C1 化工熱力學緒論

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

課程學習目的1.2

化工熱力學的作用1.3

化工熱力學的研究內容和研究方法1.4

如何學好化工熱力學將熱力學基本理論應用于化工過程，在解決具體問題的過程中逐步形成的一門實用的工程學科。在物理化學課程學習基礎上，運用熱力學基本原理完成過程熱力學分析和流體相平衡計算。本科化工專業(yè)的核心課程之一！1.1

課程學習目的以熱力學基本定律為基礎，研究化工過程中能量的相互轉換和有效利用的規(guī)律，認識物質狀態(tài)變化和物質性質之間的函數(shù)關系，計算化工過程中達到平衡的理論極限、條件和狀態(tài)。明確化工熱力學研究的對象，掌握化工熱力學研究與處理問題的方法，認識其在化學工程學科中的重要地位及其在化工生產中的應用?；崃W在化學工程學科中的地位表面張力計算密度計算導熱系數(shù)計算粘度計算焓的計算第一級物性常數(shù)和熱力學性質計算化工熱力學第二級平衡計算物性學和熱力學相平衡計算化學反應平衡計算物料平衡計算熱量平衡計算熵平衡計算第三級三傳一反反應速率計算傳質計算傳熱計算流體傳輸計算三傳和反應工程第四級設備計算吸收塔計算反應器計算換熱器計算蒸餾塔計算設備模型化第五級流程配置吸收系統(tǒng)模擬反應系統(tǒng)模擬蒸餾系統(tǒng)模擬化工模擬系統(tǒng)全流程的最優(yōu)化設計和控制第六級過程發(fā)展1.2

化工熱力學的作用煉油化工一體化生產系統(tǒng)-----聯(lián)產油品、化工產品、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)設定？平衡計算？設備選型？系統(tǒng)設計？化工過程研究、開發(fā)及設計的重要理論和工程基礎！1)物性數(shù)據(jù)的測定、關聯(lián)和預測物性參數(shù)的測定和估算是基礎

化學工程師要處理大量的物質，100萬種無機物，400萬種有機物?，F(xiàn)已研究得十分透徹的元素和化合物只有100余種。理論計算、實驗測定、半理論半經驗的估算方法。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裝置研究開發(fā)和設計的基礎。有了進、出設備物料的數(shù)量、組成、溫度、壓力，可以求得設

備中的傳熱量、傳質量或反應量。

確定生產過程中所需設備的尺寸和臺數(shù)（如換熱面積等）分析設計方案、操作條件和改進工藝設備時，常以物料、熱量

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

在化工單元操作及反應器設計中，平衡狀態(tài)的確定、平衡組成的計算、多組元相平衡數(shù)據(jù)的求取均是不可少的內容。4)

是資源利用與解決環(huán)境問題的基礎

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)質煤火力發(fā)電機組參數(shù)變化運用熱力學理論指導，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)生產和物性數(shù)據(jù)的測定和使用性能的評價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)的測定生產工藝和裝置節(jié)能需要有效能的計算和評價等環(huán)境問題：溫室氣體效應、大氣臭氧層的破壞和水資源的污染1.3

研究內容及研究方法 四大部分內容模型設計相平衡化學反應平衡過程熱力學分析熱力學基礎數(shù)據(jù)PVT，CP，CV應用部分理論部分原理是基礎，應用是目的，模型則是應用中不可缺少的工具。“原理—模型—應用”

化工工程的“三要素”熱力學原理第一定律應用到系統(tǒng)與環(huán)境間既有能量交換，又有物質交換的敞開系統(tǒng)中，如精餾（蒸餾）、吸收、萃取等化工單元操作過程。在化學反應過程、壓縮冷凍循環(huán)熱力等過程中，計算過程進行時熱與功的數(shù)量。熱力學第二定律應用到化工傳質分離過程中，可以確定相平衡的條件、平衡各相的組成；在化學反應工程中，研究過程的工藝條件對平衡轉化率的影響，選擇最佳工藝條件；在化工過程的熱力學分析中，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)計熱力學從微觀角度，將經典熱力學、統(tǒng)計物理、量子力學及有限的實驗數(shù)據(jù)結合起來，通過建立數(shù)學模型、擬合模型參數(shù)，對實際系統(tǒng)熱力學性質進行計算與預測。經典熱力學建立在熱力學第一、第二定律基礎上，是人類大量實踐經驗的總結，是自然界和人類各種活動中的普遍規(guī)律。所給出的結論是宏觀性質間的關系，具有普遍的意義。熱力學演繹方法：熱力學的基本方法以熱力學基本定律作為出發(fā)點從熱力學基本定律出發(fā)，運用演繹推理方法，就有可能得到適用于相變化和化學變化的具體規(guī)律。以數(shù)學作為工具和手段

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

真實氣體化學位

狀態(tài)函數(shù)法：熱力學的獨特方法能量轉換以狀態(tài)函數(shù)與過程函數(shù)關系式給出——熱一律

過程的方向和限度以狀態(tài)函數(shù)變化形式給出——熱二律可利用物質的可測熱力學性質數(shù)據(jù)，計算一些實際難測而需要的數(shù)據(jù)；對不可逆過程的狀態(tài)函數(shù)變化，按易于計算的可逆過程狀態(tài)函數(shù)變化進行。化工熱力學的研究對象：客觀物質世界的實際系統(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)學模型+=應用內涵

+

外延{思維對象的本質屬性

思維對象的范圍(即概念的適用范圍)1.4

如何學好化工熱力學反映實際系統(tǒng)特殊性的抽象模型課程學習的主線:Gibbs函數(shù)(G函數(shù))反映真實氣體與理想氣體性質差異，稱之為剩余Gibbs函數(shù)反映真實溶液和理想溶液性質差異,稱為過量Gibbs函數(shù)實驗數(shù)據(jù)的熱力學一致性檢驗相平衡和化學平衡有效能的綜合利用：理想功與有效能也是一種Gi