化工热力学 Chemical Engineering Thermodynamics.ppt

化工热力学Chemical Engineering Thermodynamics 湖南大学 叶 姣 第一章 绪 论 1.1 化工热力学发展简史 热力学的分支 工程热力学（Engineering Thermodynamics） 19世纪后半期：进一步提出改善热机性能途径，建立了工程热力学，将热力学的基本理论应用于工程技术领域。 主要研究热能与机械能之间转换规律以及在工程中的应用。比如：研究工质的基本热力学性质及各种装置的工作过程，探讨提高能量转换效率的途径； 特点：A.制冷、热能的利用（发电等）。B.介质简单：水蒸汽、氨、氟里昂等。 热力学的分支 热力学的分支 1.2 化工热力学在化学工程中的地位 化工热力学在课程链上的位置 进行过程的能量衡算 研究化工过程能量的有效利用 化工生产要消耗大量的能源。石油、天然气等能源不仅是化学工业的燃料，而且是生产一些重要化工产品的原料。 利用热力学的基本原理，对化工过程进行热力学分析，达到能量的合理利用，是热力学近三十年来最重要的进展。 计算各种热力过程理想功、损耗功、有效能等，找出可以节能而没有节能的环节和设备，然后采取措施，达到节能的目的。对于评定新的设计方案和改进现有生产都是有效的手段。 近来，能源紧张问题更显突出，故在流程选择、设备设计中往往以节能为目标函数进行优化，为了节能，宁可增加设备（即初始投资）。 热力学数据与物性数据的研究 化工工艺设计需要进行： ①计算体系发生变化与环境交换的热量、功量； ②计算相际传递和化学反应的平衡组成； ③对过程进行热力学分析，计算理想功Wid、损耗功WL、有效能B。 上述三个问题的解决离不开热力学数据与物性数据。 1.4 化工热力学的主要内容 1.5 化工热力学的研究方法 绪论（2学时） 流体的P-V-T关系和状态方程（6学时） 纯流体的热力学性质计算（6学时） 溶液热力学性质计算（10学时） 相平衡（8学时） 化工过程能量分析 压缩、膨胀、动力循环与制冷循环 课程要求 主要参考书 主要参考书 主要参考书 复习《物理化学》内容 陈志新，蔡振云，胡望明. 化工热力学，化学工业出版社，2001。 陈新志主编，《化工热力学例题与习题》，科学出版社，2002。 * * 1.1 化工热力学发展简史 1.2 化工热力学在化学工程中的重要性 1.3 化工热力学的应用范畴 1.4 化工热力学的主要内容 1.5 化工热力学的研究方法 1.6 本课程的目的、要求和措施 热现象——钻木取火、走马灯、火箭等； 1593年，伽利略研制出温度计； 1784年，伽托林引入比热概念； 18世纪中期，热质说、热动说； 1824年，卡诺提出理想热机； 1842-1847年，梅耶、焦耳、亥姆霍兹相继提出能量转换与守恒思想，建立热力学第一定律。 1850-1854年，克劳修斯、开尔文提出热力学第二定律。 1913年，能斯特提出热力学第三定律。 1931年，福勒提出热力学第零定律。 热力学是在研究热现象的应用中产生的，目前已发展成为一门严密的、系统性强的学科。 瓦特 卡诺 梅耶 焦耳 开尔文 克劳修斯 能斯特 吉布斯 热力学的四大定律 以热力学定律为基础进行演绎、逻辑推理而得到的热力学关系与结论，具有高度的普遍性、可靠性与实用性，应用于机械、化学、化工等领域，从而形成热力学分支。 热力学第零定律 ——如果两个热力学系统中的每一个都与第三个热力学系统处于热平衡(温度相同)，则它们彼此也必定处于热平衡。 热力学第一定律——能量守恒与转换定律。 热力学第二定律 —— 热不能自发地从较冷的物体传到较热的物体。 热力学第三定律——所有完美的结晶物质在绝对零度时绝对熵都等于零。 化学热力学（Chemical Thermodynamics） 将热力学基本原理应用于化学领域； 主要研究化学与物理变化进行的方向与限度，特别是对化学反应的可能性和平衡条件进行预测； 内容包括热化学、相平衡和化学平衡等部分。如：化学反应热和化学平衡的定量计算和溶液热力学性质的计算。 化工热力学(Chemical Engineering Thermodynamics) 集化学热力学和工程热力学之大成的学科。 从热力学第一、第二定律出发，研究化工过程中各种能量的相互转化和有效利用；研究物质状态变化与物质性质之间的关系；研究物理或化学变化过程达到平衡的理论极限、条件或状态。 形成标志：1944 年B·F·Dodge 写出了篇幅较大的“化工热力学”教科书 经典著作：J.M.Smith , H.C.Van Ness ,M.M.Abbott “Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics”, Seventh Edition , 2005 目前，随