化工热力学第一章精.ppt

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1、化工热力学第一章第1页，本讲稿共35页课程性质：化学工程与工艺专业必修课课程性质：化学工程与工艺专业必修课学时：学时：56（含（含16学时实验）学时实验）学分：学分：3.5考核：闭卷考试考核：闭卷考试70%，平时成绩，平时成绩10%，实，实验成绩验成绩20%第2页，本讲稿共35页答疑时间：周三下午答疑时间：周三下午专业教研室：食品化工楼专业教研室：食品化工楼C207作业：作业：A4纸正反两面写，每周课前交纸正反两面写，每周课前交学习：课堂主动听，作业独立完成，多讨论学习：课堂主动听，作业独立完成，多讨论联系方式：电话联系方式：电话13455108870E-mail：第3页，本讲稿共35页第一章

2、第一章绪绪言言v一、热力学研究的目的及意义一、热力学研究的目的及意义3）计算平衡状态下的热力学性质计算平衡状态下的热力学性质（重点）（重点）2）解决平衡问题，特别是相平衡）解决平衡问题，特别是相平衡1）对过程进行可行性分析，使能量有效利用）对过程进行可行性分析，使能量有效利用w1研究的目的研究的目的运用经典热力学原理解决实际问题运用经典热力学原理解决实际问题1-1化工热力学的目的和任务化工热力学的目的和任务第4页，本讲稿共35页v2热力学研究的意义热力学研究的意义通过一定的理论方法，将热力学通过一定的理论方法，将热力学性质与性质与p、T和组成等直接测量的物和组成等直接测量的物理量联系起来，为物

3、性间的相互推算理量联系起来，为物性间的相互推算提供基础。提供基础。第5页，本讲稿共35页 M=M（T，p，x）公式公式1-1T，p和组成和组成系统的状态系统的状态其它的所有的其它的所有的热力学性质热力学性质第6页，本讲稿共35页由此可实现由此可实现:3)当实验数据有误差时，可以由经典热力学当实验数据有误差时，可以由经典热力学的普遍化关系检验、评价、筛选实验数据。的普遍化关系检验、评价、筛选实验数据。2)从有限的实验数据获得更系统的物从有限的实验数据获得更系统的物性的信息；性的信息；1)从容易测量的性质推测难测量的性质；从容易测量的性质推测难测量的性质；第7页，本讲稿共35页v我们称能确定体系状

4、态的强度性我们称能确定体系状态的强度性质最小数目为质最小数目为自由度自由度，用于确定体，用于确定体系状态的强度性质称为系状态的强度性质称为独立变量独立变量，其，其它需要求解的强度性质称为它需要求解的强度性质称为从属变从属变量。量。第8页，本讲稿共35页v二二.化工热力学的含义化工热力学的含义经典热力学经典热力学的原理的原理模型模型解决化工过程解决化工过程实际问题实际问题。第9页，本讲稿共35页v化工热力学就是运用经典热力学的化工热力学就是运用经典热力学的原理，结合反映系统特征的模型，解原理，结合反映系统特征的模型，解决工业过程（特别是化工过程）中热决工业过程（特别是化工过程）中热力学性质的计算

5、和预测、相平衡和化力学性质的计算和预测、相平衡和化学平衡计算、能量的有效利用等实际学平衡计算、能量的有效利用等实际问题。问题。第10页，本讲稿共35页v1-2化工热力学与物理化学的关系化工热力学与物理化学的关系物理化学物理化学经典热力学经典热力学基本原理基本原理理想理想体系体系模型模型接近实际接近实际的体系的体系化工热力学化工热力学第11页，本讲稿共35页v1-3经典热力学的局限性经典热力学的局限性v1经典热力学经典热力学以宏观方法研究平衡态体系热力学以宏观方法研究平衡态体系热力学称为经典热力学。称为经典热力学。w2经典热力学的特点经典热力学的特点大量宏观现象大量宏观现象普遍性规律普遍性规律研

6、究方法简单、可靠、解决工程问研究方法简单、可靠、解决工程问题比较容易题比较容易观察、实验观察、实验第12页，本讲稿共35页v3经典热力学的局限经典热力学的局限v1）不能解释微观本质）不能解释微观本质v2）不能描述过程变化的细节，也无法）不能描述过程变化的细节，也无法解释其发生变化的内部原因解释其发生变化的内部原因v3）在解决实际问题时，需要与表达系）在解决实际问题时，需要与表达系统特征的模型相结合，即需要与研究系统特征的模型相结合，即需要与研究系统特征的统计力学相结合。统特征的统计力学相结合。第13页，本讲稿共35页v1-4化工热力学的研究方法化工热力学的研究方法v1经典热力学与统计力学相结合

7、经典热力学与统计力学相结合既是经典热力学的局限又是化工热力既是经典热力学的局限又是化工热力学解决实际问题的特色之一。学解决实际问题的特色之一。v2借助计算机的应用，得到解析化的、借助计算机的应用，得到解析化的、系统的信息系统的信息第14页，本讲稿共35页v1-5化工热力学的主要内容化工热力学的主要内容v“原理原理-模型模型-应用应用”为化工热力学内为化工热力学内容容“三要素三要素”。v原理是基础，应用是目的，模型是应原理是基础，应用是目的，模型是应用中不可缺少的工具。用中不可缺少的工具。v经典热力学原理，必须结合反映系统特经典热力学原理，必须结合反映系统特征的模型，才能应用于解决化工过程的征的

8、模型，才能应用于解决化工过程的实际问题。实际问题。第15页，本讲稿共35页v模型模型第第2、4章章v原理原理第第3、4章章v应用应用第第5、6章章v在其他领域的应用在其他领域的应用第第7章，为高等化工热力章，为高等化工热力学承前启后。学承前启后。第16页，本讲稿共35页v1-6热力学基本概念回顾热力学基本概念回顾v一一系统与环境系统与环境v热力学研究的对象总是选择宇宙中热力学研究的对象总是选择宇宙中的一部分，这部分选定的空间称为系统，的一部分，这部分选定的空间称为系统，其余为环境。系统又分为：其余为环境。系统又分为：v1封闭系统：与环境无物质传递封闭系统：与环境无物质传递是化工热力学最感兴趣的

9、系统之一是化工热力学最感兴趣的系统之一第17页，本讲稿共35页v2敞开系统：与环境有物质传递敞开系统：与环境有物质传递v均相敞开系统是非均相系统达到平衡均相敞开系统是非均相系统达到平衡的前提，其热力学关系式表达了与环境的前提，其热力学关系式表达了与环境间能量、物质传递对系统性质的影响。间能量、物质传递对系统性质的影响。v当当T、p一定时一定时,是混合物性质与组成是混合物性质与组成的关系。的关系。第18页，本讲稿共35页v非均相封闭系统在没有达到平衡状态时，非均相封闭系统在没有达到平衡状态时，其中的任何一个相都可以看作为均相敞开其中的任何一个相都可以看作为均相敞开系统。系统。v当系统达到平衡状态

10、时，各敞开系统之当系统达到平衡状态时，各敞开系统之间通过边界传递物质和能量的净值为零，间通过边界传递物质和能量的净值为零，各相的组成、温度、压力不再发生变化，各相的组成、温度、压力不再发生变化，此时系统中任何一个均相敞开系统都可以此时系统中任何一个均相敞开系统都可以视为均相封闭系统视为均相封闭系统第19页，本讲稿共35页v3孤立系统：孤立系统：与环境既无能量传递又无物质传递的系统。与环境既无能量传递又无物质传递的系统。第20页，本讲稿共35页v二二强度性质与容量性质强度性质与容量性质v1强度性质强度性质一类与系统的尺寸（物质的量）无关的一类与系统的尺寸（物质的量）无关的性质，如性质，如T,p等

11、。摩尔性质是强度性质。等。摩尔性质是强度性质。系统的状态由系统的强度性质决定，确系统的状态由系统的强度性质决定，确定系统所需要的强度性质称为独立变量，定系统所需要的强度性质称为独立变量，其数目由相律计算其数目由相律计算第21页，本讲稿共35页v2容量性质容量性质与系统中物质量的多少有关的性质，与系统中物质量的多少有关的性质，如如Mtv三三状态函数状态函数与系统状态变化的途径无关，仅取与系统状态变化的途径无关，仅取决于初态和终态的量。决于初态和终态的量。系统的性质都是状态函数系统的性质都是状态函数第22页，本讲稿共35页v四四平衡状态与可逆过程平衡状态与可逆过程v1平衡状态平衡状态是一种静止状态

12、，系统与环境之间是一种静止状态，系统与环境之间净流（物质和能量）为零。净流（物质和能量）为零。平衡状态的定量描述是本教材的重平衡状态的定量描述是本教材的重要内容要内容第23页，本讲稿共35页v2可逆过程可逆过程是系统经过一系列平衡状态完成的，是系统经过一系列平衡状态完成的，其功耗与沿同路径逆向完成该过程所其功耗与沿同路径逆向完成该过程所获得的功是等量的，是实际过程的理获得的功是等量的，是实际过程的理想极限，为不可逆过程提供了效率的想极限，为不可逆过程提供了效率的标准标准第24页，本讲稿共35页v五五热力学过程与循环热力学过程与循环v1热力学过程热力学过程系统从一个平衡状态到另一个平衡状系统从一

13、个平衡状态到另一个平衡状态的变化称为热力学过程。态的变化称为热力学过程。有等温、等压、等容、等熵、等焓、有等温、等压、等容、等熵、等焓、绝热、可逆等过程绝热、可逆等过程v2热力学循环热力学循环系统经过某些过程后又回到了初态系统经过某些过程后又回到了初态第25页，本讲稿共35页v1-7热力学性质计算的一般方法热力学性质计算的一般方法v1变量分析变量分析基于相律分析系统的独立变量和从属基于相律分析系统的独立变量和从属变量变量v2由经典热力学原理得到普遍化关系式。由经典热力学原理得到普遍化关系式。特别是将热力学性质与能容易测量的特别是将热力学性质与能容易测量的p、V、T及组成性质和理想气体等压热容及

14、组成性质和理想气体等压热容联系起来；联系起来；第26页，本讲稿共35页由状态函数的数学特性可得：由状态函数的数学特性可得：第27页，本讲稿共35页v由经典热力学原理，可以得到由经典热力学原理，可以得到与与和和之间的依赖关系，之间的依赖关系，、推算热力学性质的有用的方程推算热力学性质的有用的方程和和来来即成为从即成为从第28页，本讲稿共35页v4数学求解。数学求解。如状态方程如状态方程理想气体状态的热容方程：理想气体状态的热容方程：或活度系数模型或活度系数模型v3引入表达系统特性的模型引入表达系统特性的模型第29页，本讲稿共35页课程学习主要以应用为目的课程学习主要以应用为目的第30页，本讲稿共

15、35页主要参考资料主要参考资料w1雷一东，葛喜臣编，化工热力雷一东，葛喜臣编，化工热力,重庆，重庆大学出版社，重庆，重庆大学出版社，1988年年w2陈钟秀，顾飞燕陈钟秀，顾飞燕.化工热力学（高等化工热力学（高等学校教材）学校教材）.1993.化学工业出版社化学工业出版社.v3Smith,J.M.,VanNessH.C.,AbbottM.M.,6thed,化学工业化学工业出版社引进，出版社引进，2002第31页，本讲稿共35页w4Prausnitz,JM，RudigerNL,deAzevedoED,N.J.Prentice,HallPTRc1999.w5涂淑凤，李前某编，化工热力学，涂淑凤，李前

16、某编，化工热力学，广州，华南理工大学出版社，广州，华南理工大学出版社，1992年年w6马沛生，化工数据，北京，中国马沛生，化工数据，北京，中国石化出版社石化出版社第32页，本讲稿共35页化学工业出版社化学工业出版社面向面向21世纪课程教材化工热力学世纪课程教材化工热力学本书介绍了经典热力学原理及其在化工中的应用。本书介绍了经典热力学原理及其在化工中的应用。全书分为七章，第全书分为七章，第1章至第章至第5章的主要内容有绪论、流体章的主要内容有绪论、流体p-V-T和状态方程、均相封闭系统热力学原理及应用、非均和状态方程、均相封闭系统热力学原理及应用、非均相封闭系统的热力学原理及应用；第相封闭系统的

17、热力学原理及应用；第6章是流动系统的热力学章是流动系统的热力学原理及应用；第原理及应用；第7章介绍了热力学在其他领域的应用。章介绍了热力学在其他领域的应用。本书是化学工程与工艺专业本科生的化工热力学本书是化学工程与工艺专业本科生的化工热力学教材，教材，也能供从事化学、化工、轻工、材料和热动力的教师、研究也能供从事化学、化工、轻工、材料和热动力的教师、研究生和工程技术人员参考。生和工程技术人员参考。化学工业出版社化学工业出版社高等学校化工热力学教材高等学校化工热力学教材本书内容包括：绪论、流体的热力学性质、热力学第一定本书内容包括：绪论、流体的热力学性质、热力学第一定律及其应用、热力循环律及其应

18、用、热力循环热力学第二定律及其应用、化工热力学第二定律及其应用、化工过程热力学分析、溶液热力学基础、流体相平衡和化学反应过程热力学分析、溶液热力学基础、流体相平衡和化学反应平衡，共八章。本书除作教科书外，也可供从事化工过程的平衡，共八章。本书除作教科书外，也可供从事化工过程的工程技术人员参考。工程技术人员参考。朱自强，徐汛朱自强，徐汛陈新志陈新志蔡振云蔡振云胡望明胡望明第33页，本讲稿共35页清华大学出版社清华大学出版社清华大学化工热力学教材清华大学化工热力学教材本书是大学化工热力学的教材。本书是大学化工热力学的教材。内容包括：热力学基础定律、流体的内容包括：热力学基础定律、流体的p-V-T关

19、系和液体关系和液体的热力学性质、气体的压缩和膨胀过程、热功转换过程及的热力学性质、气体的压缩和膨胀过程、热功转换过程及其热力学分析、液体溶液、流体相平衡和化学反应平衡。其热力学分析、液体溶液、流体相平衡和化学反应平衡。本书除作大学化工类各专业的教科书外，也可供从事化本书除作大学化工类各专业的教科书外，也可供从事化学工业、石油化工、轻工、材料和热能动力的技术人员参考。学工业、石油化工、轻工、材料和热能动力的技术人员参考。高等教育出版社高等教育出版社高等学校教学参考书流体的分子热力学高等学校教学参考书流体的分子热力学本书内容包括流体的热力学、分子间力与位能函数、流本书内容包括流体的热力学、分子间力

20、与位能函数、流体的体的p-V-T关系、混合物的逸度、溶液的理论、活度系数关关系、混合物的逸度、溶液的理论、活度系数关联式等部分。本书可作为大学生学习化学热力学、统计热联式等部分。本书可作为大学生学习化学热力学、统计热力学、化工热力学时的参考书，也可作为研究生的教材，力学、化工热力学时的参考书，也可作为研究生的教材，以及供有关科技人员参考。以及供有关科技人员参考。童景山童景山胡英第34页，本讲稿共35页热力学专著译本流体热力学（平衡理论的导论）热力学专著译本流体热力学（平衡理论的导论）本书根据赵广绪本书根据赵广绪R.A.THERMODYNAMICSOFFLUIDSAnIntrodutiontoe

21、quilibriumTheory一书译出。书中主要介绍了热力一书译出。书中主要介绍了热力学的平衡理论。从其基础原理出发，着重叙述了真实体系的平衡模学的平衡理论。从其基础原理出发，着重叙述了真实体系的平衡模型，并用多种不同类型的实例对真实体系平衡模型加以论证，体现型，并用多种不同类型的实例对真实体系平衡模型加以论证，体现了热力学理论的最新成就和最新应用。全书叙述严谨，逻辑性强，了热力学理论的最新成就和最新应用。全书叙述严谨，逻辑性强，是一本具有相当水平的热力学专著。是一本具有相当水平的热力学专著。本书适用于大学化工系师生作为热力学课程的参考书，也可供本书适用于大学化工系师生作为热力学课程的参考书

22、，也可供化工科研、设计以及炼油行业的工程技术人员参考。化工科研、设计以及炼油行业的工程技术人员参考。CHEMICALANDENGINEERINGTHERMODYNAMICS本书共分本书共分9章章:第第1章章引言；引言；第第2章章能量和质量守衡；第能量和质量守衡；第3章章熵平衡熵平衡；第；第4章章真实系统的热力学性质；第真实系统的热力学性质；第5章章纯物质的相平衡及稳定性；纯物质的相平衡及稳定性；第第6章章多组分系统的热力学；多组分系统的热力学；第第7章章混合物中组分的逸度；第混合物中组分的逸度；第8章章混合物的相平衡；第混合物的相平衡；第9章章化学平衡化学平衡详细讲解了热力学基本原理，包括了热力学在环境、安全、详细讲解了热力学基本原理，包括了热力学在环境、安全、聚合物和固体处理等方面的应用。在学习和使用本书过程中，聚合物和固体处理等方面的应用。在学习和使用本书过程中，您可以通过课程网站下载附加习题，网站同时提供解题应用程您可以通过课程网站下载附加习题，网站同时提供解题应用程序，为解答问题带来方便。序，为解答问题带来方便。化学工业出版社化学工业出版社http:/