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《化工热力学》课程教学大纲课程代码：040310课程名称：化工热力学/Chemical Engineering Thermodynamics学时/学分：48/3先修课程：物理化学适用专业：化学工程与工艺本科开课院系：化学化工学院化学工程与工艺系教材：陈钟秀，顾飞燕，胡望明编. 化工热力学. 北京：化学工业出版社．2004主要参考书：1．金克新，赵传钧，马沛生．化工热力学. 天津：天津大学出版社．20032．陈新志，蔡振云，胡望明．化工热力学. 北京：化学工业出版社．20013 ．Smith J M and Van Ness H C. Introduction to ChemicalEngineering ．Thermodynamics. 4th ed. McGraw-Hill. New York．1996一、课程的性质和任务化工热力学是化学工程学科的一个重要分支，也是化学工程与工艺专业必修的专业基础课程。
化工热力学是将热力学原理应用于化学工程技术领域，其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，研究各种物理和化学变化过程达到平衡的理论极限、条件和状态。
本课程将热力学的理论应用于化工生产中的真实流体和混合体系，解决化工过程中的热力学问题，培养学生从热力学的基本定律和定义出发，利用有限的资料解决工程问题的能力。
它是化工过程研究、开发与设计的理论基础。
要求通过本课程的学习，要求掌握常用的几种气体状态方程，掌握流体热力学性质的计算方法，熟悉化工过程的热力学分析方法及其在化工节能领域的应用，掌握汽液平衡的计算方法，熟悉化学反应平衡的计算，了解物性数据估算等关键内容。
二、课程的内容和基本要求绪言要求：了解课程性质、任务、要求、学习注意点。
第一章真实流体的PVT关系流体的PVT关系是化工工艺设计计算和研究热力学问题的基础，重点讲解加压下真实气体及其混合物的PVT关系的计算方法。
做模拟的时候物性方法的选择是十分关键的，选择的十分正确关系着运行后的结果。
是一个难点，高难点，而此内容与化工热力学关系十分紧密。
首先要明白什么是物性方法？比如我们做一个很简单的化工过程计算，一股100C,1atm的水-乙醇(1:1的摩尔比，1kmol/h）的物料经过一个换热器后冷却到了80C,0.9atm,问如分别下值是多少？1.入口物料的密度，汽相分率。
2.换热器的负荷。
3.出口物料的汽相分率，汽相密度，液相密，还可以问物料的粘度，逸度，活度，熵等等。
以上的值怎么计算出来？好，我们来假设进出口的物料全是理想气体，完全符合理想气体的行为，则其密度可以使用PV=nRT计算出来。
并且汽相分率全为1，即该物料是完全气体。
由于理想气体的焓与压力无关，则换热器的负荷可以根据水和乙醇的定压热熔计算出来。
在此例当中，描述理想气体行为的若干方程，比如涉及至少如下2个方程：1.pv=nRT，2.dH=CpdT. 这就是一种物性方法（aspen plus中称为ideal property method)。
简单的说，物性方法就是计算物流物理性质的一套方程，一种物性方法包含了若干的物理化学计算公式。
当然这例子选这种物性方法显然运行结果是错误的，举这个例子主要是让大家对物性方法有个概念。
对于水-乙醇体系在此两种温度压力下，如果当作理想气体来处理，其误差是比较大的，尤其对于液相。
按照理想气体处理的话，冷却后仍然为气体，不应当有液相出现。
那么应该如何计算呢？想要准确的计算这一过程需要很多复杂的方程，而这些方程如果需要我们用户去一个个选择出来，则是一件相当麻烦的工作，并且很容易出错。
好在模拟软件已经帮我做了这一步，这就是物性方法。
对于本例，我们对汽相用了状态方程，srk,液相用了活度系数方程(nrtl,wilson,等等），在aspen plus中将此种方法叫做活度系数法。
如果你选择nrtl方程，就称为nrtl方法，wilson方程就成为wilson物性方法(wilson property method)。
化工计算方法大全
一、热力学计算
（1）Gibbs自由能法
Gibbs自由能法是根据Gibbs第一定律和热力学二定律，使用系统的密度函数，采用不完全分子热力学的几率云理论，将一些不容易观测的热力学参数以实验可测量的形式定量计算出来，以预测和预报各种化学反应的热力学和反应速率常数等的方法。
（2）Clausius–Clapeyron方法
Clausius–Clapeyron方法是一种热力学计算方法，使用Clausius-Clapeyron定理来计算物质的蒸发或汽化热参数，它利用量子力学的对称性，将热力学参数转换为有关密度，汽化热，比焓，指数等的函数。
（3）Peng–Robinson方法
Peng-Robinson方法是一种基于Peng-Robinson分子体系模型的热力学计算方法，它具有计算出准确热力学参数，模拟物性参数和物质的汽化热等特点，使得热力学计算的可靠性和准确性有所提高，是工业应用中最重要的热力学计算方法之一
二、流体力学计算
（1）Navier-Stokes方程
Navier-Stokes方程是流体力学的基础，是描述流体力学运动的基本方程，用于解决流体力学问题，是理解解决一些重要的流体动力学问题的基础。
（2）动量方程
动量方程是流体力学中也是流体力学中的基本方程之一，用于解决流体力学的重要问题，反映了动量守恒定律在流体运动过程中的作用，是能够解释流体运动特性的基础。
化工计算常用公式与数据化工计算在化学工程与技术领域中是至关重要的一部分。
化工计算常用于流程设计、物质平衡、热力学计算、反应动力学等方面。
在化工计算中，常用的公式与数据被广泛应用于各种问题的解决。
下面是一些常用的化工计算公式与数据：1.质量平衡公式：质量平衡公式用于计算化工过程中的物质流量。
其一般形式为：输入质量=输出质量+反应质量。
质量平衡公式可应用于各种化工过程中，如化工反应、蒸馏等。
2.能量平衡公式：能量平衡公式用于计算化工过程中的能量流动。
其一般形式为：输入能量=输出能量+产生/吸收的能量。
能量平衡公式可应用于化工过程中的加热、冷却、压缩等。
3.热力学计算公式：热力学计算公式用于计算化工过程中的热力学性质，如物质的热容、热导率、比热等。
常用的热力学计算公式包括能量平衡公式、吉布斯自由能公式、焓表公式等。
4.流体力学公式：流体力学公式用于计算化工过程中的流体流动性质，如胀缩流动、湍流流动、管道流动等。
常用的流体力学公式包括泊肃叶斯方程、雷诺数公式、二次管道流动公式等。
5.反应动力学公式：反应动力学公式用于计算化工反应过程中的反应速率、反应平衡常数等。
常用的反应动力学公式包括阿伦尼乌斯方程、核心壳层模型等。
6.化学物性数据：化学物性数据是化工计算中不可或缺的一部分，用于计算物质的物理与化学性质。
常用的化学物性数据包括物质的摩尔质量、密度、溶解度、沸点、熔点等。
以上只是化工计算中一小部分常用的公式与数据，实际上在化工计算中还有很多其他的公式与数据被广泛应用。
化工计算是化学工程与技术的重要组成部分，通过合理的应用化工计算公式与数据，可以提高化工过程的效率、节约资源、降低生产成本。
热力学物性估算方法热力学物性估算方法是指在缺乏实验数据的情况下，通过计算或模型来估计物质的热力学性质。
热力学物性估算方法在化工工程、材料工程、环境科学等领域中具有重要的应用价值。
本文将介绍几种常用的热力学物性估算方法。
1.固体热容估算方法固体热容是指单位质量固体在温度变化下的热容量。
根据普遍公认的Dulong-Petit法则，理想情况下，固体的摩尔热容等于3R，其中R为气体常数。
因此，可以通过使用Dulong-Petit法则进行固体热容的估算。
然而，对于非理想的固体，Dulong-Petit法则并不适用。
因此，还可以使用经验公式或理论模型来计算固体热容，如Einstein模型和Debye模型等。
2.液体密度估算方法液体密度是指单位体积液体的质量。
液体密度的估算方法有很多种，其中最简单的方法是使用经验公式。
例如，在化工工程中，常用的液体密度估算公式是Kaye and Laby公式，即density = a + bT + cT^2 +dT^3，其中a、b、c和d为经验常数，T为温度。
另外，也可以使用理论模型如Van der Waals方程来估算液体的密度。
3.气体黏度估算方法气体黏度是指气体内部分子之间的相对运动所产生的阻力。
气体黏度的估算方法有很多种，其中较常用的方法是使用经验公式。
例如，Stokes 公式可以用于估算低速流动气体的黏度，而Iwai公式可以用于估算高速流动气体的黏度。
此外，理论模型如Chapman-Enskog理论和Lennard-Jones势能模型也可以用于气体黏度的估算。
4.溶液热容估算方法溶液热容是指单位质量溶液在温度变化下的热容量。
溶液热容的估算方法有很多种，其中常用的方法是使用经验公式。
例如，在化工工程中，可以使用Margules方程或二元显示系数公式来估算溶液的热容。
另外，流行的理论模型如SRK方程和NRTL方程也可以用于溶液热容的估算。
总之，热力学物性估算方法在工程实践中具有重要的应用价值。
实用文案1 纯组分物性常数的估算1.1、乙基2-乙氧基乙醇物性的输入由于Aspen Plus 软件自带的物性数据库中很难查乙基2-乙氧基乙醇的物性参数, 使模拟分离、确定工艺条件的过程中遇到困难, 所以采用物性估算的功能对乙基2-乙氧基乙醇计算。
已知:最简式：(C6H14O3)分子式：(CH3-CH2-O-CH2-CH2-O-CH2-CH2-OH)沸点：195℃1.2、具体模拟计算过程乙基2-乙氧基乙醇为非库组分，其临界温度、临界压力、临界体积和临界压缩因子及理想状态的标准吉布斯自由能、标准吉生成热、蒸汽压、偏心因子等一些参数都很难查询到，根据的已知标准沸点TB，可以使用aspen plus软件的Estimation Input Pure Component(估计输入纯组分) 对纯组分物性的这些参数进行估计。
为估计纯组分物性参数，则需1. 在Data (数据)菜单中选择Properties(性质)2. 在Data Browser Menu(数据浏览菜单)左屏选择Estimation(估计)然后选Input(输入)3. 在Setup(设置)表中选择Estimation(估计)选项，Identifying Parameters to be Estimated(识别估计参数)4. 单击Pure Component(纯组分)页5. 在Pure Component 页中选择要用Parameter(参数)列表框估计的参数6. 在Component(组分)列表框中选择要估计所选物性的组分如果要为多组分估计选择物性可单独选择附加组分或选择All(所有)估计所有组分的物性7. 在每个组分的Method(方法)列表框中选择要使用的估计方法可以规定一个以上的方法。
具体操作过程如下：1、打开一个新的运行，点击Date/Setup2、在Setup/Specifications-Global页上改变Run Type位property Estimation3、在Components-specifications Selection页上输入乙基2-乙氧基乙醇组分，将其Component ID为DIMER4、在Properties/Molecular Structure -Object Manager上，选择DIMER，然后点Edit5、在Gageneral页上输入乙基2-乙氧基乙醇的分子结构6、转到Properties/Parameters/Pure Component Object Manager上，点击“NEW”然后创建一个标量（Scalar）参数TB7、输入DIMER的标准沸点（TB）195℃8、然后转到Properties/Estimation/Set up页上，选择Estimation all missing Parameters9、运行该估算，并检查其结果。
化工热力学*11化工物性数据估算*11化工物性数据估算11・1基本物性常数估算1仁2流体蒸气压的估算比勺数据的评估'❶临界参数的估算... .....正常沸点触算— <>熔点与凝固点的估算偏心因子的估算11.1基本物性常数估算 促字工业出版初空卍字工业出版?I11.1.1临界参数的估算1 (1) Lydersen法1 T c = T b[0. 367 十工灯―工(AT)2]-1(11-1) 1 1 Pc = M(0. 34 + 工A/?)-2(11-2) 1 1 匕=40 + 工 AV (11-3) 1(2) Ambrose法1 T c = 7U1 +(1・242+》AT)T] (11-4) 1 Pc = Mo. 339 +》△/>)—2 (11-5) 1 V c - 40 + S AV (11-6)lE^xai!出版?i(3) Joback法+ 0. 965工 AT C—(工 AT C)2J-]p©=(0. 113+0. 0032% — S 2V c = 17.3 + ^AV CT c=几_0・ 584 (11-7a) (lP7b)表11-1 Lydcrscn法的基团贡献值0基团基团△丁非环念氧—CH30. 0200. 227 ■ ■—（用（薛）0. 082 0. 06(18)1 —OH(酚) 0. 031 (-0.02) (3)—CH21 0. 020 0. 227 55—-〔非环）0. 021 0. 1620-CH1 0.012 0. 210 51—（1〔环）(0.014)(0. 12)(8)1 11—C=（K非环）0・0400. 2960-c—0. 000. 210 41|1 —C=（）〔环）(0.033) (0.2) (50)=＜：H20.0180. 198 45 I1 IK=()(g^)0. 048 0. 3373 =＜：H 0.0180. 198 45 —COOHC 酸)0. 085 (0.4) 801 ! —厂0.00. 198 36 —CCX)-(^)0. 0470. 4780V=（）（除上述）(0・02) (0. 12) (11)=「= 0.00. 198 36 含氮N、H e. oo50. 153 (36) —NHz 0・031 0.095 280. 005 0. 153 (36) 1 0. 0S1 0. 135 (37) 环•、门1卅・—CH2—0.0130. 184 44.5 1 —NH(环)(0・024〉(0. 09〉⑵〉1 : —CH0.012 0. 192 461—匚〔非环）0.0140. 17 (42)l 1 11一、一（环〉(0・007)(0. 13) (32)—c—1 (-0. 007) (0. 154) (31)—CN (0.060)(0. 36) (80)—\()2 (0・055)(0. 42) (78)续上表表11・2 .loback法的基团贡献值基囲S5非环增量—CH3 0.0141一0・ 0012 65 23.58 —5・10非环増量、CH20.01890 56 22.88 11.2" /\ CH—0.01640.00204121.74 12.64 /\ / C0. 0067O.・ 0043 27 18.25 46.43 / \=CH20.0113-0. 0028 56 18.18-4.32 =CH—0.0129-0. 00064624.96 & 73 / =c 0.01170.. 00113824. 1411.14 \=c= 0. 00260.. 0028 36 26. 1517-78 =CH 0. 0027 一0・0008469.20 -11.18三c- 0. 0020 0.0016 37 27.38 64.32 环増量—CH2—0.01000- 0025 48 27.157.75\ CH—0.0122 0.0G043821.78 19.88/\ / C0. 0042 0.006127 21.32 60.15 / \ =CH—0. 0082 几OOH4126.73 8.13Z =c 0.01430.0008 3231.0137-02、续上表茵増址—F 0.0111-0.0057 27 -0.03 -15.78—C1 0.0105 一 6 0049 58 貉1313.55—Br 0.0133 0. 0057 71 66.86 43.43—I0.0068一6 0034 9? 93.8441・69氧増量—OH®〉0.07410.0112 28 92.88 44.4"—（）H （酚）0.02400.0184 -25 76.34 82.83—（1（非环〉0.01680.0015 18 22.42 22,2、—（I环）0.00980. 0048 1331.22 23.050.03800. 003162 76.75 61.20X C=C）（非环）/\0.C284 0. 0028 55 94.9775.97/=()(茹)（YH—（醛）0.037&0. 003082 72.24 36.90—G)OH(^)0.0791 0. 0077 89 159.09155.50—GKWgl) 0.04810. 000582 81.1053.60=（）（以上之外的）0.01430. 010136 —10.50 2.08氮增量0.02430.010938 73.23 66.89—NH2；沖非环）0.0295 0. 0077 35 50.17 52.66\0.01300.011429 52.82 101.51/H(环)（非环）0.01690. 0C74 9 11.7448.84/续上表基囲辽ATb 氮増址一、=（非环〉0.0255 一0.009974.60—x=〔环）0.00850. 0076 34 ■ r ■ ■” 506& 40—CN 0.0496—0.010191125.66 59.89 —\()2 0.04370. 006491152.54 127.24貌増童—SH 0.00310. 0084 63 63.56 20.09一 _ / TT \ 0.01190. 0049 54 6& 78 34.40*3 （非坏）一》（环〉0.00190. 0051 38 52.10 79.93(4) MXXC 法T c =几(0・ 573430+ 1.07746工— 1.78632丫 △乃)T =0.1013251nT b (0. 047290+0. 28903 丫 M — °・ 051180丫 △#)-】V c = 28. 89746 + 14. 75246工△匕+ 6・ O3853O(SAV ?)_1(5) CG 法讥.=181 ・ 728In (工確 AT C- + E77zATcJ) p c = l. 3705十(0・ 100220+乞吗△/》)—21V c — —4. 350+ (工了ii AV C ； + 工rij AV C7-)Pc(ll-8a) (11-8b) (U-8c)(ll-9a) (lh9b) dl-9c)表1卜3临界参数估算平均百分误差方法Pc v■①c? Lydersen 1.27 6.03 3.38 Ambrose0.77 1. 35 2.88 JobackMXXC 0. 75 2.72 2. 50 c-c; Pc<L65.22.82.38& 1.42(1)相对分子质量法lgl\ = l・ 929(lgM)°・4134 (2)Waston法Tb = gl^exp 罗卑』-2.94 (3)有机物估算法T b =兀0・567 +工△:T—(工△丁町兀(11=12〉表式(1M2)中常数。
值结构醇类円类席类轻酸类其他类a0. 65 CL 6A5». 68(K6X$0. 8表117式(1M2)中常数&值基团h基团b基团hC 1.02Hr9・38c=s键 2. 50H 1.95I10. 95s=nfi 2. 50() 3.00OH23・1(0C键 5. 591 X 2.45 (包括()及H) 4、键 2.68S 6.70 C=()縫 2. 5五元环或六元环-0. 14F 3.63 29. 1C1 7.45 C=C键 2. 50i亥栏未々括元素本身的丿2值.应另加(4)Joback法几=198 +》AT b(5)CG法T b=204. 359ln(S码△ %十S® △%)(1 Pl 4)11.1.3熔点与凝固点的估算(1) Joback法T f = 122 十工△丁f(2)CG法T:n = 102・) (11-16)偏心因子3的定义在第二章中已作介绍(1) EdmisterE法4=#7^1酿 -1(2-45) (11-17)11-1.4偏心因子的估算(2) Lee Kesler 法(11-18)(11-19)Zc=0・ 291一0<080cc>1・ 28862*0—0. 169347少/?= 15. 2518— 15. 68750T —13. 47211n^+0. 43577护aa=_g 仇一5. 97214+6. O96480T(3)从临界压缩因子Zc 求3促字工业出戕衽(1) Clausius-Claperyron方程AH V dp _ AHydT^TAV^ (RT2/p)^Z vdin” _ AHyd(l/T)__RlzU (11-20) (11-21)11.2流体蒸气压的估算• •卍字工业出版衽(2) Clapetron 方程lnp=A —* 式中-△Hy山(几/1・01325)1_ Tbr(11-22)(11-23)(11-24)（3）三参数关联式 三参数关联式中比较成功的是Pitzer 展开式，其表达式*几=严〉（兀）十莎⑴（匚）(11-25) 6・ 09648一］. 288621n7；+0・ 169347年 f(0)=5. 92714-丄rfD =15. 2518-15^875-13> 47211nT r +0. 43577T?上r(11-26) (11-27)(4) Antoine方程Antoine对式(11-22)提出简单的改进-〒［c(11-28)(5) Gomez Thodos 方程lnpr=0(吉_1)帥(巧_1)y=ah+b^_1T/几Tl r -1,l-l/T 件(11-29) (ll-29a) (1 l-29b) (1 l-29c)221.794. 26700 胪 5exp(0. 0384胪5) exp(2272. 44//i 3)777 = 0. 78425exp(0. 089315A) --- 沽叫张六exp(0. 74826A)3.8126(ll-29d) (1卜29已)■ ■ - —»£> 1E5IHE 出版II11.2流体蒸气压的估算1 对非氢键型极性化合物（包括NH 3和C H 3 C 0 0 H）11 27?=O. 466T0-166(1 P29f) 1 [ 7=0. 08594exp(7. 462X1O-4 T c) (ll-29g) 1 1 对氢键型化合物（水和醇）1 7/7=0. OO52M0-29 7^-72(11-29H) 1 1 了=2・普^exp(9・ 8X 10_6MT c) (11-291)对这两类极性化合物，B由式（ll-29a）求得。
