化工熱力學(xué)第一章課件

化工熱力學(xué)第一章課件第1頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一苯乙烯正常沸點(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-克拉佩隆方程第2頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一教材和參考書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)出版社第3頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一4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教材和參考書第4頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一學(xué)術(shù)委員會(huì)：

馬沛生天津大學(xué)汪文川北京化工大學(xué)陳鐘秀浙江大學(xué)陸小華南京工業(yè)大學(xué)劉洪來華東理工大學(xué)蔣登高鄭州大學(xué)王延吉河北工業(yè)大學(xué)陳新志浙江大學(xué)任保增鄭州大學(xué)鄭丹星北京化工大學(xué)于養(yǎng)信清華大學(xué)張乃文大連理工大學(xué)董新法華南理工大學(xué)郭緒強(qiáng)中國石油大學(xué)（北京）陳光進(jìn)中國石油大學(xué)（北京）

化工熱力學(xué)專家：第5頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一

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)算第6頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一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)的重要性第7頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一流體性質(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。第8頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一

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。第9頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一

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。第10頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一

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。

第11頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一

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。第12頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一

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)

第13頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一

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。第14頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一

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。

第15頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一

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)。第16頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一工程熱力學(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?；瘜W(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）第17頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一化工熱力學(xué)：三個(gè)“E”Energy

四個(gè)“E”

EntropyEquilibrium

Chemical

Engineering研究化工生產(chǎn)中Energy

EntropyEquilibrium

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。第18頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一2.

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第19頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一以能量相互轉(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，第20頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一§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(cè)的熱力學(xué)量及其相互關(guān)系推算不可測(cè)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(cè)量，但可通過能直接測(cè)量的PVT關(guān)系和Cp等性質(zhì)來計(jì)算焓變。第21頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一

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)第22頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一過程(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23頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一第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(cè)，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)分析火用分析法第24頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一化工熱力學(xué)三要素

模型

EOS和gi

應(yīng)用

封閉體系

流動(dòng)體系

熱力學(xué)原理

Chap2、3、4

Chap2、7

Chap3、4、5、6

基礎(chǔ)目的應(yīng)用中不可缺工具第25頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一§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。。第26頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一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(cè)（P、T、V、x、Cp）難測(cè)（S、H、G）需要模型第27頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一（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：Ф（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)方法建立模型第28頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一§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)容第29頁，共31頁，2023年，2月20日，星期一化工熱力學(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+校正”的處理問題的方法。4.注意準(zhǔn)確理解熱