化工热力学
化工热力学
化工热力学化工热力学的第一个问题就是热能的转换。
它包括各种形式的热量之间的转换，如物质之间、设备之间、管线之间、以及反应容器内的气体之间的热量转换，因此这一章讨论各种传热问题。
化工热力学的第二个问题是研究反应中能量的传递问题，包括原料与产品的化学反应，产品与副产品的物理加工过程。
化工热力学的第三个问题是研究物质在溶液、悬浮液和气体中的分散与凝聚，其中包括固体物质的溶解、离析、沉降、升华、凝结、胶体化以及气体中的扩散等问题。
化工热力学的第四个问题是研究燃烧问题，包括燃烧方法的选择、燃烧室的设计和热量的测量等问题。
高温时空气中水蒸气液化变成饱和液态水。
温度降低到100 ℃以下时，液态水全部结冰。
水的结晶温度随压力升高而降低，纯净的水在一定的压力下有固定的熔点，温度在一定范围内变动，由于结构不同，在不同的条件下会发生物理性质上的变化，可制成很多晶体。
如常见的冰、干冰、雪、盐等，熔点不同。
水蒸气在一定条件下可以直接变成水。
水蒸气凝结时要吸收热量。
用途很广，人类生活和生产中大量需要各种各样的水。
水有许多不同的状态，有冰、水汽、水滴、雾、露、湿空气、液态水、盐水、海洋水、地下水、泉水、河流、湖泊、溪水、海水等。
水与水之间有密切的联系，如果我们能够科学地使用水资源，就会避免许多水灾害。
水有自己的运动规律，按照这些规律来观察和认识水，将会给人们带来很大的好处。
在过去的十几年里，世界上许多国家面临着水资源不足的危机。
为了减少用水，保护水资源，世界各国都非常重视节约用水。
全世界每年缺水约500亿立方米。
在干旱的北非、中亚和南美一些地区，每天至少损失100万人口的饮用水。
我国也面临着严峻的缺水问题。
我国人均水资源占有量仅为世界人均量的四分之一。
3。
化学分析是对实验中所得到的数据进行分析和处理，从而得出结论或者通过一定的推理，证明某种结果是否符合事实。
4。
溶液在一定条件下能够导电，且当两种液体互相接触时会发生放热现象，把这两种液体分开的方法叫做分液。
化工热力学知识要点
化工热力学知识要点1、化工热力学的研究方法：宏观研究方法 微观研究方法。
2、热力学体系：孤立体系（无物质无能量） 封闭体系（无物质 有能量） 敞开体系（有物质 有能量）。
3、体系 环境：在热力学分析中，将研究中涉及的一部分物质（或空间）从其余物质（或空间）中划分出来。
其划分出来部分称为体系，其余部分称为环境。
4、状态函数：描述体系所处状态的宏观物理量成为热力学变量（状态函数）。
常用的状态函数有压力、温度、比容、内能、焓、熵、自由焓等。
5、循环：体系经过一系列的状态变化过程后，最后由回到最初状态，则整个的变化称为循环。
分为正向循环和逆向循环。
6、临界点：气化线的另一个端点是临界点C，它表示气液两相能共存的最高压力和温度，即临界压力cp 和临界温度cT 。
7、临界点的数学表达式：临界等温线在临界点上的斜率和曲率都等于零。
数学上表示为0=⎪⎭⎫⎝⎛∂∂=cTT V p 022=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=cTT V p8、直线直径定律：当以饱和液体和饱和蒸气密度的算术平均值对温度作图时，得一近似的直线。
9、纯物质的p-V-T 图：P 510、理想气体状态方程：RT pV =式中，p 为气体压力；V 为气体摩尔体积；T 为绝对温度；R 为通用气体常数 8.314J/(mol ·K)11、范德华方程（van der Waals 方程）：2V ab V RT p --= 其中cc pT R a 642722=；cp RTb 8=。
12、R-K 方程： )(5.0b V V T ab V RT p +--= 其中ccp T R a /42748.05.22=;cc p RT b /08664.0=。
13、维里方程（Virial 方程）：++++==321V DV C V B RT pV Z (2-26) 或者 ++++==32'''1p D p C p B RTpVZ式中， 、、、)'()'()'(D D C C B B 分别称为第二、第三、第四、 Virial 系数。
《化工热力学》课件
通过改进热力学过程，可以提高产品的质量和产量，提升企业竞争力。
03
02
01
历史回顾
化工热力学起源于工业革命时期，随着科技的发展和工业的进步，逐渐形成一门独立的学科。
发展趋势
随着环保意识的提高和能源需求的增加，化工热力学将更加注重节能减排、资源循环利用和可再生能源的开发利用。
未来展望
总结词：熵增加
详细描述：热力学第二定律指出，在封闭系统中，自发过程总是向着熵增加的方向进行，即系统总是向着更加混乱无序的状态发展。这个定律对于化工过程具有重要的指导意义，因为它揭示了能量转换和利用的限制，以及不可逆过程的本质。
绝对熵的概念
总结词
热力学第三定律涉及到绝对熵的概念，它指出在绝对零度时，完美晶体的熵为零。这个定律对于化工过程的影响在于，它提供了计算物质在绝对零度时的熵值的方法，这对于分析化学反应的方向和限度具有重要的意义。同时，它也揭示了熵的物理意义，即熵是系统无序度的量度。
总结词
化工过程的能量效率是衡量化工生产经济效益的重要指标，通过提高能量效率，可以降低生产成本并减少环境污染。
能量效率是评价化工过程经济性和环境影响的重要参数。它反映了化工过程中能量转化和利用的效率。提高能量效率意味着减少能源的浪费，降低生产成本，同时减少对环境的负面影响。为了提高能量效率，需要采用先进的工艺技术和设备，加强能源管理，优化操作条件。
《化工热力学》PPT课件
xx年xx月xx日
目 录
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化工热力学概述热力学基本定律化工过程的能量分析化工过程的热力学分析化工热力学的应用实例
01
化工热力学概述
提高能源利用效率
通过优化化工过程的热力学参数，可以降低能耗，提高能源利用效率。
化工热力学整理
第一章1.化工热力学的作用地位：化工热力学是将热力学原理应用于化学工程技术领域。
它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，研究各种物理和化学变化过程达到平衡的理论极限、条件和状态。
化工热力学是化学工程学的重要组成部分，是化工过程研究、开发与设计的理论基础。
2.热力学第零定律：当两个物体分别与第三个物体处于热平衡时，则这两个物体彼此之间也必定处于热平衡。
这是经验的叙述，称热平衡定律，又称热力学第零定律。
热力学第一定律即能量守恒定律：在任何过程中能量不能创造也不能消灭，只能按照严格的当量从一种形式转变为另一种形式。
热力学第二定律：任何体系都是自动地趋向平衡状态，一切自动过程都是不可逆的3.相律定义：'2R R K F--+-=π式中F 称为自由度，也就是独立的强度性质的数目，π、R 和'R 分别是相数、独立的化学反应数和其它的强度性质的限制数。
4.热力学基本方程 对于均相系统，热力学基本方程一共有四个，它们是：∑∑==++-=Ki ii L l l l dn dY X pdV TdS dU 11μ，∑∑==+++=Ki i i Ll l l dn dY X Vdp TdS dH 11μ∑∑==++--=Ki i i Ll l l dn dY X pdV SdT dA 11μ，∑∑==+++-=Ki i i Ll l l dn dY X Vdp SdT dG 11μ),,,(),,,(),,,(),,,(i l i l i l i l n Y P T G TS H G n Y V T A TS U A n Y P S H PV U H n Y V S U U =-==-==+==这四个基本方程可由热力学第一和第二定律导得。
推导前需要一个有关状态或平衡态的基本假定：对于一个均相系统，如果不考虑除压力以外的其它广义力，为了确定平衡态，除了系统中每一种物质的数量外，还需确定两个独立的状态函数。
化工热力学公式范文
化工热力学公式范文化工热力学是研究化学反应与热力学的相互关系的一门学科。
热力学是一个描述物质能量转化和传递的科学，它包括理论基础、实验方法和应用。
在化工过程中，热力学公式被广泛应用于计算与预测反应的热力学性质，以及热力学参数对反应均衡和传递的影响。
下面是一些常用的化工热力学公式。
1.焓变公式（ΔH）：ΔH = ΣH(products) - ΣH(reactants)ΔH表示反应的焓变，H代表反应体系的焓（能量），反应前后体系的焓变化量即为反应热，可以判断反应是吸热反应还是放热反应。
2. 阿伦尼乌斯公式（Arrhenius equation）：k = A × exp(-Ea/RT)k表示反应速率常数，A为频率因子，Ea为活化能，R为理想气体常数，T为反应温度。
该公式描述了化学反应速率与温度的关系，温度越高，反应速率越快。
3. 盖因斯-亨德森公式（Gibbs-Helmholtz equation）：ΔG=ΔH-TΔSΔG为自由能变化，ΔH为焓变，T为绝对温度，ΔS为熵变。
该公式描述了自由能与焓、熵之间的关系，通过计算ΔG值可以判断反应是否可逆、自发发生。
4. 凯库勒公式（Clausius-Clapeyron equation）：ln(P2/P1) = ΔHvap/R × (1/T1 - 1/T2)P1、P2为两个不同温度下的饱和蒸汽压，ΔHvap为蒸发热，R为理想气体常数，T1、T2为对应温度。
该公式描述了物质的蒸汽压与温度之间的关系，可以用于计算物质的汽化热。
5.放热反应的焓变公式：q=m×C×ΔTq为反应所释放的热量（焓变），m为物质的质量，C为物质的比热容，ΔT为温度变化。
该公式用于计算放热反应的热量释放。
6.反应平衡常数的计算：Kc=[C]^c×[D]^d/[A]^a×[B]^bKc表示反应平衡常数，[C]^c、[D]^d分别代表反应产物C、D的浓度或压力的指数，[A]^a、[B]^b分别代表反应物A、B的浓度或压力的指数。
化工热力学
数有关，还与物质的蒸气压及外界条件温度相关联，建立 了SRK方程。 ▪ 形式
p RT a V b V (V b)
式中的方程常数b与RK方程的相同，常数a的表达式为
关。虽然有的状态方程可以用于气、液两相，但
较多用于气相，而且准确也高，而活度系数模型 主要用于液体溶液。
（2）意义： 化工热力学解决的三大问题中，以平衡状态下 热力学性质的计算最为重要，它是解决其它问题的基础， 所以在本书中受到特别的重视，所占的篇幅较多，其理由 如下：
▪ 物性及热力学性质是化工工艺设计中不可缺少的基础数据。 化工生产要涉及大量的物质，在过程开发和化工生产中， 若对处理物料的性质不了解，则无法分析流体间物质和能 量的传递，也无法设计分离过程，更无法认识其反应过程。
▪ 超临界流体区：高于临界温度和压力的区域叫超临界流体 区。从液体到流体或从气体到流体都不存在相变化。超临 界流体既不同于液体，也不同于气体，它的密度可以接近 液体，但具有类似气体的体积可变性和传递性质，可以作 为特殊的萃取溶剂和反应介质，与此相应的开发技术有超 临界萃取和超临界反应等。
▪ P-V图上的等温线: 主要有三种, 一是高于临界温度的等 温线T1，曲线平滑，近于双曲线，即PV = 常数，符合理 想气体的状态方程；二是小于临界温度的等温线T3，被 AC和BC线截断为三部分，其中水平段表示气液两相平衡
▪ 模型：经典热力学原理必须与反映系统特征的模 型相结合，才能解决实际问题。因为它只表示了
上述两类热力学性质之间的普遍依赖关系，并不
因具体系统而异。具体系统的这种关系还要由此
化工热力学
化工热力学讲稿0.绪论0.1 热力学发展简史1593年伽利略制造出第一支温度计1784年有了比热容的概念18世纪中期，热质说18世纪末到19世纪中叶，热动说蒸汽机发明，1824年，卡诺提出理想热机，热力学的萌芽1738年，伯努利方程诞生，为其验证能量守恒，即热力学第一定律1824年出项第一个热功当量，焦耳进行试验测定1850年克劳修斯证明了热机效率，1854年正式命名了热力学第二定律1913年能斯特提出热力学第三定律1931年Fowler提出热力学第零定律0.2化工热力学的主要内容热力学第一定律和热力学第二定律。
与物化不同之处在于要讨论系统与环境既有物质交换又有能量的情况，偏重的是在实际工程上的应用。
0.3 化工热力学的研究方法及其发展微观与宏观相结合微观：分子热力学宏观：经典热力学量子力学的发展液位化工热力学的研究提供了新的途径，0.4 化工热力学在化工中的重要性定性定量0.5 热能转换的基本概念一、热力系、状态及状态参数（一）热力系与工质1、工质：在物化学习当中我门知道热机就是将热能转变为机械能的设备，如气轮机、内燃机等都是热机。
在热机中要使热能不断的转变为机械能，需要借助于媒介物质。
实现能量转换的媒介物质就是工质。
例如在卡诺热机当中的工质就是理想气体。
不同性质的工质对能量转换的效果有直接影响，工质性质的研究是本学科的重要内容之一。
原则上，气、液、固三态物质都可以作为工质，但热力学中，热能与机械能的转换是通过物质体积变化来实现的，为使能量转换快速而有效，常选气态物质为工质。
在火电厂中，由于工质连续不断的通过热力设备膨胀做功，因此，要求工质应有良好的膨胀性和流动性，此外，还要求工质热力性质稳定，无毒，无腐蚀，价廉、易得等。
因此，目前火电厂中采用水蒸气作为工质。
水在锅炉中吸热生成蒸气，然后在气轮机中膨胀推动叶轮向外做功，做功后的乏汽在宁汽器中向冷却水放热又凝结为水。
在这一系列中，炉膛中的高温烟气是向工质提供热量的高温热源，气轮机是实现能量转换的热机，凝汽器中的冷却水是吸收工质所释放的废热的低温热源，通过工质的状态变化及它和高温热源、低温热源之间的相互作用实现了热能向机械能的连续转换。
化工热力学公式总结
化工热力学公式总结1.热平衡公式：对于封闭系统，内能变化等于热变化和功变化之和。
即：ΔU=Q-W其中，ΔU表示内能变化，Q表示系统吸收或放出的热量，W表示系统对外做功。
2.热容公式：热容是单位质量物质温度变化1°C所吸收或放出的热量。
Q=mCΔT其中，Q表示吸收或放出的热量，m表示物质的质量，C表示热容，ΔT表示温度变化。
3.平衡常数（K）公式：对于化学反应：aA+bB↔cC+dD反应的平衡常数（K）定义为反应物浓度的乘积与生成物浓度的乘积之比：K=[C]^c[D]^d/[A]^a[B]^b其中，[A]、[B]、[C]、[D]表示反应物和生成物的摩尔浓度。
4.反应焓变（ΔH）公式：反应焓变是化学反应进行过程中吸热或放热的量。
根据焓守恒定律，反应焓变可以通过反应物和生成物焓变的差值表示：ΔH=ΣnΔHf(生成物)-ΣmΔHf(反应物)其中，n和m为反应物和生成物的系数，ΔHf表示物质的标准生成焓。
5.反应熵变（ΔS）公式：反应熵变是化学反应进行过程中熵的变化。
根据熵守恒定律，反应熵变可以通过反应物和生成物熵变的差值表示：ΔS=ΣnS(生成物)-ΣmS(反应物)其中，n和m为反应物和生成物的系数，S表示物质的熵。
6.反应自由能变（ΔG）公式：反应自由能变是化学反应进行过程中自由能的变化，可以通过反应物和生成物的自由能差值表示：ΔG=ΣnG(生成物)-ΣmG(反应物)其中，n和m为反应物和生成物的系数，G表示物质的自由能。
7.热力学平衡公式：对于可逆反应，根据吉布斯自由能变可以推导出热力学平衡公式：ΔG=ΔH-TΔS其中，ΔG为反应的吉布斯自由能变，ΔH为反应的焓变，ΔS为反应的熵变，T为温度。
以上是化工热力学中常用的公式总结，这些公式在研究和设计化工过程中起到了重要的作用。
通过应用这些公式，可以计算和预测系统的热力学性质和能量转化，从而优化化工过程的设计和操作。
同时，这些公式也为研究反应机理和确定过程条件提供了理论基础。
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H 3373.5J / mol
3.4.2 剩余性质法
剩余性质MR的定义
MR = M - M*
(3-31)
式中M与M*分别为在相同温度和压力下，真实气 体与理想气体的某一广度热力学性质的摩尔值，如V、 U、H、S和G等。
真实气体的热力学性质
M = M*+ MR
对于焓和熵
H = H*+ HR
S = S*+ SR
3.3.2 真实气体的热容
真实气体的热容是温度、压力的函数。工 程上常常借助理想气体的热容，通过下列关系计 算同样温度下真实气体的热容
Cp Cp Cp
Cp
C
0
p
Tr , Pr
C
1
p
Tr , Pr
C
0
p
,
Cp1可以利用普遍化图表或者普遍化关系
式求得。
3.3.3 液体的热容
由于压力对液体性质影响较小，通常仅考 虑温度的作用，液体的热容
S 0
C T P
T T0
dT R ln P P0
SR
MR M M
在等温的条件下将上式对 P 微分
M R P
T
M P
T
M P
T
等温时的状恋变化，可以写成
dM R
M R
MR
M P 0
M
PT
P M
P0
P
T
dP
T M
P
T
等温
dP
等温
3 37
剩余焓和剩余熵的计算方法 ① 根据P-V-T实验数据计算 ② 状态方程法 ③ 普遍化关系法
3.4.3 状态方程法
（1）以T、P为自变量的状态方程
Z PV 1 BP RT RT
H R
P 0
V
T
V T
P
dP
RT
V B
P
等温 3 36
V R dB T P P dT
Clp a bT cT 2 dT 3
常数a、b、c、d可以通过文献查取，或
者通过实验测定。
3.4 热力学性质的计算
3.4.1 基本关系式
根据相律 π(相数)十i(独立变量数)＝N(组分数)十2
对于均相单组分的系统来说 i＝N+2- π ＝1+2- 1 =2
即热力学状态函数只要根据两个变量即可计算。
V T V RT B T R dB B T dB
T P P
P dT
dT
H R
P 0
V
T
V T
P
dP
dz Mdx Ndy
存在着 （2）
M y
x
N x
y
z x
y
x y
z
y z
x
1
3.2.3 Maxwell关系式 热力学基本关系式
Maxwell关系式
dU TdS PdV dH TdS VdP dA PdV SdT dG VdP SdT
T P
V S
S V
3.1 概述
学习化工热力学的目的在于应用，最根本 的应用就是热力学性质的推算。
本章的主要任务就是将纯物质和均相定组 成混合物系统的一些有用的热力学性质表达成为 能够直接测定的p、V、T及Cp*（理想气体热容） 的普遍化函数，再结合状态方程和Cp*模型，就 可以得到从p、V、T推算其它热力学性质的具体 关系式。即可以实现由一个状态方程和理想气体 热容模型推算其它热力学性质。
CP
75.305 75.314 2
75.310
当 T= 50℃ 时，
V 18.240 17.535 17.888 2
458 568 106 513106
2
S
CP
ln
TB323.15 513106 17.888100 0.1 298.15
5.1473J /mol K
当P0 0时， H R 0 0,
S
R
0
0
H R
P 0
V
T
V T
P
dP
等温
3 36
S R
P 0
R P
V T
P
dP
等温
3 37
剩余性质的计算公式
H R
P 0
V
T
V T
P
dP
等温
3 36
S R
P 0
R P
V T
P
dP
等温
dS CP dT V dP
T
T P
理想气体
V RT P
V R T P P
dS
C P
dT
R
dP
T
P
dH
CPdT
V
T
V T
P
dP
理想气体
V RT P
V T V RT T R 0 T P P P
dH
C P
dT
液体
体积膨胀系数
1 V
V T P
3.2 热力学性质间的关系 3.2.1 热力学基本关系式
dU TdS PdV dH TdS VdP dA PdV SdT dG VdP SdT
热力学基本关系式适用于只有体积功存在的 均相封闭系统
3.2.2 点函数间的数学关系式
（1） 对于全微分
dz
z x
y
dx
z y
x
dy
或
理想气体
dH
C P
dT
dS
C P
dT
R
dP
T
P
将T0和P0下的理想气体作为参比态，参比态的焓值和熵值 分别用H0* 和S0*表示。对上两式由T0和P0开始积分到T和P
H
H 0
T T0
C P
dT
S
S 0
C T P
T T0
P dT R ln
P0
H
H HR
H 0
T T0
C P
dT
H
R
S S S R
dS CP dT V dP CP dT VdP
T
T P
T
dH
CPdT
V
T
V T
P
dP
CPdT
V 1
T
dP
对于液体β是压力的弱函数，通常可假设为常数， 积分时可用算术平均值。
例3-3 求液体水从A(0.1MPa,25℃) 变化到 B(100MPa,50℃)时的焓变和熵变 dS CP dT VdP
T V P S S P
P S T V V T
V S
T P
P T
3.3 热容
3.3.1 理想气体的热容
工程上常用的恒压热容的定义为
Cp
H T
p
理想气体的热容只是温度的函数，通常表 示成温度的幂函数，例如
C*p A BT CT 2 DT3
常数A、B、C、D可以通过文献查取，或 者通过实验测定。通过前两种途径获取数据有困 难时，这些常数也可以根据分子结构，用基团贡 献法推算。
T
dH CPdT V 1 T dP
A (0.1MPa,25℃)
CPdT CP TB TA
CP
T
dT
CP
ln
TB TA
在
(0.1MPa,50℃)
0.1MPa B
(100MPa,50℃)
VdP V PB PA
V 1 T dP V 1 T PB PA
在
50C
当 P=0.1MPa 时，