化工热力学范例.ppt

化工热力学Chemical Engineering thermodynamics 教学内容 1 绪论 2 流体的 P-V-T 关系 3 纯流体的热力学性质 4 流体混合物的热力学性质 5 化工过程的能量分析 6 蒸汽动力循环与制冷循环 7 相平衡 8 化学反应平衡 1 绪论 1.1 热力学的发展 1.2 化工热力学的内容 1.3 热力学的研究方法 1.1 热力学的发展 热力学是研究能量、能量转换以及与能量转换有关的物性间相互关系的科学。 热力学(thermodynamics)一词的意思是热(thermo)和动力(dynamics)，即由热产生动力，反映了热力学起源于对热机的研究。 从十八世纪末到十九世纪初开始，随着蒸汽机在生产中的广泛使用，如何充分利用热能来推动机器作功成为重要的研究课题。 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。 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。 1.2 化工热力学的目的和内容 化工热力学的主要任务是以热力学第一、第二定律为基础,研究化工过程中各种能量的相互转化及其有效利用的规律,研究物质状态变化与物质性质之间的关系以及物理或化学变化达到平衡的理论极限、条件和状态。 化工热力学是理论和工程实践性都较强的学科。 化工热力学所要解决的实际问题可以归纳为三类： (1) 过程进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； 2 联系所需要的关系式和确定求解方案； 3 确定真实流体的内能、熵和逸度等热力学性质与温度、压力、比容和热容等可测量参数间的关系； 4 掌握热力学图表和方程的使用方法； 5 判断计算结果的准确性。 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 ；温度与分子运动有关；密度与分子间相互作用有关。 2 流体的 P-V-T关系 2.1 纯物质的P-V-T关系 2.2 气体的状态方程 2.3 对比态原理及其应用 2.4 真实气体混合物的P-V-T关系 2.5 液体的P-V-T性质 2.1 纯物质的P-V-T关系 图2-1 纯物质的P-V-T相图 凝固时收缩 凝固时膨胀 固 固 液 液 液-汽 汽 气 临界点 三相线 固- 汽 图2-2 P-V-T相图的投影图 在常压下加热水 带有活塞的汽缸保持恒压 液体水 1 液体和蒸汽 液体 气体 临界点 饱和液相线（泡点线） 饱和汽相线（露点线） 图 2-3 纯物质的P-T图 纯物质的P-V图 在临界点 C ： 2.2 状态方程equation of state 纯流体的状态方程(EOS) 是描述流体P-V-T性质的关系式。 混合物的状态方程中还包括混合物的组成（通常是摩尔分数）。 f( P, T, V ) = 0 状态方程的应用 1 用一个状态