實(shí)氣體化學(xué)位

狀態(tài)函數(shù)法：熱力學(xué)的獨(dú)特方法能量轉(zhuǎn)換以狀態(tài)函數(shù)與過程函數(shù)關(guān)系式給出——熱一律

過程的方向和限度以狀態(tài)函數(shù)變化形式給出——熱二律可利用物質(zhì)的可測(cè)熱力學(xué)性質(zhì)數(shù)據(jù)，計(jì)算一些實(shí)際難測(cè)而需要的數(shù)據(jù)；對(duì)不可逆過程的狀態(tài)函數(shù)變化，按易于計(jì)算的可逆過程狀態(tài)函數(shù)變化進(jìn)行?；崃W(xué)的研究對(duì)象：客觀物質(zhì)世界的實(shí)際系統(tǒng)，具有高度的非理想性（非理想氣體與非理想溶液）

基本概念數(shù)學(xué)模型+=應(yīng)用內(nèi)涵

+

外延{思維對(duì)象的本質(zhì)屬性

思維對(duì)象的范圍(即概念的適用范圍)1.4

如何學(xué)好化工熱力學(xué)反映實(shí)際系統(tǒng)特殊性的抽象模型課程學(xué)習(xí)的主線:Gibbs函數(shù)(G函數(shù))反映真實(shí)氣體與理想氣體性質(zhì)差異，稱之為剩余Gibbs函數(shù)反映真實(shí)溶液和理想溶液性質(zhì)差異,稱為過量Gibbs函數(shù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的熱力學(xué)一致性檢驗(yàn)相平衡和化學(xué)平衡有效能的綜合利用：理想功與有效能也是一種Gi