化工热力学培训课件(ppt 37张)

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化工热力学讲义精品PPT课件

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。
Carnot (1796 - 1832)
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。
Gibbs (1839 - 1903)
➢1913年，能斯特提出热力学第三定律。 ➢1931年，福勒提出热力学第零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。
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。
➢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。
➢1799年，英国化学家 Humphry Davy (1778-1829) 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。
1 8 4 2 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。
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

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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。

化工热力学参考ppt

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；

化工热力学培训课件

结合 yi 1 or xi 1 进行泡露点计算
（1）泡点压力计算
C
P i xiiS PiS /ˆiV i 1
yi
i xiiS PiS ˆiV P
已知：T、 x；求P、y
输入T,x和模型参数
取所有 ˆVi ＝1
计算PiS，γi和Φis
C
计算 P i xiiS PiS /ˆiV i 1
i Pi s
P
pyi pis xi i 1, 2, , N
对于二元系：
p p1 p2 x1 p1s x2 p2s x1 p1s 1 x1 p2s
＝p2S x1 p1s p2s
7.3.3.2.2 中压下的计算方法
中压(0.3-1.0 MPa )是指远离临界点区域的压力
y1 y2 1.026 与1.000差别较大，重新试差
上节课内容：泡、露点计算
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；
露点压力计算：指定汽相组成y和温度T，求液相组成x和压力P；
露点温度计算：指定汽相组成y和压力P，求液相组成x和温度T。
状态方程法计算泡点压力框图
.888 3.642102 350 0.685104
2
350
18.5323
P1s 1210.6mmHg
P2s 312.24mmHg
12
V2 V1
exp((12
11) /
RT )
18.5323 42.9534
exp(
1085.13 ) 8.314 350
0.2972
21
42.9534 18.5323
x1

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

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生化学院
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。南阳理工学院
实验观察可知，当两个物体分别与第三个物体处于热平衡时，则这两个物体彼此之间也必定处于热平衡。这是经验的叙述，称热平衡定律，又称热力学第零定律。历史上，这个定律被公认为热力学公理之前，热力学第一、第二定律已被命名，那么还称第零定律，只是因为在逻辑表述上，热平衡定律应在第一、第二定律之前阐述之故。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
第一章绪论
1.1化工热力学的地位和作用
化工热力学：化工学科的重要分支和基础学科化学工程与工艺专业：专业基础技术课程、必修课和核心课程(60学时、3学分) 先修课：高等数学、无机化学、有机化学、分析化学、生物化学、物理化学、化工原理等。
基础：热力学第一定律、热力学第二定律和热力学第三定律
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化工热力学
第一章绪论
热力学发展简史
1944 年B·F·Dodge 写出了篇幅较大的"化工热力学"教科书后，几十年来，国内外这方面的研究不断深入，教学工作也颇有成效，不但是大学生的必修课程，而且研究生也需学习。可以说，化工热力学已成化学工程学的主要分支学科之一。尽管热力学是一门比较古老的学科，但是在化学工业中的应用还在继续扩大，在有关期刊中仍有许多文献发表。
律（熵增原理）、第三定律（绝对熵定律）和第零定律（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。
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。象俄罗斯研究出来的宇宙伞，其中用到了许多热力学的理论、观点和方法。
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化工热力学
第一章绪论
热力学的分支
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。不管是工程热力学、化学热力学还是化工热力学，它们都属于经典热力学。经典热力学的局限性在于只考察体系的宏观性质，而不过问体系的微观行为。统计热力学的成就可以弥补这方面的不足。 ⑷统计热力学：统计热力学是年轻的、刚刚起步的学科，它从微观角度出发，例如采用配分函数，研究过程的热现象。但用统计热力学研究出来的结果与实际结果还有一段距离，还需要进一步去完善。
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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
反应工程化工动力学催化剂工程
分离工程
从这一过程可以提出这样几个问题: 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。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，我们可用方块图来表示。
化工热力学
第一章绪论
பைடு நூலகம்
第 1章
课程目的和要求
绪
论
明确化工热力学研究的对象，掌握热力学研究与处理问题的方法，认识其在化学工程学科中的重要地位及其在化工生产中的应用。要求学生在《物理化学》、高等数学等课程的学习基础上，深入理解与掌握热力学状态函数与过程函数、状态函数与全微分的密切关系，容量性质与强度性质，平衡状态与可逆过程，热力学过程与循环等基本概念与内容。南阳理工学院
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化工热力学
第一章绪论
热力学及其特性
所谓热力学主要是研究热现象和能量转换的。热力学以宏观体系作为自己的研究对象,就其内容而言,它涉及到热
机的效率,能源的利用,各种物理、化学乃至生命过程的能量
转换,以及这些过程在指定条件下有没有发生的可能性。如今热力学已广泛的用于研究各种能量之间的关系，热力学从远古时期发展至今，可称它为一门“完善”的科学，这主要表现在它具有四大特性：
⑴严密性 ⑵完整性 ⑶普遍性 ⑷精简性
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化工热力学
第一章绪论
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：是由于热力学具有热力学第一定律（能量守恒定律）、第二定
化工热力学
工艺学
从以上分析来看：生产问题和过程发展的综合性强，影响因素多，决不能期待用一个学科、一种方法去解决，而要依赖于各个学科、各种技术相互配合、相互渗透，用综合分析的方法去认识它、解决它。化工热力学是分离工程的基础，而化工过程的分离提纯又基于分离工程。化工热力学是这一发展过程中的一个组成学科，是一门非常重要的专业基础技术课。
精简性：表现在热力学能够定性、定量地解决实际问题。特别是后者
（定量），这是目前有些课程所无法比拟的。热力学的四大特性使得热力学成为一门“完善”的学科，而其它学科就相形见拙了。热力学发展至今，有工程热力学、化学热力学、化工热力学和统计热力学。
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化工热力学
第一章绪论
温度与热力学第零定律