化工熱力學(xué)第一章課件資料

化工熱力學(xué)第一章課件資料我要賺大錢！到底是出國、考研還是工作？化學(xué)工程與工藝專業(yè)不是我喜歡的專業(yè)！我想做律師、公務(wù)員、做貿(mào)易！我忙著考證將來找個(gè)好工作！所有的課程我都不感興趣！所以我忙著玩游戲！但我心里也虛，不知怎么辦？化學(xué)工程是夕陽工業(yè)么？你關(guān)心的問題和疑問和諧社會(huì)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??？國家和全球關(guān)心的問題化學(xué)工程能做什么？1.合成橡膠（1983年，220億磅/年。二戰(zhàn)期間，及時(shí)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?；瘜W(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.肥料尤其合成氨：新肥料改進(jìn)了農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)力病幫助養(yǎng)活了世界。

………………化學(xué)工程的主要目標(biāo)就是使化學(xué)家實(shí)驗(yàn)室做出來的化學(xué)反應(yīng)商品化！10項(xiàng)頂尖成果（1983年AICHE)教材和參考書

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)算第一章

緒論

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(diǎn)的課程。

“焓焓”糊糊“熵”腦筋的課程。關(guān)于化工熱力學(xué)課程化工熱力學(xué)到底能干什么？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)？2、地暖、暖氣片、空調(diào)與取暖器哪個(gè)更省電？3、如果用空氣作為潛水員在海底的呼吸介質(zhì)，為何會(huì)出現(xiàn)類似麻醉現(xiàn)象？4、為什么無水酒精的價(jià)格是95%酒精的二倍？主要是哪一部分的成本提高了？5、液化石油氣的主要成分為何是丙烷、丁烷和少量的戊烷，而不是甲烷或己烷？6、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？7、精餾塔的設(shè)計(jì)主要依據(jù)是什么？8、如何節(jié)能減排？依據(jù)是什么？

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(fèi)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%。

化工是耗能大戶，僅次于冶金。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。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。

“可燃冰”的主要成分是甲烷與水分子(CH4?H2O)。

勘探需要知道：在海底下，何種溫度、壓力下會(huì)形成“可燃冰”？熱力學(xué)能解決！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(diǎn)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。16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(shí)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(shí)際當(dāng)中無論采用什么措施，也實(shí)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(qiáng)而完整的科學(xué)。17⑶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(shí)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(shí)際問題。18B、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(diǎn)：制冷、發(fā)電介質(zhì)簡單：水蒸氣、氨、氟里昂19C、化學(xué)熱力學(xué)（ChemicalThermodynamics）—應(yīng)用熱力學(xué)來處理熱化學(xué)、相平衡和化學(xué)平衡等化學(xué)領(lǐng)域中的問題，則形成化學(xué)熱力學(xué)（是物理化學(xué)的一部分）。三個(gè)“E”Energy（能量）

Entropy（熵）Equilibrium（平衡）

20D、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。任務(wù)是從熱力學(xué)第一、第二定律出發(fā)，研究化工過程中各種能量的相互轉(zhuǎn)化和有效利用，研究各種物理和化學(xué)變化過程中達(dá)到平衡的理論極限、條件和狀態(tài)。它是化學(xué)工程學(xué)的一個(gè)重要組成部分，是化工過程開發(fā)、設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的重要理論依據(jù)。四個(gè)“E”Chemical

Engineering（化學(xué)工程）Energy（能量）

Entropy（熵）Equilibrium（平衡）

21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(diǎn)。222、化工熱力學(xué)的用途①對于新工藝、新方法，用熱力學(xué)事先判斷它的可行性。（可行性分析）②對于實(shí)踐證明是可行的工藝進(jìn)行優(yōu)化。（能量有效利用）③多元相平衡數(shù)據(jù)是設(shè)計(jì)、生產(chǎn)操作和產(chǎn)品質(zhì)量控制必不可少的，尤其是產(chǎn)品眾多、分離要求高的石油化工更是如此。④建立化工熱力學(xué)模型，用最易測得的數(shù)據(jù)（P、V、T、X）推算難測數(shù)據(jù)（H，S，G）；用少量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)加模型，得到過程開發(fā)中大量有用數(shù)據(jù)。多、快、好、?。?3二、化工熱力學(xué)的研究內(nèi)容和特點(diǎn)

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1、化工熱力學(xué)的研究內(nèi)容242、化工熱力學(xué)的研究特點(diǎn)1）經(jīng)典熱力學(xué)的研究特點(diǎn)從局部的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)推算系統(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)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）從純物質(zhì)的信息求取混合物的信息2）化工熱力學(xué)的研究特點(diǎn)A.研究體系為實(shí)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(shí)際狀態(tài)。在任意溫度、壓力下，多組分的狀態(tài)。25b.處理方法：以理想態(tài)為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)加上校正實(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26C.獲取數(shù)據(jù)的方法：少量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)加半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ突崃W(xué)是用少量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)加半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停玫剿钄?shù)據(jù)。盡管有誤差（5%），但很實(shí)用，可以預(yù)測復(fù)雜的物性數(shù)據(jù)。高壓、高溫、低溫、多元模型：運(yùn)用數(shù)學(xué)式來表達(dá)物質(zhì)之間相互關(guān)系。越有物理意義的模型，越準(zhǔn)確。27D.應(yīng)用領(lǐng)域：解決工廠中的能量利用和平衡問題。例如：合成氨廠有“一段轉(zhuǎn)化”、“脫碳”、“甲烷化”、“蒸汽、合成氣的壓縮”等過程，如何實(shí)現(xiàn)全廠的能量平衡和有效能的合理使用問題。有用的熱量稱為有效能，也稱為“火用”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29

三、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(jì)熱力學(xué)）301、經(jīng)典熱力學(xué)的特點(diǎn)1研究大量分子中發(fā)生的平均變化，并總結(jié)出具有普遍性的熱力學(xué)基本定律。它建筑在熱力學(xué)的三個(gè)基本定律之上，運(yùn)用數(shù)學(xué)方法，得到宏觀性質(zhì)之間的依賴關(guān)系；2、分子熱力學(xué)特點(diǎn)建立在大量粒子群的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)的基礎(chǔ)上從物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)觀察與分析問題，預(yù)測與解釋平衡情況下物質(zhì)的宏觀性質(zhì)。從分子間的相互作用出發(fā)，建立宏觀性質(zhì)與微觀性質(zhì)經(jīng)典熱力學(xué)局限性之一：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。313、經(jīng)典熱力學(xué)的特點(diǎn)2：不研究物質(zhì)的結(jié)構(gòu)；不考慮過程的細(xì)節(jié)；只關(guān)心平衡問題（只關(guān)心體系的初態(tài)和終態(tài)）；不關(guān)心如何到達(dá)平衡。經(jīng)典熱力學(xué)局限性之二：只能解決極限問題，不能解決速率問題

經(jīng)典熱力學(xué)能夠給出的是必要條件而不是充分條件。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)省了大量的時(shí)間和精力。四、為何學(xué)和如何學(xué)好化工熱力學(xué)1、為何要學(xué)化工熱力學(xué)？答：為了解決化學(xué)產(chǎn)品的制備中存在兩類問題。1）反應(yīng)問題反應(yīng)物A+反應(yīng)物B產(chǎn)物C或

D或

E？在給定條件下，A和B作用，能否得到C？或D？或E？或它們的全部？如果制備產(chǎn)品C，什么是其最優(yōu)條件（如壓力、溫度等）？產(chǎn)率多少？1、可行性分析2、化學(xué)反應(yīng)平衡怎樣分離，才能得到純物質(zhì)C？2）分離問題含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4、能量有效利用3、相平衡問題342、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(diǎn)從局部的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)加半經(jīng)驗(yàn)?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(shí)狀態(tài)的方法35

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)3）注意單位換算4）循序漸進(jìn)學(xué)好本課程的方法(1)著重于基本概念的理解，對重要的公式加以推導(dǎo)。(2)認(rèn)真做好筆記。(3)學(xué)習(xí)三遍：預(yù)習(xí)、學(xué)習(xí)、復(fù)習(xí)做到：提起來是一串，放下是一堆。(4)閱讀講義、教材、參考書化工熱力學(xué)著重研究熱力學(xué)函數(shù)在工程中的應(yīng)用。用熱力學(xué)函數(shù)（P、V、T、H、S等）分析某些化工過程實(shí)際上的效率問題，即達(dá)到平衡的條件、狀態(tài)。化工熱力學(xué)是“焓焓”糊糊“熵”腦筋的課程，即焓熵計(jì)算及其應(yīng)用五、本課程的內(nèi)容①熱力學(xué)數(shù)據(jù)與物性數(shù)據(jù)的研究---P、V、T、H、S、G、f、φ、α、γ(第2、3、4章)②解決化工過程所需的熱、功及其傳遞方向，解決能量合理利用問題(第5、6章)③解決相平衡、化學(xué)平衡的狀態(tài)，確定質(zhì)量傳遞方向(第7、8章)各章之間的聯(lián)系第3章純流體的熱力學(xué)性質(zhì)(H,S,U，難測；由EOS,Cp,Cv得到）第6章化工過程的能量分析:H,S,U,W(3)第8章相平衡:f