（新）化工热力学第一章.ppt

化工热力学Chemical Engineering Thermodynamics 主讲：庄艳歆 东北大学EPM实验室 教材和参考书 教学内容 第一章 绪论 第一章 绪论-化工热力学概念 1.热力学（Thermodynamics） 主要研究热现象和能量转换的.热力学是以宏观体系作为自己的研究对象,就内容而言,它涉及到热机的效率,能量的利用,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。 第一章 绪论-化工热力学概念 四大特征 （1）严密性:表现在热力学具有严格的理论基础。 （2）完整性:是由于热力学具有热力学第一定律、热力学第二定律、 热力学第三定律和零定律。 （3）普遍性:普遍性表现在热现象在日常生活中必不可缺少。 （4）精简性:表现在热力学能够定性、定量地解决实际问题。 第一章 绪论-化工热力学概念 2.热力学的分支 （1）工程热力学（Engineering Thermodynamics） 主要研究功、热转化，以及能量利用率的高低。 （2）化学热力学（Chemical Thermodynamics） 应用热力学原理研究有关化学中各类平衡问题。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。 （3）化工热力学（Chemical Engineering Thermodynamics） 研究在化学工程中的热力学问题。主要侧重于工程计算。以热力学第一定律、第二定律为主要内容，既要解决化工过程中的各种能量的相互转化和有效利用问题，也解决相际间质量传递与化学反应的方向与限度等问题。 （4）统计热力学（Statistical Thermodynamics） 从微观角度出发研究过程的热现象。 …… 第一章 绪论-化工热力学概念 2.热力学的分支 第一章 绪论-化工热力学概念 2.热力学的分支 第一章 绪论-化工热力学概念 3.化工热力学在化学工程中的地位 第一章 绪论-化工热力学的基本内容 四大部分内容 第一章 绪论-热力学的研究方法 两种：宏观研究法和 微观研究法 宏观研究法（重点）有两种最基本的方法 （1）利用热力学函数和物质状态之间的关系， 解决实际问题。 第一章 绪论-热力学的研究方法 第一章 绪论-学习目的和要求 目的 （1）了解化工热力学的基本内容。 （2）提高利用化工热力学的观点、方法来分析、解决化工生产、工程设计、科学研究中有关实际问题的能力。 （3）锻炼和培养合作精神、自学能力和分析解决问题的能力。 第一章 绪论-学习目的和要求 要求（ 四个） 第一章 绪论-学习目的和要求 措施 （1）内能 U 物质内部所具有的能量的总和。包 括物质内部由于分子热运动所形成的内动能；分子间相互作用的内位能；分子内原子、原子核、电子等各种粒子运动以及粒子间相互作用而形成的分子内能量等。不包括物质整体的动能与位能。内能只与物质内部结构以及所处的状态有关。 （2）动能 质量为m(kg)的物质，以u(m?s-1)的速率运动，所具有的动能为1/2 m u2 (J)。 (1)系统与环境 热力学研究对象即为系统（system),其余的为环境 （surroundings). 封闭系统（Closed system): 系统与环境间只有能量交换，无物质交换。 敞开系统（Opening system): 系统与环境间有能量交换，也有物质交换。 孤立系统（Isolated system): 系统与环境间无能量交换，也无物质交换。 (2) 热力学性质 物质的性质分为热力学性质和传递性质。热力学性质是指物质处于平衡状态下压力p、体积V、温度T、物质的量ni及其他的热力学函数（内能U、焓H、熵S等）之间的变化规律。传递性质指物质与能量传递过程的非平衡特性，如热导率，扩散系数和黏度等。 (3) 状态函数和过程函数 与系统状态变化的途径无关，仅取决于初态和终态的量为状态函数。 与系统状态变化的途径有关的量为过程函数，如热和功。 (4)平衡状态与可逆状态 平衡状态是一种相对静止的状态，此时，系统与环境之间净流（物质和能量）为零。 可逆状态是系统经过一系列平衡状态所完成的，其功耗与沿同路径逆向完成该过程所获得的功是等量的。 (5) 热力学过程与循环 经典热力学中，系统的变化是从一个平衡状态到另一个平衡状态，这种变化称为热力学过程。如：恒温过程、恒