化工热力学第1章剖析.ppt

化工热力学 Chemical Engineering Thermodynamics 第一章 绪论 关于化工热力学课程 化工热力学课程是化学工程专业最重要的课程之一。 是国内外化学工程专业本科生（化工热力学I）和研究生（化工热力学II）必修课程。 是一门训练逻辑思维和演绎能力的课程。 是一门培养节约资源、合理利用能源观点的课程。 化工热力学在课程链上的位置 一、 化工热力学的定义和用途 1、化工热力学 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 ） —— 讨论热与功转化规律的科学。 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。热力学证明可以行通的事情，在实际当中才能够行的通；热力学证明不可行的事情，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?? 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。 B、工程热力学（Engineering Thermodynamics） ——将热力学的基本理论应用于工程技术领域，则为工程热力学。 主要研究热能与机械能之间转换规律以及在工程中的应用。 例： 制冷、发电 介质简单：水蒸气、氨、氟里昂 C、化学热力学（ Chemical Thermodynamics）—应用热力学来处理热化学、相平衡和化学平衡等化学领域中的问题，则形成化学热力学（是物理化学的一部分）。 例：利用热力学的原理能计算出在何种温度和压力条件下，由氮和氢能合成氨，这在化肥工业上产生了重要影响。 420～550℃ ；150 ~1000atm 例：石墨与金刚石二者间转变时的温度与压力效应的热力学计算，不但预示了人工制造金刚石所需的条件，并且导出了关于自然界金刚石形成的地质条件的假说。 石墨——金刚石？ 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。 任务是从热力学第一、第二定律出发，研究化工过程中各种能量的相互转化和有效利用，研究各种物理和化学变化过程中达到平衡的理论极限、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对于新工艺、新方法，用热力学事先判断它的可行性。（可行性分析） 石墨————金刚石？ N2+ H2 ———— NH3 ？ H2O ———— H2+O2 ？ ②对于实践证明是可行的工艺进行优化。（能量有效利用） 例.节能。老厂改造，增效挖潜，能量的合理利用。 如美国一聚乙烯醇工厂能耗大，特别是分离工段的能耗占全厂的65%，应用热力学相平衡的成果，将进料中乙醛含量由0.7%降至0.4%后，操作费用节省50%。 ③多元相平衡数据是设计、生产操作和产品质量控制必不可少的，尤其是产品众多、分离要求高的石油化工更是如此。 产品分离：设备投资50~90%；能量60~90%。 精馏塔的设计 ④建立化工热力学模型，用最易测得的数据（P、V、T、X）推算难测数据（H，S，G）；用少量实验数据加模型，得到过程开发中大量有用数据。 多、快、好、省！ 世界上有105无机物，6x106有机物，只有100种纯物质的热力学数据研究比较透彻。 混合物的种类更多，更有用，但非常难测。 尤其是极性物质、聚合物体系，电解质溶液。 在高压、低温下的物性数据更是当务之急。 实验费时、费力。 二、化工热力学的研究内容和特点 1、化工热力学的研究内容 “原理-模型-应用”构成化工热力学研究内容的“三要素” 二、化工热力学的研究内容和特点 2、化工热力学的研