化工热力学第一章剖析.ppt

化工热力学 Chemical Engineering Thermodynamics * * 典型化工过程 炼油厂 合成氨 乙烯工程 * * 问题: 工艺流程的选择 工艺操作参数设定 平衡计算 设备选型 系统设计 … 化工热力学—化工过程研究、开发及设计的理论基础 * * 一、什么是化工热力学？ 以热力学基本定律为基础，研究热现象和能量转换的科学。它能预言物质状态变化的趋势并研究伴有热效应体系的平衡。 1.热力学（ Thermodynamics） 化 工 热力学第一定律 热力学第二定律 热力学基本定律 机械工程 工程热力学 化工热力学 化学热力学 化 学 * * 化学热力学主要讨论热化学、相平衡和化学平衡理论。 工程热力学十九世纪蒸汽机的发明和相应的科学形成了工程热力学，主要研究功热转换，以及能量利用率的高低。 化工热力学研究在化学工程中的热力学问题，具有双重特点，主要侧重于工程计算，既能解决能量的利用问题，又能解决相际间质量传递与化学反应方向与限度等问题。 统计热力学从微观角度与统计方法出发研究过程的热现象与规律。 2.化工热力学 化工热力学=化学热力学+ 工程热力学 * * 二、化工热力学在化工中的重要性 化工热力学是化工过程研究、开发和设计的理论基础。一个化工过程主要包括化学反应过程和产品的分离纯化过程。 反应物 A 产物C或D或E？ 可行性问题：A和B作用，能否得到目标产物C？需要什么分离条件？ 解决方法：化工热力学——用 判断 化学平衡问题：什么工艺条件下目标产物C的产率最高？ 解决方法：化工热力学——用 判断 1.反应过程 反应物 B + 2.分离问题 进一步参加反应 含A、B、C、D、E 的混合物 A和B D和E 纯C 所需产品 副产物 怎样分离，才能得到纯物质C? 相平衡 能量的有效利用 * * 三、化工热力学的任务与内容 化工热力学 平衡研究 过程的热 力学分析 化工物性数据 单相系 统相平衡 多相系 统相平衡 化学平衡 能量衡算 分析能量 品位变化 物性研究： 密度、热容、焓、熵、逸度系数、活度系数 温度、压力与各组成以及各种热力学性质之间的相互依赖关系 温度、压力与组成间的相互关系 提供 基础 * * 1.平衡研究 以流体的热力学性质为中心内容，研究物质有效利用的极限； a.热力学数据与物性数据的测定与计算。对于物质热力学性质的计算、气体状态方程的研究、普遍化方法求算热力学函数 b.在化工单元操作及反应器设计中，平衡状态的确定、平衡组成的计算、多组元相平衡数据的求取. c.判断过程进行的方向和限度，建立在热力学第二定律上的一些热力学函数（ ΔS 、ΔG等）是判定过程进行方向与限度、确定平衡状态的依据。 * * 2.过程热力学分析 以能量相互转化为基础的内容，给出能量有效利用的极限； a.能量衡算，计算过程实际消耗的热与功； b.分析能量品位的变化，为节能减排提供改进的方向。 例： 典型的石油气顺序深冷分离，能量消耗较大，经过全面分析和研究，采用原料分段预冷进料、中间再沸器和其他措施，对相同规模的石油气分离装置可节能25%。 * 四、本课程的学习内容 第3章 流体的 P-V-T 关系（PVT，Cp，Cv，EOS） 第4章 纯流体的热力学性质（H,S,U难测，由EOS,Cp,Cv得到） 第5章 流体混合物的热力学性质 第6章 相平衡 （相平衡的判据） 第7章 化工过程热力学分析（H,S,W,Ex） 第8章 分子热力学 五、化工热力学的特点与处理问题的方法 1.特点： 化工热力学是理论和实践相结合的科学。 （1）流体热力学性质的计算与预测； （2）相平衡； （3）能量的有效利用 2.热力学的研究方法与局限性 （1）经典热力学 （2）统计热力学 （3）分子热力学 * * 3.化工热力学处理问题的方法 以数学方法进行的演绎法是化工热力学理论体系的基本科学方法。 模型 原理 应用 （基础） （目的） （工具） a.热力学研究三要素 * * b.化工热力学中处理实际体系的方法： 实际过程=理想模型+校正 化学热力学的方法 建立模型 实际气体：Z（压缩因子） 实际气体：Φ （逸度系数） 实际溶液： γ（活度系数） 实际热机：η/ηc * * 六、如何学好本课程 1.明确本课程的两大内容；——平衡研究、过程热力学分析 2.抓住Gibbs自由能这根主线； 3.掌握化工热力学“实际过程=理想模型+校正”的处理问题的方法； 4.注意准确理解热力学严谨的概念； 5.注意单位的换算； 6.循序渐进。 化工热力学：“焓焓”糊糊“熵”脑筋 在化工过