化工熱力學(xué)-第1章-緒論-馮新-75

化工熱力學(xué)-第1章-緒論-馮新-75第一頁，共75頁。國家和全球關(guān)心的問題和諧社會節(jié)能減排氣候變化越來越看得見、摸得著CO2排放與氣候變化之間的關(guān)系“低碳經(jīng)濟(jì)”低能耗——能量的最大利用低污染——物質(zhì)的最大利用誰主沉?。?/p>

2第二頁，共75頁。減排交易

全球CO2排放指標(biāo)交易行情大幅上漲！每16美元/噸。重慶企業(yè)1200萬噸廢氣指標(biāo)賣了10億元。28個簽約項目包括煤礦瓦斯利用、冶金高（焦）煤氣發(fā)電、化工余熱余氣利用、垃圾填埋氣發(fā)電、小火電減排。江蘇梅蘭化工股份有限公司和常熟三愛富中昊化工新材料有限公司的溫室氣體減排交易，是迄今為止最大的單筆企業(yè)配額交易，交易金額高達(dá)10.2億美元。

3第三頁，共75頁。化學(xué)工程能做什么？化學(xué)工程的主要目標(biāo)就是使化學(xué)家實驗室做出來的化學(xué)反應(yīng)商品化！

10項頂尖成果（1983年，AIChE）1.合成橡膠（1983年，220億磅/年。二戰(zhàn)期間，及時解救了天然橡膠匱乏的困境。）2.抗生素：1918年流感奪走了全世界2000萬人的生命。化學(xué)工程使青霉素的年產(chǎn)量高達(dá)百萬磅。3.聚合物：塑料在很多應(yīng)用場合能取代木頭、金屬和玻璃。4第四頁，共75頁?；瘜W(xué)工程能做什么？4.合成纖維。5.低溫空分生成O2

和N2。6.核同位素的分離。7.原油的催化裂解：制備高辛烷值燃料的能力在英國戰(zhàn)役和二次世界大戰(zhàn)中是一決定性因素。8.污染的控制。9.肥料尤其是合成氨：新肥料改進(jìn)了農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)力并幫助養(yǎng)活了全世界。10.生物醫(yī)學(xué)工程。5第五頁，共75頁?！吧钐幪幗曰ぁ?/p>

不論是人們的衣、食、住、行，還是現(xiàn)代的高科技產(chǎn)品，都有化學(xué)工程的影子，真可謂“生活處處皆化工”。在美國和德國，化學(xué)工業(yè)都是第二大經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)。從我國“十五”統(tǒng)計情況看，國民經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值的1/6是由化學(xué)工業(yè)提供的。6第六頁，共75頁。中國對環(huán)境的要求越來越高，包括水資源、固體廢棄物等等，都需要化學(xué)工業(yè)作為支撐，需要化工提供新材料、新能源、新資源，為國家的發(fā)展和人們的生活提供服務(wù)。我國“十一五”規(guī)劃中提出了兩個指標(biāo)：單位GDP的能耗降低20%，廢棄物排放減少10%，要實現(xiàn)這兩個指標(biāo)，就要高效、節(jié)能、綠色。這對化學(xué)工業(yè)的研究、生產(chǎn)提出了更高的要求，由此也可以看出化學(xué)工業(yè)的重要性?；瘜W(xué)工程的作用7第七頁，共75頁。ChemicalEngineeringis

apowerfulhorsethatexploresandclaimsnewterritories8第八頁，共75頁?；瘜W(xué)工程化學(xué)工程是以化學(xué)、物理、生物、數(shù)學(xué)的基本原理作為基礎(chǔ)，研究物質(zhì)轉(zhuǎn)化、物質(zhì)形態(tài)和物質(zhì)組成的一門工程科學(xué)。它是將知識轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力、為社會創(chuàng)造價值、為社會服務(wù)的一門核心科學(xué)。化學(xué)工業(yè)的核心是：通過化學(xué)反應(yīng)或者生物反應(yīng)，實現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)化；通過化學(xué)工程的過程工業(yè)實現(xiàn)產(chǎn)品提純和產(chǎn)品形態(tài)的加工?；瘜W(xué)工程服務(wù)面很廣——生物、醫(yī)藥、材料、環(huán)境、石油、化工等諸多領(lǐng)域；同時又對基礎(chǔ)知識要求很寬的專業(yè)學(xué)科、工程學(xué)科。

意義:

最合理地利用能源和資源、保護(hù)生態(tài)環(huán)境和人類健康，為人們幸福生活而服務(wù)！9第九頁，共75頁?！?1世紀(jì)多數(shù)工業(yè)中，化學(xué)工程扮演著戰(zhàn)略角色，具有很大的發(fā)展空間”海水淡化飲用水凈化處理城市廢水資源化

化學(xué)工程能源水資源傳統(tǒng)工業(yè)生態(tài)環(huán)境制藥食品化工與石化電子冶金天然氣生物質(zhì)利用燃料電池除塵CO2

控制潔凈燃燒10第十頁，共75頁。熱愛你的專業(yè)吧！“ChemicalEngineeringcandoeverything!”11第十一頁，共75頁。我們的新教材

馮新，宣愛國，周彩榮，田永淑，龍小柱.《化工熱力學(xué)》，北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.12第十二頁，共75頁?；崃W(xué)課程內(nèi)容第一章緒論（2學(xué)時）第二章流體的p-V-T關(guān)系和狀態(tài)方程（6學(xué)時）第三章純流體的熱力學(xué)性質(zhì)計算

（6學(xué)時）第四章溶液熱力學(xué)性質(zhì)的計算

（13學(xué)時）第五章相平衡（12學(xué)時）第六章化工過程能量分析（10學(xué)時）第七章壓縮、膨脹、動力循環(huán)與制冷循環(huán)

（7學(xué)時）13第十三頁，共75頁。第一章

緒論14第十四頁，共75頁。關(guān)于化工熱力學(xué)課程化工熱力學(xué)課程是化學(xué)工程專業(yè)最重要的課程之一。是國內(nèi)外化學(xué)工程專業(yè)本科生（化工熱力學(xué)I）和研究生（化工熱力學(xué)II）必修課程。是一門訓(xùn)練邏輯思維和演繹能力的課程。是一門培養(yǎng)節(jié)約資源、合理利用能源觀點的課程?；崃W(xué)是“焓焓”糊糊“熵”腦筋的課程。學(xué)時56。15第十五頁，共75頁。化工熱力學(xué)到底能干什么？16第十六頁，共75頁。1、冰箱的工作原理與空調(diào)是否相同？夏天打開冰箱門是否能當(dāng)空調(diào)？(鏈接)2、如果用空氣作為潛水員在海底的呼吸介質(zhì)，為何會出現(xiàn)類似麻醉現(xiàn)象？3、為什么無水酒精的價格是95%酒精的二倍？主要是哪一部分的成本提高了？4、液化石油氣的主要成分為何是丙烷、丁烷和少量的戊烷，而不是甲烷或已烷？Why？?Why？?Why？?Why？?Why？?繼續(xù)第十七頁，共75頁。繼續(xù)蒸發(fā)盤管冷凍室冷凝盤管壓縮機(jī)毛細(xì)管單級蒸汽壓縮制冷高溫環(huán)境低溫冷室蒸發(fā)器冷凝器第十八頁，共75頁。單級蒸汽壓縮制冷空調(diào)返回第十九頁，共75頁。5、為何從天然植物中提取香精、色素等有效成分常用超臨界萃取技術(shù)？萃取劑為何常選CO２？6、為何在高度污染的河流中的魚體內(nèi)PCB雖未過量，但魚肝中卻大大超量。7、精餾塔的設(shè)計主要依據(jù)是什么？8、如何節(jié)能減排？依據(jù)是什么？Why？?Why？?Why？?Why？?Why？?全世界不可再生化石燃料的消耗占90%。中國50%的能源需要進(jìn)口。中國人均能源消費不到世界平均水平的50%

。中國的能源利用率僅是世界平均水平的50%

?；な呛哪艽髴?，僅次于冶金。第二十頁，共75頁。降低資源消耗2003年，中國消耗了全球總產(chǎn)量30%的主要能源和原材料，創(chuàng)造的GDP僅占世界的4%。如果按每1美元生產(chǎn)總值能耗，我國比發(fā)達(dá)國家能耗高4~5倍。目前，美國每萬美元耗水為514M3，日本208M3，中國5045M3，是發(fā)達(dá)國家的8~20倍。中國很多地區(qū)的經(jīng)濟(jì)增長速度是靠高投資、高能耗、高污染換來的。21第二十一頁，共75頁。新能源——可燃冰1M3“可燃冰”釋放出的能量相當(dāng)于164M3的天然氣。全球“可燃冰”總能量，是所有煤、石油、天然氣總和的2～3倍?！翱扇急钡闹饕煞质羌淄榕c水分子(CH4·H2O)?？碧叫枰溃涸诤５紫拢畏N溫度、壓力下會形成“可燃冰”？熱力學(xué)能解決！22第二十二頁，共75頁。濕空氣作為熱力循環(huán)的工作介質(zhì)近10年來的實際應(yīng)用已經(jīng)證明，如果在空氣中加入10~15%水蒸氣，可以提高透平10~20%的效率。需要研究該體系高溫高壓下的熱力學(xué)性質(zhì)！23第二十三頁，共75頁?？赡艿腃O2碳封存方法（1）二氧化碳填埋到含水層（2）二氧化碳填埋到地下油層，增加石油產(chǎn)量。（3）填埋到地下煤層，增加甲烷產(chǎn)量。評估CO2地質(zhì)減排的可行性要求在中等壓力和溫度下CO2和水的壓力-溫度-組成（P-T-X）數(shù)據(jù)關(guān)系

CO2-H2O體系CO2-NaCl-H2O體系CO2-NaCl-KCl-H2O體系CO2-CH4-H2O體系24第二十四頁，共75頁。一、化工熱力學(xué)的定義和用途二、化工熱力學(xué)研究內(nèi)容和特點三、熱力學(xué)的研究方法四、為何學(xué)和如何學(xué)好化工熱力學(xué)五、化工熱力學(xué)和其它化學(xué)工程分支學(xué)科間的關(guān)系六、本課程的內(nèi)容學(xué)習(xí)指導(dǎo)內(nèi)容第二十五頁，共75頁。一、化工熱力學(xué)的定義和用途1、化工熱力學(xué)的定義A、熱力學(xué)（Thermo-dynamics）B、工程熱力學(xué)（EngineeringThermodynamics）C、化學(xué)熱力學(xué)（ChemicalThermodynamics）D、化工熱力學(xué)（ChemicalEngineeringThermodynamics）26第二十六頁，共75頁。一、化工熱力學(xué)的定義和用途1、化工熱力學(xué)的定義A、熱力學(xué)（Thermo-dynamics

）說法1：討論熱與功轉(zhuǎn)化規(guī)律的科學(xué)。說法2：是研究自然界各種形式能量之間相互轉(zhuǎn)化的規(guī)律，以及能量轉(zhuǎn)化對物質(zhì)的影響的科學(xué)。遠(yuǎn)古“鉆木取火”——機(jī)械能轉(zhuǎn)換為內(nèi)能。12世紀(jì)“火藥燃燒加速箭支的飛行”19世紀(jì)“蒸汽機(jī)”——熱轉(zhuǎn)換為功。27第二十七頁，共75頁。熱力學(xué)的四大特性⑴嚴(yán)密性：表現(xiàn)在熱力學(xué)具有嚴(yán)格的理論基礎(chǔ)。熱力學(xué)證明是可以行通的事情，在實際當(dāng)中才能夠行的通；熱力學(xué)證明是不可行的事情，在實際當(dāng)中無論采用什么措施，也實施不了。⑵完整性由于熱力學(xué)具有熱力學(xué)第一定律：能量守恒定律第二定律：熵增原理、熱效率第三定律：絕對熵定律第零定律：熱平衡定律這四大定律使熱力學(xué)成為一門邏輯性強而完整的科學(xué)。28第二十八頁，共75頁。⑶普遍性：表現(xiàn)在熱現(xiàn)象在日常生活中是必不可缺少的。熱力學(xué)的基本定律、基本理論，不但能夠解決實際生產(chǎn)中的問題，還能夠解決日常生活中的問題，甚至用于宇宙問題的研究。⑷精簡性：表現(xiàn)在熱力學(xué)能夠定性、定量地解決實際問題。29第二十九頁，共75頁。B、化學(xué)熱力學(xué)（ChemicalThermodynamics）——將熱力學(xué)的基本理論應(yīng)用于化學(xué)領(lǐng)域，則為化學(xué)熱力學(xué)。主要研究解決化學(xué)和物理變化進(jìn)行的方向和限度。特別是對化學(xué)反應(yīng)的可能性和平衡條件作出預(yù)測。內(nèi)容包括熱化學(xué)、相平衡和化學(xué)平衡等部分（是物理化學(xué)的一部分）。C、工程熱力學(xué)（EngineeringThermodynamics）——將熱力學(xué)的基本理論應(yīng)用于工程技術(shù)領(lǐng)域，則為工程熱力學(xué)。主要研究熱能與機(jī)械能之間轉(zhuǎn)換規(guī)律以及在工程中的應(yīng)用。特點：制冷、發(fā)電介質(zhì)簡單：水蒸氣、氨、氟里昂30第三十頁，共75頁。D、化工熱力學(xué)（ChemicalEngineeringThermodynamics）

——集化學(xué)熱力學(xué)和工程熱力學(xué)之大成的學(xué)科。將工程熱力學(xué)和化學(xué)熱力學(xué)應(yīng)用于化工與生物、能源、信息、環(huán)境、材料等的交叉領(lǐng)域。研究化工過程中各種能量以及物質(zhì)相互轉(zhuǎn)化的理論極限、條件和狀態(tài)。它是化學(xué)工程學(xué)的一個重要組成部分，是化工過程開發(fā)、設(shè)計和生產(chǎn)的重要理論依據(jù)。31第三十一頁，共75頁。熱力學(xué)化學(xué)工程學(xué)工程熱力學(xué)化學(xué)熱力學(xué)化工熱力學(xué)化工熱力學(xué)32第三十二頁，共75頁。經(jīng)典熱力學(xué)無論是工程熱力學(xué)還是化學(xué)熱力學(xué)還是化工熱力學(xué)，它們均是經(jīng)典熱力學(xué)，遵循經(jīng)典熱力學(xué)的三大定律（熱力學(xué)第一、第二、第三定律），不同之處是由于熱力學(xué)應(yīng)用的具體對象不同，決定了各種熱力學(xué)解決問題的方法有各自的特點。33第三十三頁，共75頁。一、化工熱力學(xué)的定義和用途2、化工熱力學(xué)的用途①確定化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的可能性及其方向，確定反應(yīng)平衡條件和平衡時體系的狀態(tài)。（可行性分析）石墨————>金剛石？H2O————>H2+O2？N2+H2————>NH3？常溫、常壓常溫、常壓常溫、常壓判據(jù)？400℃

；300atm34第三十四頁，共75頁。

石墨金剛石？在1400℃，5-10萬atm下，石墨金剛石例1：石墨與金剛石二者間轉(zhuǎn)變時的溫度與壓力效應(yīng)的熱力學(xué)計算，不但預(yù)示了人工制造金剛石所需的條件，并且導(dǎo)出了關(guān)于自然界金剛石形成的地質(zhì)條件的假說。35第三十五頁，共75頁。②描述能量轉(zhuǎn)換的規(guī)律，確定某種能量向目標(biāo)能量轉(zhuǎn)換的最大效率。（能量有效利用）

如:美國一聚乙烯醇工廠能耗大，特別是分離工段的能耗占全廠的65%，應(yīng)用熱力學(xué)相平衡的成果，將進(jìn)料中乙醛含量由0.7%降至0.4%后，操作費用節(jié)省50%。化學(xué)工程師開發(fā)和設(shè)計某一化工過程階段，必須考慮能耗問題?；み^程的能量有效合理利用！36第三十六頁，共75頁。③描述物態(tài)變化的規(guī)律和狀態(tài)性質(zhì)。流體p-V-T關(guān)系

狀態(tài)方程→低溫技術(shù)→氦氣液化→發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象→尋求高溫超導(dǎo)材料→磁懸浮列車37第三十七頁，共75頁。④確定相變發(fā)生的可能性及其方向，確定相平衡條件和相平衡時體系的狀態(tài)。

多元相平衡數(shù)據(jù)是產(chǎn)品分離的基石。產(chǎn)品分離車間：設(shè)備占全廠總投資50~90%；能量占全廠60~90%。精餾塔的設(shè)計：沒有相平衡數(shù)據(jù)無法設(shè)計。BA38第三十八頁，共75頁。如：分離回收二氧化碳的新方法——BV鉀堿吸收法⑤通過模擬計算，得到最優(yōu)操作條件，代替耗費巨大的中間試驗。（需要模型和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)）

施亞鈞教授的國家自然基金項目。研制出新的二元吸收劑，完成工藝條件的研究后，進(jìn)行了工業(yè)生產(chǎn)條件下氣液平衡和相際間傳質(zhì)、系數(shù)的數(shù)學(xué)模型研究。確定該吸收過程的控制步驟。這為工程放大提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論基礎(chǔ)，指導(dǎo)了從實驗室規(guī)模(右圖)直接放大到近兩萬倍的工業(yè)裝置規(guī)模。39第三十九頁，共75頁。可行性分析為了降低原料消耗，利用本國資源，制止環(huán)境污染和不用劇毒物質(zhì)作原料等，要求發(fā)展直接合成新工藝（清潔生產(chǎn)、綠色化工）。以乙二醇生產(chǎn)為例:50年代采用乙烯和氯氣為原料的氯醇法生產(chǎn)乙二醇，主要反應(yīng)有三步：乙烯+氯→氯乙醇→環(huán)氧乙烷→乙二醇.這個方法不但流程長，輔助原料氯的成本高，而且由于使用了氯，給后處理帶來了許多麻煩（如腐蝕、副產(chǎn)鹽酸問題等）。例1：乙二醇生產(chǎn)40第四十頁，共75頁。60年代乙烯直接氧化法在工業(yè)上得到應(yīng)用，這種方法不在使用氯，主要反應(yīng)有二步：乙烯→環(huán)氧乙烷→乙二醇70年代由乙烯直接合成乙二醇成功：乙烯→乙二醇產(chǎn)品收率也從乙烯氧化法的75%提高到90%，這意味著每公斤乙二醇所消耗的乙烯數(shù)量比以前降低了17%。41第四十一頁，共75頁。能量的有效利用化工生產(chǎn)要消耗大量的能源。石油、天然氣等能源不僅是化學(xué)工業(yè)的燃料，而且是生產(chǎn)一些重要化工產(chǎn)品的原料。利用熱力學(xué)的基本原理，對化工過程進(jìn)行熱力學(xué)分析，是熱力學(xué)近三十年來最重要的進(jìn)展。計算各種熱力過程的理想功、損耗功、有效能等，找出可以節(jié)能而沒有能的環(huán)節(jié)和設(shè)備，然后采取措施，達(dá)到節(jié)能的目的。對于評定新的設(shè)計方案和改進(jìn)現(xiàn)有生產(chǎn)都是有效的手段。近來，能源緊張問題更顯突出，故在流程選擇、設(shè)備設(shè)計中往往以節(jié)能為目標(biāo)函數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，為了節(jié)能，寧可增加設(shè)備（即初始投資）42第四十二頁，共75頁。例2：南京塑料廠乙苯脫氫制苯乙烯這么簡單的反應(yīng)方程式用了三層樓的一個車間，經(jīng)過很多換熱裝置才完成，目的只有一個，能量的有效利用。43第四十三頁，共75頁。例3：從巨額虧損到巨額利潤

——重慶長風(fēng)化工廠科技創(chuàng)新紀(jì)實鄧經(jīng)國

中國化工報

2006-8-22一個連續(xù)虧損長達(dá)15年的老廠，一個連職工工資都無法發(fā)出的特困企業(yè)，重慶長風(fēng)化工廠依靠科技創(chuàng)新2005年一舉丟掉了多年的虧損帽子，實現(xiàn)產(chǎn)值2.3億元，到今年上半年獲利潤2000萬元，實現(xiàn)了從巨額虧損到巨額利潤的質(zhì)的飛躍。燃煤鍋爐沒了眾所周知，化工企業(yè)生產(chǎn)都離不開燃煤鍋爐，離不開蒸汽。而長風(fēng)廠自2005年5月24日起，就關(guān)停了燃煤鍋爐，取而代之的是他們自己獨創(chuàng)的自熱平衡聯(lián)動系統(tǒng)。

44第四十四頁，共75頁。傳統(tǒng)化工生產(chǎn)方式是通過外部加熱來實現(xiàn)物質(zhì)的熱反應(yīng)，又用冷劑將物質(zhì)反應(yīng)過程中的熱處理掉。這種傳統(tǒng)方式不僅造成了能源浪費和環(huán)境污染，同時也使化工生產(chǎn)工藝變得十分復(fù)雜，增加了危險性。長風(fēng)廠徹底改變了這種生產(chǎn)方式，首先，他們對全廠所有生產(chǎn)過程中的化學(xué)反應(yīng)熱和工藝余熱進(jìn)行排序。然后，對所有的工藝流程都進(jìn)行了改造。將每套生產(chǎn)裝置的產(chǎn)熱過程和用熱過程進(jìn)行聯(lián)動集成，將不同裝置的產(chǎn)熱和用熱過程進(jìn)行跨裝置集成，使熱能供需的雙方不僅在數(shù)量上相符，同時在質(zhì)量上相配，并努力用低檔余熱換出較高品質(zhì)的能量。他們先后進(jìn)行了50多項工藝和技術(shù)的創(chuàng)新改造，從根本上改變了傳統(tǒng)化工生產(chǎn)方式。僅此一項，該廠每年節(jié)約燃煤成本1000萬元。45第四十五頁，共75頁。例4熱棒技術(shù)解決了青藏鐵路凍土問題熱棒長7米，路基下5米，地面上2米，整個棒體罐有液氨。當(dāng)路基溫度上升時，液態(tài)氨受熱發(fā)生氣化，上升到熱棒的上端，通過散熱片將熱量傳導(dǎo)給空氣，氣態(tài)氨由此冷卻變成了液態(tài)氨，又沉入了棒底，這樣周而往復(fù)，熱棒就相當(dāng)于一個永動的天然制冷機(jī)，不斷地將凍土層中的熱量排出。第四十六頁，共75頁?；崃W(xué)就是為“節(jié)能減排”而生的!47第四十七頁，共75頁。JohnPrausnitz如是說愛因斯坦在他的自傳中曾說到雖然物理學(xué)的大部分都會隨時間而改變，但熱力學(xué)是普適而永恒的；他說許多理論在科學(xué)的長河中只是曇花一現(xiàn)，但他堅信熱力學(xué)會永遠(yuǎn)存在。在第一版的前言中，我引用了拉丁諺語：“Felixquipotuitrerumcognescerecausas”(了解到事物的本質(zhì)是令人愉快的)。希望第三版的中譯本不但能給中國讀者提供一個有用的工程工具，而且可以讓他們享受到由熱力學(xué)的美麗和充滿智慧所帶來的快樂。48第四十八頁，共75頁。一、化工熱力學(xué)的定義和用途二、化工熱力學(xué)研究內(nèi)容和特點三、熱力學(xué)的研究方法四、為何學(xué)和如何學(xué)好化工熱力學(xué)五、化工熱力學(xué)和其它化學(xué)工程分支學(xué)科間的關(guān)系六、本課程的內(nèi)容學(xué)習(xí)指導(dǎo)內(nèi)容第四十九頁，共75頁。二、化工熱力學(xué)的研究內(nèi)容和特點1、化工熱力學(xué)的研究內(nèi)容“原理-模型-應(yīng)用”構(gòu)成化工熱力學(xué)研究內(nèi)容的“三要素”原理應(yīng)用模型狀態(tài)方程EOS活度系數(shù)模型γi50第五十頁，共75頁。均相性質(zhì)純物質(zhì)定組成混合物非均相性質(zhì)純物質(zhì)混合物流動系統(tǒng)熱力學(xué)分析熱力學(xué)模擬均相封閉體系熱力學(xué)非均相封閉體系熱力學(xué)流動體系的能量平衡、熵平衡方程應(yīng)用封閉體系流動體系模型EOS活度系數(shù)熱力學(xué)原理均相封閉體系熱力學(xué)均相性質(zhì)純物質(zhì)定組成混合物均相性質(zhì)純物質(zhì)定組成混合物均相封閉體系熱力學(xué)均相封閉體系熱力學(xué)熱力學(xué)原理模型EOS活度系數(shù)模型EOS活度系數(shù)熱力學(xué)原理方法：運用經(jīng)典熱力學(xué)的原理，結(jié)合反映體系特征的模型，應(yīng)用于解決工程中的實際問題。第五十一頁，共75頁。二、化工熱力學(xué)的研究內(nèi)容和特點2、化工熱力學(xué)的研究特點1）經(jīng)典熱力學(xué)的研究特點如何得到熱力學(xué)數(shù)據(jù)？？實驗：易測（P、V、T、X）

難測（H，S，G）推算：局部完整純物質(zhì)混合物常溫常壓苛刻條件

需要模型?。?！52第五十二頁，共75頁。二、化工熱力學(xué)的研究內(nèi)容和特點2）化工熱力學(xué)的研究特點a.研究體系為實際狀態(tài)化學(xué)熱力學(xué)研究的是以理想狀態(tài)為主，如理想氣體、理想溶液；化工熱力學(xué)研究的是實際狀態(tài)。在任意溫度、壓力下，多組分的狀態(tài)。理想氣體：PV=nRT真實氣體：PV≠

nRT53第五十三頁，共75頁。二、化工熱力學(xué)的研究內(nèi)容和特點b.處理方法：以理想態(tài)為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)加上校正實際結(jié)果=理想結(jié)果+校正氣體

Z（壓縮因子）氣體（逸度系數(shù)）溶液

γi（活度系數(shù)）化學(xué)熱力學(xué)的方法建立模型54第五十四頁，共75頁。由Wilson模型計算甲醇-甲基乙基酮體系的相平衡數(shù)據(jù)C.獲取數(shù)據(jù)的方法：少量實驗數(shù)據(jù)加半經(jīng)驗?zāi)Ｐ捅M管有誤差（5%），但很實用，可以預(yù)測復(fù)雜的物性數(shù)據(jù)。二、化工熱力學(xué)的研究內(nèi)容和特點Wilson模型55第五十五頁，共75頁。一、化工熱力學(xué)的定義和用途二、化工熱力學(xué)研究內(nèi)容和特點三、熱力學(xué)的研究方法四、為何學(xué)和如何學(xué)好化工熱力學(xué)五、化工熱力學(xué)和其它化學(xué)工程分支學(xué)科間的關(guān)系六、本課程的內(nèi)容學(xué)習(xí)指導(dǎo)內(nèi)容第五十六頁，共75頁。三、熱力學(xué)的研究方法熱力學(xué)研究方法宏觀研究方法微觀研究方法經(jīng)典熱力學(xué)分子熱力學(xué)（統(tǒng)計熱力學(xué)）57第五十七頁，共75頁。宏觀性質(zhì)之間相互關(guān)系都是建筑在熱力學(xué)的三個基本定律之上，運用數(shù)學(xué)方法而得到的。[經(jīng)典熱力學(xué)研究方法的特點]用宏觀物理量來描述體系的狀態(tài)，以宏觀觀點考察體系間的相互作用。采用對大量宏觀現(xiàn)象的直接觀察與實驗，并總結(jié)出具有普遍性的熱力學(xué)基本定律。只關(guān)心平衡問題（只關(guān)心被研究對象的始、終態(tài)及變化條件）；不關(guān)心如何到達(dá)平衡。第五十八頁，共75頁。經(jīng)典熱力學(xué)的局限之一：不能定量預(yù)測物質(zhì)的宏觀性質(zhì)。不能解釋微觀本質(zhì)及其產(chǎn)生某種現(xiàn)象的內(nèi)部原因。經(jīng)典熱力學(xué)的局限經(jīng)典熱力學(xué)局性之二：只能解決極限問題，不能解決變化速率問題。(但由熱力學(xué)分析可以排除不能發(fā)生反應(yīng)的條件，因而節(jié)省了大量的研究時間和精力。)第五十九頁，共75頁。一、化工熱力學(xué)的定義和用途二、化工熱力學(xué)研究內(nèi)容和特點三、熱力學(xué)的研究方法四、為何學(xué)和如何學(xué)好化工熱力學(xué)五、化工熱力學(xué)和其它化學(xué)工程分支學(xué)科間的關(guān)系六、本課程的內(nèi)容學(xué)習(xí)指導(dǎo)內(nèi)容第六十頁，共75頁。1）反應(yīng)問題化學(xué)平衡問題:

如果制備產(chǎn)品C，什么是其最優(yōu)條件（如壓力、溫度等）？其產(chǎn)率如何？1、為何要學(xué)化工熱力學(xué)？須解決化工產(chǎn)品的制備中存在兩類問題?？尚行苑治?

在給定條件下，A和B

作用，能得到何種產(chǎn)物？反應(yīng)物A+反應(yīng)物B產(chǎn)物C或

D或

E？學(xué)習(xí)指導(dǎo)/為何學(xué)和如何學(xué)好化工熱力學(xué)61第六十一頁，共75頁。2）分離問題怎樣分離，才能得到純物質(zhì)C

？相平衡能量有效利用含A、B、C、D、E的混合物

純C

D和

E

A和B所需產(chǎn)品

進(jìn)一步參加反應(yīng)

副產(chǎn)品學(xué)習(xí)指導(dǎo)/為何學(xué)和如何學(xué)好化工熱力學(xué)第六十二頁，共75頁。演繹法演繹法是化工熱力學(xué)理論體系的基本科學(xué)方法。演繹過程主要以數(shù)學(xué)方法進(jìn)行，這決定了化工熱力學(xué)的數(shù)學(xué)公式紛繁復(fù)雜，理論概念嚴(yán)謹(jǐn)、抽象。但演繹法“似至晦，實至明；似至繁，實至簡；似至難，實至易”的特點又決定了化工熱力學(xué)抽象復(fù)雜的背后是多快好省。63第六十三頁，共75頁。四、為何學(xué)和如何學(xué)好化工熱力學(xué)2、如何學(xué)好化工熱力學(xué)？1）掌握化工熱力學(xué)處理問題方法之特點從局部的實驗數(shù)據(jù)加半經(jīng)驗?zāi)Ｐ屯扑阆到y(tǒng)完整的信息從常溫常壓的物性數(shù)據(jù)來推算苛刻條件下的性質(zhì)純物質(zhì)性質(zhì)的推算：從容易獲得的物性數(shù)據(jù)（P、V、T、X）來推算較難測定的數(shù)據(jù)（y，H，S，G）混合物性質(zhì)的推算：從純物質(zhì)的信息利用混合規(guī)則求取混合物的信息以理想態(tài)為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)加上校正來處理真實狀態(tài)的方法64第六十四頁，共75頁。四、為何學(xué)和如何學(xué)好化工熱力學(xué)

2）注意準(zhǔn)確理解熱力學(xué)概念概念抽象規(guī)則嚴(yán)格咬文嚼字混合物的逸度系數(shù)純組分i的逸度系數(shù)混合物中組分i的逸度系數(shù)65第六十五頁，共75頁。世界著名化工流程模擬軟件AspenPlus,PROII在當(dāng)今世界，化工流程模擬軟件很成熟，問題是如何選擇合適的模型66第六十六頁，共75頁。四、為何學(xué)和如何學(xué)好化工熱力學(xué)3）注意單位換算能量：J，Cal，cm3.atm，cm3.bar壓力：kg/m2（工程壓力），atm，mmHg，bar，Pa，MPa溫度：K，℃，oF，4）循序漸進(jìn)5）充分利用參考資料輔助學(xué)習(xí)、網(wǎng)上資源3、教材馮新、宣愛國、周彩榮、田永淑、龍小柱編，化工熱力學(xué)，化工出版社，2009年67第六十七頁，共75頁。四、為何學(xué)和如何學(xué)好化工熱力學(xué)4、參考書1）陳鐘秀,顧飛燕編，化工熱力學(xué)（第二版），化學(xué)工業(yè)出版社，20012）馬沛生，化工熱力學(xué)（通用型），化學(xué)工業(yè)出版社，20053）鄭丹星，流體與過程熱力學(xué)，化學(xué)工業(yè)出版社，20054）陳新志等，化工熱力學(xué)，化學(xué)工業(yè)出版社，20015）陳新志，化工熱力學(xué)習(xí)題精解，科學(xué)出版社，20036）陳鐘秀,顧飛燕編，化工熱力學(xué)例題與習(xí)題，化學(xué)工業(yè)出版社，19987）朱自強,徐汛編，化工熱力學(xué)，化學(xué)工業(yè)出版社，19918）J.M.Smith,andH.C.VanNess,IntroductionChemicalEngineeringThermodynamics,7thEd.,Co.,化學(xué)工業(yè)出版社，200668第六十八頁，共75頁。一、化工熱力學(xué)的定義和用