化工热力学chap.pptVIP

Chemical Engineering Thermodynamics E-mail:liu_fang11@ 课程目的和要求 明确化工热力学研究的对象，掌握热力学研究问题与处理问题的方法，认识其在化学工程学科中的重要地位及其在化工生产中的应用。提高利用化工热力学的观点、方法来分析和解决化工生产、工程设计和科学研究中有关的实际问题的能力。 要求学生在《物理化学》、《高等数学》等课程的学习基础上，深入理解与掌握热力学状态函数与过程函数、状态函数与全微分的密切关系，容量性质与强度性质，平衡状态与可逆过程，热力学过程与循环等基本概念与内容。除基本概念理论外，要特别注意计算技能。 1.1 热力学发展简史 1.热力学的发展 热力学——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)一词是热(thermo)和动力(dynamics)的结合。 热现象是人类最早接触到的自然现象之一。热力学的研究是从人类对热的认识开始的。 ★ 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。 2.热力学特征 （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、 热力学第三定律和热力学第零定律。 （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。 3.热力学分支 （1）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及能量利用率的高低。 （2）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。主要侧重于热力学函数的运算。 （3）化工热力学（Chemical Engineering Thermodynanics) 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。它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。 （4）统计热力学（Statistical Thermodynamics） 从微观角度出发研究过程的热现象。 4.化工热力学与化学工程的关系 化学工程学科大致可分为两大领域，即化学反应和产物分离。 在化学反应领域，化工工程师通常要解决以下的问题：用来合成目的产物的化学反应是否热力学可行？是否动力学可行？热力学可行主要指该反应能否发生，如果能发生，目的产物的产量（the yield of the aimed product）是否可观。《化工热力学》课程中的热力学第一、第二定律以及化学反应平衡(chemical reaction equilibrium)理论就是用来解决化学反应是否热力学可行的问题。 在产物分离领域，迄今为止，常见的分离过程有精馏(distillation)，萃取(extraction)，结晶（crystallization）， 吸附（adsorption）等。化工工程师要会进行这些分离过程以及分离装置的设计和计算。而所有分离过程都与相平衡（phase equilibrium）有关，分离过程的设计和计算必须以相平衡理论为基础。比如，精馏塔的塔高计算就是根据汽-液相平衡的研究结果完成的。 从方块图分析来看：生产问题、过程发展的综合性强，影响因素多，决不能期待用一个学科、一种方法去解决，而要依赖于各个学科、各种技术相互配合、相互渗透，用综合分析的方法去认识它、解决它。化工热力学是分离工程的基础，而化工过程的分离提纯又基于分离工程。化工热力学是这一发展过程中的一个组成学科，是一门非常重要的专业基础技术课。 1.2 化工热力学的研究内容 化工热力学将第一定律应用到系统与环境间既有能量交换，又有物质交换的敞开系统中，如精馏(蒸馏)、吸收、萃取等化工单元操作过程，化学反应过程，压缩、冷冻循环热力过程等不同情况下，计算过程进行时所需要热与功的数量。 热力学第二定律应用到化工传质分离过程的计算中，可以确定相平衡的条件，计算平衡各相的组成；应用到化学反应工程中，可以研究过程的工艺条件对平衡转化率的影响，选择最佳工艺条件；应用到化工过程的热力学分析中，