化工热力学参考ppt

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化工热力学38页PPT文档

热力学第零定律为建立温度的概念提供了实验基础。根据第零定律，处于同一热平衡状态的所有体系必定有一宏观特性是彼此相同的，描述此宏观特性的参数称为温度。可见，温度是描述体系特性的一个状态函数。
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化工热力学
热力学的分支
第一章绪论
⑴工程热力学:十九世纪蒸汽机的发明和相应的科学形成了工程热力学，工程热力学主要研究功热转换，以及能量利用率的高低。 ⑵化学热力学：化学热力学是应用热力学原理研究有关化学的各类平衡问题，这在物理化学中是一个很重要的组成部分。离开了热力学原理，许多化学现象就无法深入探讨下去。化学热力学主要侧重于热力学函数的计算，主要是 H、S、U、F 和G 的计算。 ⑶化工热力学：研究在化学工程中的热力学问题，化工热力学具有化学热力学和工程热力学的双重特点。它既要解决能量的利用问题，又要研究解决相际之间质量传递与化学反应方向与限度等问题。
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化工热力学
第一章绪论
化工热力学与其他化学工程分支学科的关系
原料
反应
分离提纯
产品
从这一过程可以提出这样几个问题:
反应工程
分离工程
⑴制造原料的获得。 ⑵选择反应工艺条件,设计反应器。
⑶确定分离、提纯方法,设计分离设备。
化工动力学催化剂工程
化工热力学
针对这几个问题，就要考虑解决它的办法，原则上为这样的解决途径，我们可
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化工热力学
第一章绪论
未来发展：
热力学作为科技发展和社会进步的基石从来没有动摇过，并已逐渐深入到材料、生命、能源、信息、环境等前沿领域。热力学所处理的对象不单单是一般的无机、有机分子，还包含有链状大分子、蛋白质分子、双亲分子、电解质分子和离子等，其状态也不局限于常见的汽(气)、液、固三态，还涉及高温高压、临界和超临界、微孔中的吸附态、液晶态、微多相态等，这一切都对化工热力学提出了新的要求，并向着连续热力学，带反应的热力学，高压与临界现象，界面现象，电解质溶液，膜过程，高分子系统，生物大分子，不可逆过程热力学，分子热力学，分子模拟等复杂系统发展。

《化工热力学》课件

提高产品质量和产量
通过改进热力学过程，可以提高产品的质量和产量，提升企业竞争力。
03
02
01
历史回顾
化工热力学起源于工业革命时期，随着科技的发展和工业的进步，逐渐形成一门独立的学科。
发展趋势
随着环保意识的提高和能源需求的增加，化工热力学将更加注重节能减排、资源循环利用和可再生能源的开发利用。
未来展望
总结词：熵增加
详细描述：热力学第二定律指出，在封闭系统中，自发过程总是向着熵增加的方向进行，即系统总是向着更加混乱无序的状态发展。这个定律对于化工过程具有重要的指导意义，因为它揭示了能量转换和利用的限制，以及不可逆过程的本质。
绝对熵的概念
总结词
热力学第三定律涉及到绝对熵的概念，它指出在绝对零度时，完美晶体的熵为零。这个定律对于化工过程的影响在于，它提供了计算物质在绝对零度时的熵值的方法，这对于分析化学反应的方向和限度具有重要的意义。同时，它也揭示了熵的物理意义，即熵是系统无序度的量度。
总结词
化工过程的能量效率是衡量化工生产经济效益的重要指标，通过提高能量效率，可以降低生产成本并减少环境污染。
能量效率是评价化工过程经济性和环境影响的重要参数。它反映了化工过程中能量转化和利用的效率。提高能量效率意味着减少能源的浪费，降低生产成本，同时减少对环境的负面影响。为了提高能量效率，需要采用先进的工艺技术和设备，加强能源管理，优化操作条件。
《化工热力学》PPT课件
xx年xx月xx日
目录
CATALOGUE
化工热力学概述热力学基本定律化工过程的能量分析化工过程的热力学分析化工热力学的应用实例
01
化工热力学概述
提高能源利用效率
通过优化化工过程的热力学参数，可以降低能耗，提高能源利用效率。

化工热力学的教学课件

热力学中因做功的方式不同，有各种形式的功
机械功、电功、化学功、表面功、磁功体系所
得的功（环境对体系做功）为正值，体系所失
的功（对环境做功）为负值。功不是体系的性
质，不是状态函数，而是和过程所经的途径有
关。在国际单位制中功的单位也用J表示。

第一章绪论
——名词、定义、基本概念
5 能、功和热
（3)热：从经验知道，一个热的物体和一个冷的
1593年：伽利略制造出第一只温度计
1784年：有了比热的概念
18世纪末：证明了热不是一种物质
1824年：卡诺提出了理想热机的设想
1738年：伯努利提出了第一个能量守恒实例
提出了热力学第一定律
1824年：焦耳测定了热功当量
第一章绪论
——化工热力学的发展简史

1850年：克劳休斯证明了热机效率，提出了热力学第
物体相接触，冷的变热了，而热的变冷了。说
明在它们之间有某种东西在相互传递着，人们
称这种东西为热。当热加到某体系以后，其贮
存的不是热，而是增加了该体系的内能。有人
形象化地把热比作雨，而把内能比作池中的水，
当体系吸热而变为其内能时，犹如雨下到池中
变成水一样体系吸热取正值，放热取负值。

第一章绪论
——名词、定义、基本概念
G等）表示。上述三个问题的解决离不开
热力学数据与物性数据
第一章绪论
——化工热力学的主要研究内容

提供热力学数据与物性数据：
但是，热力学的有效应用（如过程模
拟与放大），往往由于缺乏热力学基础
数据而发生困难。根据统计，现有十万
种以上的无机化合物和近四百万种有机
化合而热力学性质已研究得十分透彻的

化工热力学经典PPT课件

j
1 2
K j 1
K k 1
z jk 2kT
jk
12 高分子系统的分子热力学
多元系旋节线
A11
Dsp
A21
AK 1,1
A1,K 1
A2,K 1
0
AK 1,K 1
多元系临界点
Dsp 0
D1 A21 Dcri
AK 1,1
DK 1
A2,K 1
0
AK 1,K 1
Aij
2 A~V
● 再填充N1个组分1分子
只要将上式作一变换即可，即：
N2 N1 r2 r1 Nr N1r1
N1r1 0
所有N1个组分1分子的填充方式数为
1
z N1 (z 1) N1 (r1 2) N1N1r1 r1N1r1 NrN1 (r1 1) N1!e N1r1
12 高分子系统的分子热力学
混合物总的填充方式数为
12 高分子系统的分子热力学
胞腔模型
键长1，键角90和180 邻座数6
高分子溶液由立方格子堆积而成，高分子由r个链节组成，每个格子可以被高分子的一个链节或一个溶剂分子占
据，但每个格子并非被高分子链节或溶剂分子填满，而是留有一定的空隙。格子的大小是可以变化的，系统压力愈高，格子愈小，填充后留下的空隙也愈小。为可压缩液体，在此基础上建立的模型能反映压力变化对系统热力学性质的影响。可以得到状态方程。
i
12 高分子系统的分子热力学
为简单起见，采用完全随机分布的近似处理：
N11 N1r1z1 / 2 N22 N2r2z2 / 2 N12 N1r1z2 N2r2z1
代入式(1)得
U z N1r1z111 / 2 N2r2z222 / 2 N1r1z212

化工热力学ppt

0.5 1 (0.48 1.57 0.176 2 )(1 Tr0.5 )

SRK方程的特点：与RK方程相比，大大提高了表达气、液平衡的准确性，使之用于混合物的气液平衡计算，在工业上得到广泛应用；但是预测液相的摩尔体积不够准确，其Zc（等于1/3）与实际流体的临界压缩因子相比，还是偏大。（4）Peng-Robinson（PR）方程为了改善RK与SRK方程的不足，Peng和Robinson又提出了PR状态方程形式： RT a p V b V (V b) b(V b)
（2）RK方程 RK方程是1949年建立的。形式
RT a/ T p V b V (V b)
其中的方程常数与vdw方程常数的导出方法类似，与纯物质的临界参数的关系为
R 2Tc2.5 a 0.42748 pc RTc b 0.08664 pc
RK方程的的特点：与vdw方程相比，其Zc（等于1/3）较小，故预测流体性质的准确度提高了，但是，对液相P-VT关系的描述准确度还不够高。（3）Soave-Redilich-Kwong（SRK）方程 1972年，Soave修正了RK方程中常数a，使a不仅与临界参数有关，还与物质的蒸气压及外界条件温度相关联，建立了SRK方程。形式
第二章流体的P-V-T性质
2.1 引言 1）用途：用流体的P-V-T性质，结合一定的热力学原理式，可以推算更有用的性质M。这是流体的P-V-T性质的最重要的用途之一，所以流体的P-V-T性质的研究是重要的基础工作。 2）获得方法：流体的P-V-T性质的获得，主要通过两种方法：一是实验测定，存在种种弊端。虽然至今已经积累了大量的纯物质及其混合物的P-V-T数据，如水、空气、氨等，但是实验测定不具有普遍性，如费时、费力又耗资；测定所有流体的P-V-T数据显然是不现实的，离散的数据点不便于进行数学处理，难以采用理论的方法获得数据点以外的或其它的热力学性质；二是用流体的临界参数、正常沸点、饱和蒸气压等基础数据来预测流体的 P-V-T性质。这是具有实际意义的工作，因为绝大多数的纯流体的上述基础数据能够在有关手册中查到, 这正是本章要讨论的，

2024版化工热力学精ppt课件

REPORTING
化学反应热效应计算方法
热力学第一定律
能量守恒定律在热力学中的应用，用于计算反应热效应。
生成焓与反应焓
通过生成焓计算反应焓，进而求得反应热效应。
键能法
利用化学键能数据估算反应热效应。
化学反应方向判据及应用
根据熵变判断反应自发进行的方向。
利用平衡常数判断反应进行的方向和程度。
焓、熵和吉布斯自由能概念及应用
焓（H）
系统的热函数，表示系统总能量的变化。
熵（S）
表示系统的无序程度，用于描述不可逆过程的自发性。
吉布斯自由能（G）
描述系统在特定条件下的最大有用功，用于判断反应的方向和限度。
应用
用于分析化工过程中的热力学性质、相平衡、化学反应平衡等问题。
化工过程能量优化方法
热力学第二定律不可能把热从低温物体传到高温物体而不产生其他影响，或不可能从单一热源取热使之完全转换为有用的功而不产生其他影响，或不可逆热力过程中熵的微增量总是大于零。
状态方程与状态参数
状态方程
描述系统或它的性质和本质的一系列数学形式。将系统的物理性质用数学形式表达出来，即建立该系统各状态参数间的函数关系。
膜分离过程热力学原理
利用膜的选择性透过性，实现混合物中各组分的分离。膜分离过程涉及溶解平衡、传质等热力学基本原理。
03
吸附过程热力学原理
利用吸附剂对混合物中各组分的选择性吸附，实现组分的分离。吸附过程涉及相平衡、传质等热力学基本原理。
THANK平衡和固固平衡简介
固液平衡
固体与液体之间的平衡状态，涉及溶解度、溶度积等概念。在化工过程中，固液平衡对于结晶、溶解等操作具有重要意义。
VS

化工热力学PPT48页

41
第7章压缩、膨胀、动力循环与制冷循环
（1）
（2）
42
（3）
43Leabharlann （4）44（5）（6）
45
（7）
热泵
P306
46
（8）
47
计算题 • P50 习题2-13 • P102 例4-5 • P154 习题4-20、4-24、4-27 • P219 习题5-11 • P222 习题5-42、5-43 • P297 例7-5
19
（2）（3）（4）
20
（5）
21
习题 P154
22
（6）逸度可认为是：校正压力
23
（7）
24
（8）
25
（9）
26
（10）
27
（11）
1. 理想溶液的超额性质等于多少？要求会根据纯物质摩尔性质和偏摩尔性质 2. 要求会计算超额性质！！！计算超额性质。（12）
28
（13）
化工热力学
期末复习
1
考试注意事项
• 一定要带计算器！！！ • 不能作弊！！！
2
第1章绪论
（1）
关于化工热力学用途的下列说法中不正确的是（ C ） A.可以判断新工艺、新方法的可行性。 B.优化工艺过程。 C.预测反应的速率。 D.通过热力学模型，用易测得数据推算难测数据；用少量实验数据推算大量有用数据。
•
坚持质量第一原则，确保体系有效运行。下午3时16 分44秒下午3 时16分1 5:16:44 20.10.1 5
•
造高楼，打基础，保安全，抓班组。2 0.10.15 20.10.1 515:16 15:16:4 415:16: 44Oct-2 0

化工热力学培训课件(ppt 35页)

log P2s 7.9392 1650.4 /(t 226.27) V2 22.888 3.642 102 T 0.685 104 T 2
P i (mmHg )
Vi (cm / mol )
3
t (C)
T (K )
解：由于低压气相理想气体，液相为非理想溶液，
汽液平衡关系为
T 38.45 42.00 46.00 50.00 54.00 58.00 62.33
x 1.00 0.7863 0.5810 0.405 0.254 0.127 0.000
y 1.00 0.9014 0.7728 0.623 0.450 0.249 0.000
65 60 55 50 45
P=53.3kPa
P kPa
s
p1 x1 p2 x2
s s s s
50 40 30 20 10 0 0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
p1 x1 p2 (1 x1 ) ( p1 p2 ) x1 p2
s S
x(y)
(2) 求P=53.3 KPa时的T-x-y数据
（若指定x，则因为T未知，而T与Pis的关系为非线形关系，求温度时要试差）
γ
汽-液平衡计算回顾：
根据独立变量的指定方案不同可以将汽-液平衡计算分成以下两大类，即泡、露点计算和平衡闪蒸计算。
泡、露点计算的特点是已知温度、压力、汽相组成、液相组成四者中的两个，去求另两个。
泡点压力计算：指定液相组成x和温度T，求汽相组成y和压力P；
泡点温度计算：指定液相组成x和压力P，求汽相组成y和温度T；
i
变化？
再次计算ΦiV,Ki 和
K x
7.3.3.2 活度系数法计算泡、露点

《化工热力学》PPT课件

化工热力学
Chemical Engineering thermodynamic s
第四章流体混合物的热力学性质
本章的学习目的: 通过本章的学习,掌握敞开体系
均相混合物的基本热力学关系及计算
枣庄学院化学化工系
第四章流体混合物的热力学性质
本章的知识点与重点
1、掌握变组成体系热力学性质间的关系 2、理解化学位、偏摩尔量、混合物的逸度及逸度系数
• 溶液的摩尔性质
M，如 U、H、S、G、V
• 偏摩尔性质 M i
• 纯组分的摩尔性质
，如 Ui、Hi、Si、Gi、Vi
Mi，如 Ui、Hi、Si、Gi、Vi
4.2 化学位和偏摩尔性质
（3）偏摩尔性质的计算 ⅰ解析法（截距法）
将
Mi
nM ni
T ,P ,n j
展开
Mi
M
n ni
T ,P,n
M ni
T
,P,n
M xk
T ,P,x
xk ni
n
j
j
j
(4-14)
4.2 化学位和偏摩尔性质
xk
nk n
x k n i
n j
n
n k n i
=0
nj
n
k
n n i
n2
=1 n j
xk ni
n
nk xk
n2
n
j
逐次代入代入4-14 代入4-13
4.2 化学位和偏摩尔性质
M i
M
k i
xk
M xk
T ,P ,x ji ,k
二元体系
dM M1 M x2 dx2 或
M1
M
x2

高等化工热力学PPT

对于稳定平衡和介稳平衡，熵S为极大，热力学能U、焓H、亥氏函数A和吉氏函数G为极小。
4 流体的稳定性理论
从一个稳定或介稳的平衡态出发，当系统的独立变量发生一个微小的变化dB时，在不同的条件下引起的不同热力学函数的变化为：
δSU,V 0 δU S ,V 0; δH S , p 0; δAT ,V 0; δGT , p 0
i 1, K
4 流体的稳定性理论
则有：
dU (T ( ) - T (1) )dS ( ) ( p ( ) - p (1) )dV ( ) (i( ) - i(1) )dni( ) 0
2 2 2 i 1
K
因为除了第1个相的熵、体积和各组分的摩尔数不能独立变化外，其它各相的相应值均可独立变化，因此上式中的各独立变量微变前的系数应该恒等于零，即：
TdS pdV i dni
i 1
K
设有一个处于平衡状态的多组分多相封闭系统在恒熵恒容下发生了一个微小的变化，则
dU U T dS
1 ( )

( )
1
p dV
( )

( )
1
i( ) dni( ) 0
1 i 1
AVV Dsp A1V
AV 1 AV , K 1 A11 A1, K 1 0
AK 1,V AK 1,1 AK 1, K 1
2 Am 2 Am 2 Am AVi AiV A 其中 Aij VV Vx xi x j V 2 i T T ,V T , x
即
p V 0 m T ,n

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1799年，英国化学家 Humphry Davy (17781829)通过冰的摩擦实验研究功转换为热。
1824 年，法国陆军工程师
Nicholas Léonard Sadi Carnot 发表了 “ 关于火的动力研究” 的论文。
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与两个热源的温度，工作在两 Carnot 个一定热源之间的所有热机，其效 (1796 - 1832) 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。
结合起来，奠定了化学热力学
的重要基础。
热力学基本定律反映了自然界的客观规律,以这些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,显然具有高度的普遍性、可靠性与实用性,可以应用于机械工程、化学、化工等各个领域,由此形成了化学热力学、工程热力学、化工热力学等重要的分支。化学热力学主要讨论热化学、相平衡和化学平衡理论。工程热力学主要研究热能动力装置中工作介质的基本热力学性质、各种装置的工作过程以及提高能量转化效率的途径。化工热力学是以化学热力学和工程热力学为基础，结合化工实际过程逐步形成的学科。
1.3 热力学的研究方法
宏观
经典热力学
微观
统计热力学
经典热力学只研究宏观量（温度、压力、密度等）间的关系。
但是宏观性质与分子有关；温度与分子行的可行性分析和能量的有效利用； (2) 相平衡和化学反应平衡问题； (3) 测量、推算与关联热力学性质。
化工热力学的基本关系式包括热力学第一定律、热力学第二定律、相平衡关系和化学反应平衡关系。具体应用中的难点包括：
1 简化普遍的热力学关系式以解决实际的复杂问题；
2 联系所需要的关系式和确定求解方案；
教学内容
1 绪论 2 流体的 P-V-T 关系 3 纯流体的热力学性质 4 流体混合物的热力学性质 5 化工过程的能量分析 6 蒸汽动力循环与制冷循环 7 相平衡 8 化学反应平衡
1 绪论
1.1 热力学的发展 1.2 化工热力学的内容 1.3 热力学的研究方法
1.1 热力学的发展
热力学是研究能量、能量转换以及与能量转换有关的物性间相互关系的科学。
热力学(thermodynamics)一词的意思是热 (thermo)和动力(dynamics)，既由热产生动力，反映了热力学起源于对热机的研究。
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使用，如何充分利用热能来推动机器作工成为重要的研究课题。
1798年，英国物理学家和政治家 Benjamin Thompson (1753-1814) 通过炮膛钻孔实验开始对功转换为热进行定量研究。
卡诺的论文发表后，没有马上引起人们的注意。过了十年，法国工程师Benôlt Paul Emile 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汽液平衡，导出了克拉佩隆方程。
1842 年，德国医生
Julius Robert Mayer (1814 - 1878) 主要受病人血液颜色在热带和欧洲的差异及海水温度与暴风雨的启发，提出了热与机械运动之间相互转化的思想。
3 确定真实流体的内能、熵和逸度等热力学性质与温度、压力、比容和热容等可测量参数间的关系；
4 掌握热力学图表和方程的使用方法； 5 判断计算结果的准确性。
课程目标
1 理解化工热力学的基本原理 2 预测和分析化工系统的性能。 3 根据所要解决问题的性质，选择和使用计算流体热力学性质的数学模型； 4 计算化工过程的能量变化； 5 计算纯流体和混合物的相平衡； 6 计算气相和液相反应的反应物和产物的平衡组成； 7 了解热力学在化工过程中的主要实际应用。
学物理学教授 Josiah Willard
Gibbs发表了 “论多相物质之
平衡” 的论文。他在熵函数的
基础上，引出了平衡的判据；
提出热力学势的重要概念，用
以处理多组分的多相平衡问题；
导出相律，得到一般条件下多
Gibbs
相平衡的规律。吉布斯的工作， (1839 - 1903)
把热力学和化学在理论上紧密
Mayer (1814 - 1878)
1847年，德国物理学家和生物学家 Hermann Ludwig von Helmholtz (1821 - 1894) 发表了 “ 论力的守衡” 一文，
全面论证了能量守衡和转化定律。
Helmholtz (1821 - 1894)
1843-1848年，英国酿酒商 James Prescott Joule (1818 - 1889) 以确凿无疑的定量实验结果为基础，论述了能量受恒和转化定律。焦耳的热功当量实验是热力学第一定律的实验基础。
化工热力学
Chemical Engineering thermodynamics
教材和参考书
1 《化工热力学》（第二版），朱自强，徐汛主编，化学工业出版社，1991年
2 陈钟秀, 顾飞燕. 化工热力学例题与习题. 北京:化学工业出版社, 1998
3 Smith J M, Van Ness H C, Abbott M M. Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics, 6th ed. New York: McGraw-Hill, 2001
1851年，英国物理学家 Lord Kelvin (1824l907)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。这是热力学第二定律的另一种说法。
1853年，他把能量转化与物系的内能联系起来，给出了热力学第一定律的数学表达式。
1875 年，美国耶鲁大学数
1.2 化工热力学的目的和内容
化工热力学的主要任务是以热力学第一、第二定律为基础,研究化工过程中各种能量的相互转化及其有效利用的规律,研究物质状态变化与物质性质之间的关系以及物理或化学变化达到平衡的理论极限、条件和状态。
化工热力学是理论和工程实践性都较强的学科。
化工热力学所要解决的实际问题可以归纳为三类：
Joule (1818 - 1889)
根据热力学第一定律热功可以
按当量转化，而根据卡诺原理热却不能全部变为功，当时不少人认为二者之间存在着根本性的矛盾。 1850 年，德国物理学家 Rudolf J. Clausius (1822 - 1888) 进一步研究了热力学第一定律和克拉佩隆转述的卡诺原理，发现二者并不矛盾。他指出，热不可能独自地、不付任 Clausius 何代价地从冷物体转向热物体，并 (1822 - 1888) 将这个结论称为热力学第二定律。克劳胥斯在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。