化工热力学第一章_绪论全解.ppt

化工热力学Chemical Engineering Thermodynamics 第一章 绪 论 国家和全球关心的化工相关问题 节能减排 低能耗——能量的最大利用 低污染——物质的最大利用 “低碳经济” 气候变化越来越看得见、摸得着 CO2排放与气候变化之间的关系？ 谁主沉浮？ 减排交易 全球CO2排放指标交易行情大幅上涨！ 每16美元/吨。 重庆企业1200万吨废气指标卖了10亿元。28个签约项目包括煤矿瓦斯利用、冶金高（焦）煤气发电、化工余热余气利用、垃圾填埋气发电、小火电减排 。 江苏梅兰化工股份有限公司和常熟三爱富中昊化工新材料有限公司的温室气体减排交易，是迄今为止最大的单笔企业配额交易，交易金额高达10.2亿美元 。 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4~5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8~20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。 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2～3倍。 “可燃冰”的主要成分是甲烷与水分子(CH4·H2O)。 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！ 湿空气作为热力循环的工作介质 近10年来的实际应用已经证明，如果在空气中加入10~15%水蒸气，可以提高透平10~20%的效率 。 需要研究该体系高温高压下的热力学性质！ 一、 化工热力学的定义和用途 1、化工热力学的定义 A、热力学（Thermo-dynamics ） B、工程热力学（Engineering Thermodynamics） C、化学热力学（ Chemical Thermodynamics） D、化工热力学（ Chemical Engineering Thermodynamics） 一、 化工热力学的定义和用途 1、化工热力学的定义 A、热力学（Thermo-dynamics ） 说法1：讨论热与功转化规律的科学。 说法2：是研究自然界各种形式能量之间相互转化的规律，以及能量转化对物质的影响的科学。 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。 热力学的四大特性 ⑴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。 ⑵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。 ⑶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。 ⑷精简性： 表现在热力学能够定性、定量地解决实际问题。 D、化工热力学（ Chemical Engineering Thermodynamics） ——集化学热力学和工程热力学之大成的学科。 将工程热力学和化学热力学应用于化工与生物、能源、信息、环境、材料等的交叉领域。 研究化工过程中各种能量以及物质相互转化的理论极限、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。 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。 一、 化工热力学的定义和用途 2、化工热力学的用途 ①确定化学反应发生的可能性及其方向，确定反应平衡条件和平衡时体系的状态。（可行性分析） 石墨————金刚石？ H2O ———— H2+O2 ？ N2+ H2 ———— NH3 ？ 石墨?金刚石？ ②描述能量转换的规律，确定某种能量向目标能量转换的最大效率。（能量有效利用） ③描述物态变化的规律和状态性质。 ④确定相变发生的可能性及其方向，确定相平衡条件和相平衡时体系的状态。 多元相平衡数据是产品分离的基石。 产品分离车间： 设备占全厂总投资50~90%；能量占全厂60~90%。 精馏塔的设计：没有相平衡数据无法设计。 可行性分析 为了降低原料消耗，利用本国资源，制止环境污染和不用剧毒物