第一章-绪论化工热力学(陈新志)PPT文档格式.ppt

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8.污染的控制。

9.肥料尤其是合成氨：

新肥料改进了农业的生产力并帮助养活了全世界。

10.生物医学工程。

8,化学工程,目的:

解决化学工程原理应用于新体系的瓶颈问题意义:

最合理地利用能源和资源、保护生态环境和人类健康,9,化工热力学和其它化学工程分支学科间的关系,第一级：

物性常数和热力学性质计算,第二级：

平衡计算,第三级：

“三传一反”,第四级：

设备设计,第五级：

流程配置,第六级：

过程发展,10,化工热力学课程内容,第一章绪论（3学时）第二章p-V-T关系和状态方程（6学时）第三章均相封闭系统热力学原理及其应用（9学时）第四章均相敞开系统热力学及相平衡准则（12学时）第五章非均相系统的热力学性质计算（6学时）第六章流动系统的热力学原理及应用（12学时）,11,1陈新志,蔡振云,胡望明.化工热力学,北京：

化学工业出版社2金克新，赵传钧，马沛生.化工热力学，天津：

天津大学出版社3陈钟秀，顾飞燕.化工热力学，第三版.北京：

化学工业出版社,教材和参考书,12,第一章绪论,13,关于化工热力学课程,化工热力学课程是化学工程专业最重要的课程之一。

是国内外化学工程专业本科生（化工热力学I）和研究生（化工热力学II）必修课程。

是一门训练逻辑思维和演绎能力的课程。

是一门培养节约资源、合理利用能源观点的课程。

化工热力学是“焓焓”糊糊“熵”脑筋的课程。

学时48。

14,化工热力学在课程链上的位置,15,Why?

1、冰箱的工作原理与空调是否相同？

夏天打开冰箱门是否能当空调？

2、空调与取暖器哪个更省电？

3、假酒为何会喝死人？

怎样去除酒精中的甲醇？

4、为什么无水酒精的价格是95%酒精的二倍？

主要是哪一部分的成本提高了？

16,Why?

5、液化石油气的主要成分为何是丙烷、丁烷和少量的戊烷而不是甲烷或己烷？

6、酸雨对大理石雕像是否有害？

17,Why?

7、为什么要节能？

如何节能？

依据是什么？

全世界不可再生化石燃料的消耗占90%。

中国50%的能源需要进口。

中国人均能源消费不到世界平均水平的50%。

中国的能源利用率仅是世界平均水平的50%。

化工是耗能大户，仅次于冶金。

18,新能源可燃冰,1M3“可燃冰”释放出的能量相当于164M3的天然气。

全球“可燃冰”总能量，是所有煤、石油、天然气总和的23倍。

“可燃冰”的主要成分是甲烷与水分子（CH4H2O）。

勘探需要知道：

在海底下，何种温度、压力下会形成“可燃冰”？

热力学能解决！

19,二氧化碳减排的紧迫性,全球气候转暖，导致南北极冰山融化，海平面已上升10到25厘米）二氧化碳地质减排CO2-H2O体系CO2-NaCl-H2O体系CO2-NaCl-KCl-H2O体系CO2-多元电解质-H2O体系,20,降低资源消耗,2003年，中国消耗了全球总产量30%的主要能源和原材料，创造的GDP仅占世界的4%。

如果按每1美元生产总值能耗，我国比发达国家能耗高45倍。

目前，美国每万美元耗水为514M3，日本208M3，中国5045M3，是发达国家的820倍。

中国很多地区的经济增长速度是靠高投资、高能耗、高污染换来的。

21,本章内容,一、化工热力学的目的、意义和范围二、化工热力学研究内容和安排三、化工热力学的局限性四、为何学和如何学好化工热力学五、本课程的内容,22,一、化工热力学的目的、意义和范围,化工热力学Thermo-dynamics，是讨论热与功的转化规律。

经典热力学建立在热力学三个基本定律之上。

运用数学方法，可以得到热力学性质之间的关系。

本课程的主要目的是运用经典热力学原理来解决如下实际问题：

（1）过程进行的可行性分析和能量有效利用；

（2）平衡问题，特别是相平衡；

（3）平衡状态下的热力学性质计算。

即流体的性质随着温度、压力、相态、组成等的变化。

计算机的广泛应用为化工过程设计所需热力学数据的获取，以及模型化提供了强有力的基础。

23,一、化工热力学的目的、意义和范围,1、化工热力学的定义A、热力学（Thermo-dynamics）B、工程热力学（EngineeringThermodynamics）C、化学热力学（ChemicalThermodynamics）D、化工热力学（ChemicalEngineeringThermodynamics）,24,1、化工热力学的定义A、热力学（Thermo-dynamics）讨论热与功转化规律的科学。

远古“钻木取火”机械能转换为内能。

12世纪“火药燃烧加速箭支的飞行”19世纪“蒸汽机”热转换为功。

25,热力学的四大特性,严密性：

表现在热力学具有严格的理论基础。

热力学证明是可以行通的事情，在实际当中才能够行的通；

热力学证明是不可行的事情，在实际当中无论采用什么措施，也实施不了。

完整性由于热力学具有热力学第一定律：

能量守恒定律第二定律：

熵增原理、热效率第三定律：

绝对熵定律第零定律：

热平衡定律这四大定律使热力学成为一门逻辑性强而完整的科学。

26,普遍性：

表现在热现象在日常生活中是必不可缺少的。

热力学的基本定律、基本理论，不但能够解决实际生产中的问题，还能够解决日常生活中的问题，甚至用于宇宙问题的研究。

精简性：

表现在热力学能够定性、定量地解决实际问题。

27,B、工程热力学（EngineeringThermodynamics）将热力学的基本理论应用于工程技术领域，则为工程热力学。

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。

特点：

制冷、发电介质简单：

水蒸气、氨、氟里昂,28,C、化学热力学（ChemicalThermodynamics）应用热力学来处理热化学、相平衡和化学平衡等化学领域中的问题，则形成化学热力学（是物理化学的一部分）。

例1：

利用热力学的原理能计算出在何种温度和压力条件下，由氮和氢能合成氨，这在化肥工业上产生了重要影响。

420550；

1501000atm例2：

石墨与金刚石二者间转变时的温度与压力效应的热力学计算，不但预示了人工制造金刚石所需的条件，并且导出了关于自然界金刚石形成的地质条件的假说。

29,石墨金刚石？

在1400，5-10万大气压下，石墨金刚石,30,D、化工热力学（ChemicalEngineeringThermodynamics）集化学热力学和工程热力学之大成的学科。

任务是从热力学第一、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，研究各种物理和化学变化过程中达到平衡的理论极限、条件和状态。

它是化学工程学的一个重要组成部分，是化工过程开发、设计和生产的重要理论依据。

31,从十八世纪末到十九世纪初开始，随着蒸汽机在生产中的广泛应用，如何充分利用热能来推动机械作功成为重要的研究课题。

化工热力学的发展,32,1798年，英国物理学家和政治学家BenjaminThompson（1753-1814）通过跑堂钻孔实验开始对功转换为热进行定量研究。

1799年，英国化学家HumphryDavy（1778-1829）通过冰的摩擦实验研究功转换为热。

33,1824年，法国工程师Carnot发表了“关于火的动力研究”的论文。

Carnot（1796-1832）,他通过对自己构想的理想热机的分析得出结论：

热机必须在两个热源之间工作，理想热机的效率只取决于两个热源的温度，工作在两个一定热源之间的所有热机，其效率都超不过可逆热机，热机在理想状态下也不可能达到百分之百。

这就是卡诺定理。

34,法国工程师Clapeyron（1799-1864）把卡诺循环以解析图的形式表示出来，并用卡诺原理研究了气液平衡，,导出了克拉佩隆方程。

35,1843-1848年，英国酿酒商Joule用焦耳实验论述了能量守恒和转化定律。

焦耳的热功当量实验室热力学第一定律的实验基础。

Joule（1818-1889）,36,1850年，德国物理学家Clausius指出：

Clausius（1822-1888）,热不能自动地从低温物体传到高温物体。

这个结论称为热力学第二定律。

1854年给出了热力学第二定律的数学表达式；

1865年提出“熵”的概念。

37,1851年，英国物理学家Kelvin指出：

不可能从单一热源取热使之完全变为有用功而不产生其他影响。

Kelvin（1824-l907）,这是热力学第二定律的另一种说法。

38,1875年发表了“论多相物质之平衡”的论文。

Gibbs（1839-1903）,他在熵函数的基础上，引出了平衡的判据；

奠定了化学热力学的重要基础。

39,经典热力学,无论是工程热力学还是化学热力学还是化工热力学，它们均是经典热力学，遵循经典热力学的三大定律（热力学第一、第二、第三定律），不同之处是由于热力学应用的具体对象不同，决定了各种热力学解决问题的方法有各自的特点。

40,对于新工艺、新方法，用热力学事先判断它的可行性。

（可行性分析）石墨金刚石？

N2+H2NH3？

H2OH2+O2？

常温、常压,常温、常压,常温、常压,判据？

化工热力学的用途,41,对于实践证明是可行的工艺进行优化。

（能量有效利用）A.提高产品质量。

如利用相图去除乙醇中的甲醇和水。

B.节能。

老厂改造，增效挖潜，能量的合理利用。

如美国一聚乙烯醇工厂能耗大，特别是分离工段的能耗占全厂的65%，应用热力学相平衡的成果，将进料中乙醛含量由0.7%降至0.4%后，操作费用节省50%。

能量损失的形式：

1。

防止跑冒滴漏2。

不合理的工艺3。

不可逆损失能量是有品位的。

高温蒸汽比低温蒸汽有用。

有用的热量称为有效能，也称为“火用”,42,多元相平衡数据是设计、生产操作和产品质量控制必不可少的，尤其是产品众多、分离要求高的石油化工更是如此。

产品分离：

设备投资5090%；

能量6090%。

精馏塔的设计,43,建立化工热力学模型，用最易测得的数据（P、V、T、X）推算难测数据（H，S，G）；

用少量实验数据加模型，得到过程开发中大量有用数据。

多、快、好、省！

世界上有105无机物，6x106有机物，只有100种纯物质的热力学数据研究比较透彻。

混合物的种类更多，更有用，但非常难测。

尤其是极性物质、聚合物体系，电解质溶液。

在高压、低温下的物性数据更是当务之急。

实验费时、费力。

44,二、化工热力学的研究内容和安排,45,二、化工热力学的研究内容和安排,46,二、化工热力学的研究内容和安排,1、化工热力学的研究内容“原理-模型-应用”构成化工热力学研究内容的“三要素”,原理,应用,模型,状态方程EOS活度系数模型i,47,方法：

运用经典热力学的原理，结合反映体系特征的模型，应用于解决工程中的实际问题。

48,2、化工热力学的研究特点1）经典热力学的研究特点从局部的实验数