化工热力学第一章绪论
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chap1 绪论 化工热力学
平衡、力平衡、相平衡、化学平衡）的必要条件
是引起体系状态变化的所有势差如温度差、压力
差、化学位差等为零。需要指出的是平衡状态实
质上是动态平衡。
热力学的变量：强度量与广度量
强度量：数值仅取决于物质本身的特性，而与物 质的数量无关。如温度、压力、密度、摩 尔内能等。 广度量: 数值与物质的数量成正比。如体积、质 量、熵、焓、内能等。 单位质量的广度量是强度量。
循环：体系经过一系列的状态变化过程 后，最后又回到最初状态的整个 变化过程。可分为正向循环和逆 向循环。
2.热力学的分支
（1）工程热力学（Engineering Thermodynamics）
主要研究热能与机械能之间的转换规律以及在
工程中的应用。 （2）化学热力学（Chemical Thermodynamics） 应用热力学原理研究有关化学中各类平衡问题。 主要侧重于热力学函数的计算，主要是H、S、U、 F和G的计算。
（3）化工热力学（Chemical Engineering Thermodynamics） 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。
根据体系与环境的需相互关系，热力学体
系可分为：
孤立体系：体系与环境之间既无物质之 间的交换也无能量的交换。 封闭体系：体系与环境之间只有能量的 交换而无物质的交换。 敞开体系：体系与环境可以有能量与物 质的交换。
平衡状态的定义：一个体系在不受外界影响 的条件下，如果它的宏观性质不随时间而变化此
体系处于热力学平衡状态。达到热力学平衡（热
是引起体系状态变化的所有势差如温度差、压力
差、化学位差等为零。需要指出的是平衡状态实
质上是动态平衡。
热力学的变量：强度量与广度量
强度量：数值仅取决于物质本身的特性，而与物 质的数量无关。如温度、压力、密度、摩 尔内能等。 广度量: 数值与物质的数量成正比。如体积、质 量、熵、焓、内能等。 单位质量的广度量是强度量。
循环：体系经过一系列的状态变化过程 后，最后又回到最初状态的整个 变化过程。可分为正向循环和逆 向循环。
2.热力学的分支
（1）工程热力学（Engineering Thermodynamics）
主要研究热能与机械能之间的转换规律以及在
工程中的应用。 （2）化学热力学（Chemical Thermodynamics） 应用热力学原理研究有关化学中各类平衡问题。 主要侧重于热力学函数的计算，主要是H、S、U、 F和G的计算。
（3）化工热力学（Chemical Engineering Thermodynamics） 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。
根据体系与环境的需相互关系，热力学体
系可分为：
孤立体系：体系与环境之间既无物质之 间的交换也无能量的交换。 封闭体系：体系与环境之间只有能量的 交换而无物质的交换。 敞开体系：体系与环境可以有能量与物 质的交换。
平衡状态的定义：一个体系在不受外界影响 的条件下，如果它的宏观性质不随时间而变化此
体系处于热力学平衡状态。达到热力学平衡（热
化工热力学第三版第1章绪论与第2章流体的pVT关系
混合物的状态方程
2.4.3 混合物的状态方程
（3）Martin-Hou方程 温度函数混合规则的通式为
若L代表方程常数b，则n＝１
2.4.3 混合物的状态方程
2.4.4 状态方程混合规则的发展
（1）单流体混合规则的改进
2.4.4 状态方程混合规则的发展
1.3.1 体系与环境
1. 孤立体系：体系与环境之间既无物质的交换又无能量 的交换
2. 封闭体系：体系与环境之间只有能量的交换而无物质 的交换
3. 敞开体系：体系与环境之间可以有能量与物质的交换。
1.3.2 平衡状态与状态函数
状态是指体系在某一瞬间所呈现的宏观物理状况。热 力学中，一般说体系处于某个状态， 即指平衡状态。
2.1 纯物质的p-V-T关系
2.1 纯物质的p-V-T关系
2.1 纯物质的p-V-T关系
等温线在两相区中的水平线段随着温度升高而缩短，最 后在临界温度时缩成一点犆。从图2-3上看出，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
2.1 纯物质的p-V-T关系
2.2 气体的状态方程
对比态原理认为，在相同的对比状态下，所有的物质表 现出相同的性质。 令 将这些关系代入van der Waalls方程，得
这种关系在数学上可表示为
因为
2.3.2 以偏心因子为第三参数 的对比态原理
物质的对比蒸气压的对数与绝对温度有近似线性关系， 即
对比蒸气压方程可以表示为
2.3.2 以偏心因子为第三参数 的对比态原理
2.2.1 理想气体方程
理想气体方程是最简单的状态方程，即
2.2.2 立方型状态方程
所谓立方型状态方程是因为方程可展开为体积 （ 或密 度）的三次多项式。Vander Waals方程 （1873年）是第 一个适用真实气体的立方型方程，是对理想气体方程 （2-4）的校正。
2.4.3 混合物的状态方程
（3）Martin-Hou方程 温度函数混合规则的通式为
若L代表方程常数b，则n＝１
2.4.3 混合物的状态方程
2.4.4 状态方程混合规则的发展
（1）单流体混合规则的改进
2.4.4 状态方程混合规则的发展
1.3.1 体系与环境
1. 孤立体系：体系与环境之间既无物质的交换又无能量 的交换
2. 封闭体系：体系与环境之间只有能量的交换而无物质 的交换
3. 敞开体系：体系与环境之间可以有能量与物质的交换。
1.3.2 平衡状态与状态函数
状态是指体系在某一瞬间所呈现的宏观物理状况。热 力学中，一般说体系处于某个状态， 即指平衡状态。
2.1 纯物质的p-V-T关系
2.1 纯物质的p-V-T关系
2.1 纯物质的p-V-T关系
等温线在两相区中的水平线段随着温度升高而缩短，最 后在临界温度时缩成一点犆。从图2-3上看出，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
2.1 纯物质的p-V-T关系
2.2 气体的状态方程
对比态原理认为，在相同的对比状态下，所有的物质表 现出相同的性质。 令 将这些关系代入van der Waalls方程，得
这种关系在数学上可表示为
因为
2.3.2 以偏心因子为第三参数 的对比态原理
物质的对比蒸气压的对数与绝对温度有近似线性关系， 即
对比蒸气压方程可以表示为
2.3.2 以偏心因子为第三参数 的对比态原理
2.2.1 理想气体方程
理想气体方程是最简单的状态方程，即
2.2.2 立方型状态方程
所谓立方型状态方程是因为方程可展开为体积 （ 或密 度）的三次多项式。Vander Waals方程 （1873年）是第 一个适用真实气体的立方型方程，是对理想气体方程 （2-4）的校正。
化工热力学38页PPT文档
热力学第零定律为建立温度的概念提供了实验基础。根 据第零定律，处于同一热平衡状态的所有体系必定有一宏观 特性是彼此相同的，描述此宏观特性的参数称为温度。可见， 温度是描述体系特性的一个状态函数。
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化工热力学
热力学的分支
第一章 绪 论
⑴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，工 程热力学主要研究功热转换，以及能量利用率的高低。 ⑵化学热力学：化学热力学是应用热力学原理研究有关化学的各类平衡问题， 这在物理化学中是一个很重要的组成部分。离开了热力学原理，许多化学现 象就无法深入探讨下去。化学热力学主要侧重于热力学函数的计算，主要是 H、S、U、F 和G 的计算。 ⑶化工热力学：研究在化学工程中的热力学问题，化工热力学具有化学热力 学和工程热力学的双重特点。它既要解决能量的利用问题，又要研究解决相 际之间质量传递与化学反应方向与限度等问题。
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化工热力学
第一章 绪 论
化工热力学与其他化学工程分支学科的关系
原料
反应
分离提纯
产品
从这一过程可以提出这样几个问题:
反应工程
分离工程
⑴制造原料的获得。 ⑵选择反应工艺条件,设计反应器。
⑶确定分离、提纯方法,设计分离设备。
化工动力学 催化剂工程
化工热力学
针对这几个问题，就要考虑解决它的 办法，原则上为这样的解决途径，我们可
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化工热力学
第一章 绪 论
未来发 展：
热力学作为科技发展和社会进步的基石从来没有动摇过， 并已逐渐深入到材料、生命、能源、信息、环境等前沿领 域。热力学所处理的对象不单单是一般的无机、有机分子， 还包含有链状大分子、蛋白质分子、双亲分子、电解质分 子和离子等，其状态也不局限于常见的汽(气)、液、固三态， 还涉及高温高压、临界和超临界、微孔中的吸附态、液晶 态、微多相态等，这一切都对化工热力学提出了新的要求， 并向着连续热力学，带反应的热力学，高压与临界现象， 界面现象，电解质溶液，膜过程，高分子系统，生物大分 子，不可逆过程热力学，分子热力学，分子模拟等复杂系 统发展。
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热力学的分支
第一章 绪 论
⑴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，工 程热力学主要研究功热转换，以及能量利用率的高低。 ⑵化学热力学：化学热力学是应用热力学原理研究有关化学的各类平衡问题， 这在物理化学中是一个很重要的组成部分。离开了热力学原理，许多化学现 象就无法深入探讨下去。化学热力学主要侧重于热力学函数的计算，主要是 H、S、U、F 和G 的计算。 ⑶化工热力学：研究在化学工程中的热力学问题，化工热力学具有化学热力 学和工程热力学的双重特点。它既要解决能量的利用问题，又要研究解决相 际之间质量传递与化学反应方向与限度等问题。
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第一章 绪 论
化工热力学与其他化学工程分支学科的关系
原料
反应
分离提纯
产品
从这一过程可以提出这样几个问题:
反应工程
分离工程
⑴制造原料的获得。 ⑵选择反应工艺条件,设计反应器。
⑶确定分离、提纯方法,设计分离设备。
化工动力学 催化剂工程
化工热力学
针对这几个问题，就要考虑解决它的 办法，原则上为这样的解决途径，我们可
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第一章 绪 论
未来发 展：
热力学作为科技发展和社会进步的基石从来没有动摇过， 并已逐渐深入到材料、生命、能源、信息、环境等前沿领 域。热力学所处理的对象不单单是一般的无机、有机分子， 还包含有链状大分子、蛋白质分子、双亲分子、电解质分 子和离子等，其状态也不局限于常见的汽(气)、液、固三态， 还涉及高温高压、临界和超临界、微孔中的吸附态、液晶 态、微多相态等，这一切都对化工热力学提出了新的要求， 并向着连续热力学，带反应的热力学，高压与临界现象， 界面现象，电解质溶液，膜过程，高分子系统，生物大分 子，不可逆过程热力学，分子热力学，分子模拟等复杂系 统发展。
第1章化工热力学 陈新志
化工过程
开发、设计、 操作、优化
三传 一反 + 热 力 学
化工热力学的作用
冰箱、空调的工作原理如何？ 无水乙醇价格是95%酒精的两倍，哪一部分的成本提高了？( 共沸点) 植物有效成分提取，超临界流体萃取效率高？萃取剂为何常 选CO2？(超临界液体的溶解度、临界点条件) 石墨金刚石？需要什么条件？ 使导弹的落点更准确，也需要应用热力学(苛刻条件下的性质) 用过Aspen-Plus吗？您知道其热力学性质计算原理和模型吗？ 热力学模块的计算占时达到50%！
p
ig ig ig H T H T C 2 1 p (T )dT T1
T2
引入反映体系特性的模型
p V b RT ap 2 T
C ig p cd T
普遍化关系式的推导
dH TdS Vdp H S V T V V T T p p T p T V dH V T dp T p
制冷循环的原理
重要指标
制冷效率
放热Q 4
冷环境
Q H H 4s COP 0 1s Ws H 2 H 1s
4s
冷却冷凝器
3
2 （节流阀） （压缩机）
输入功 Ws
H 0
5S 01 1s汽化器吸热Q0（制冷量）
冷库
超临界CO2萃取技术
超临界流体物性
• 扩散系数大、粘度低 • 密度接近于液体,对固体的 溶解度大
化工热力学
真实体系(真实气体、非理想溶液)
– 状态方程模型、活度系数模型 – van der Waals, SRK, PR, Martin-Hou EOS p=p(V，T) – – – – – – – – 如
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第一章 绪 论
（2）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。而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 取均是不可少的内容。 （3）研究化工过程能量的有效利用 化工生产要消耗大量的能源。石油、天然气等能源不仅是化学工业的 燃料，而且是生产一些重要化工产品的原料。近年来的能源紧张，如何 有效利用能量的问题显得突出。 利用热力学的基本原理，对化工过程进行热力学分析，是热力学近 三十年来最重要的进展。计算各种热力过程的理想功、损耗功、有效能 等，找出可以节能而没有节能的环节和设备，然后采取措施，达到节能 的目的。这对于评定新的设计方案和改进现有生产都是有效的手段。近 来，能源紧张问题更显突出，故在流程选择、设备设计中往往以节能为 目标函数进行优化，为了节能，宁可增加设备（即初始投资）。
原化肥厂的AMⅤ合成氨工艺，能耗从常规的900 Gcal/t
氨降到590Gcal/t 氨。其在过程中采取了一系列的节能措 施，包括热泵（Heat Pump）系统。
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第一章 绪 论
（4）热力学数据与物性数据的研究
热力学把研究的对象称为体系（ System ）， 与研究 对象有密切联系的周围称为环境（Surrounding）。描述体 系处于一定状态是用一系列的宏观热力学性质（如T、P、 Cp、H、S、G 等）表示。上述三个问题的解决离不开热
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第一章 绪 论
热力学的分支
⑴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，工 程热力学主要研究功热转换，以及能量利用率的高低。 ⑵化学热力学：化学热力学是应用热力学原理研究有关化学的各类平衡问 题，这在物理化学中是一个很重要的组成部分。离开了热力学原理，许多 化学现象就无法深入探讨下去。化学热力学主要侧重于热力学函数的计算， 主要是H、S、U、F 和G 的计算。 ⑶化工热力学：研究在化学工程中的热力学问题，化工热力学具有化学热 力学和工程热力学的双重特点。它既要解决能量的利用问题，又要研究解 决相际之间质量传递与化学反应方向与限度等问题。 不管是工程热力学、化学热力学还是化工热力学，它们都属于经典热 力学。经典热力学的局限性在于只考察体系的宏观性质，而不过问体系的 微观行为。统计热力学的成就可以弥补这方面的不足。 ⑷统计热力学：统计热力学是年轻的、刚刚起步的学科，它从微观角度出 发，例如采用配分函数，研究过程的热现象。但用统计热力学研究出来的 结果与实际结果还有一段距离，还需要进一步去完善。
化工热力学讲义-1-第二章-流体的p-V-T关系36页PPT文档
②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。
二、研究方法 热力学研究方法：分为宏观、微观两种。本书就工程应用而言， 主要介绍的是宏观研究方法。
宏观研究方法特点： ①研究对象：将大量分子组成的体系视为一个整体，研究大量 分子中发生的平均变化，用宏观物理量来描述体系的状态；
②研究方法：采取对大量宏观现象的直接观察与实验，总结出 具有普遍性的规律。
2a
VC3
而：V2p2 T
2RT
Vb3
6a V4
V 2p2TTC V2CRbC T3 V 6C a4 0
2RTC VC b
3
6a
VC4
上两式相除，得：
VC b VC 23
1
b 3 VC
则： a
VC3 2
②图3中高于临界温度Tc的等温线T1、T2，曲线平滑且不与相界线相交， 近似于双曲线，即：PV=常数； 小于临界温度Tc的等温线T3、T4，由三个部分组成，中间水平线表示 汽液平衡共存，压力为常数，等于饱和蒸汽压。
③从图3还可知道：临界等温线（蓝线所示）在临界点处的斜率和 曲率等于零，即：
p 0 V TTC
第二章 流体的P-V-T关系
①P、V、T的可测量性：流体压力P、摩尔体积V和温度T是可以 直接测量的，这是一切研究的前提；
②研究的目的与意义：利用P、V、T数据和热力学基本关系式可 计算不能直接测量的其他性质，如焓H、内能U、熵S和自由能G。
一、p-V-T图
2.1纯物质的P-V-T关系
说明：①曲面以上或以下的空间为不平衡区； ②三维曲面上“固”、“液”和“气（汽）”表示单相区 ； ③“固-液”、“固-汽”和“液-汽”表示两相区；
③超临界流体的特殊性：它的密度接近于液体，但同时具有气体的 “体积可变性”和“传递性质”。所以和气体、液体之间的关系是： 既同又不同，
二、研究方法 热力学研究方法：分为宏观、微观两种。本书就工程应用而言， 主要介绍的是宏观研究方法。
宏观研究方法特点： ①研究对象：将大量分子组成的体系视为一个整体，研究大量 分子中发生的平均变化，用宏观物理量来描述体系的状态；
②研究方法：采取对大量宏观现象的直接观察与实验，总结出 具有普遍性的规律。
2a
VC3
而：V2p2 T
2RT
Vb3
6a V4
V 2p2TTC V2CRbC T3 V 6C a4 0
2RTC VC b
3
6a
VC4
上两式相除，得：
VC b VC 23
1
b 3 VC
则： a
VC3 2
②图3中高于临界温度Tc的等温线T1、T2，曲线平滑且不与相界线相交， 近似于双曲线，即：PV=常数； 小于临界温度Tc的等温线T3、T4，由三个部分组成，中间水平线表示 汽液平衡共存，压力为常数，等于饱和蒸汽压。
③从图3还可知道：临界等温线（蓝线所示）在临界点处的斜率和 曲率等于零，即：
p 0 V TTC
第二章 流体的P-V-T关系
①P、V、T的可测量性：流体压力P、摩尔体积V和温度T是可以 直接测量的，这是一切研究的前提；
②研究的目的与意义：利用P、V、T数据和热力学基本关系式可 计算不能直接测量的其他性质，如焓H、内能U、熵S和自由能G。
一、p-V-T图
2.1纯物质的P-V-T关系
说明：①曲面以上或以下的空间为不平衡区； ②三维曲面上“固”、“液”和“气（汽）”表示单相区 ； ③“固-液”、“固-汽”和“液-汽”表示两相区；
③超临界流体的特殊性：它的密度接近于液体，但同时具有气体的 “体积可变性”和“传递性质”。所以和气体、液体之间的关系是： 既同又不同，
化工热力学第1章绪论-热力学
系。
微观研究方法
(统计热力学)
特点:建立在大量粒子群的统
计性质的基础上,从物质的微
观结构观察与分析问题，预
测与解释平衡情况下物质的
宏观性质。从分子间的相互
作用出发，建立宏观性质与
微观性质的关系。
37
➢化工热力学的局限性
经典热力学局限性之一
不能定量预测物质的宏观性质；
不能解释微观本质及其产生某种现象的内部原因。
➢
进行过程的能量衡算;
➢
研究化工过程能量的有效利用;
➢
热力学数据与物性数据的测量、关联和预测。
u2
H mg Z m
Q Ws
2
、c、 s、 E、 、 c、 HP ......
Q p H C P dT
T2
T1
f H 、C H 、 f G、Cigp 、 H vap ......
也实施不了；热力学证明是可以行通的事情，
在实际当中才能够行的通。
N 2 3 H 2 2 NH 3
G 0( 25o C、
0.1MPa）
G 0( 500o C ,20 50 MPa )
33
1.3热力学特性及局限性
➢热力学的四大特性
⑵完整性:
• 热力学第一定律：能量守恒定律
• 热力学第二定律：熵增原理(热效率)
G的计算。
31
1.2 热力学的分支
⑶ 化工热力学(Chemical Engineering Thermodynamics)
研究在化学工程中的热力学问题，化工热力学具有
化学热力学和工程热力学的双重特点。它既要解决
能量的利用问题，又要研究解决相际之间质量传递
微观研究方法
(统计热力学)
特点:建立在大量粒子群的统
计性质的基础上,从物质的微
观结构观察与分析问题，预
测与解释平衡情况下物质的
宏观性质。从分子间的相互
作用出发，建立宏观性质与
微观性质的关系。
37
➢化工热力学的局限性
经典热力学局限性之一
不能定量预测物质的宏观性质；
不能解释微观本质及其产生某种现象的内部原因。
➢
进行过程的能量衡算;
➢
研究化工过程能量的有效利用;
➢
热力学数据与物性数据的测量、关联和预测。
u2
H mg Z m
Q Ws
2
、c、 s、 E、 、 c、 HP ......
Q p H C P dT
T2
T1
f H 、C H 、 f G、Cigp 、 H vap ......
也实施不了；热力学证明是可以行通的事情，
在实际当中才能够行的通。
N 2 3 H 2 2 NH 3
G 0( 25o C、
0.1MPa）
G 0( 500o C ,20 50 MPa )
33
1.3热力学特性及局限性
➢热力学的四大特性
⑵完整性:
• 热力学第一定律：能量守恒定律
• 热力学第二定律：熵增原理(热效率)
G的计算。
31
1.2 热力学的分支
⑶ 化工热力学(Chemical Engineering Thermodynamics)
研究在化学工程中的热力学问题，化工热力学具有
化学热力学和工程热力学的双重特点。它既要解决
能量的利用问题，又要研究解决相际之间质量传递
化工热力学的教学课件
热力学中因做功的方式不同，有各种形式的功
机械功、电功、化学功、表面功、磁功体系所
得的功（环境对体系做功）为正值，体系所失
的功（对环境做功）为负值。功不是体系的性
质，不是状态函数，而是和过程所经的途径有
关。在国际单位制中功的单位也用J表示。
第一章 绪 论
——名词、定义、基本概念
5 能、功和热
（3)热：从经验知道，一个热的物体和一个冷的
1593年：伽利略制造出第一只温度计
1784年：有了比热的概念
18世纪末：证明了热不是一种物质
1824年：卡诺提出了理想热机的设想
1738年：伯努利提出了第一个能量守恒实例
提出了热力学第一定律
1824年：焦耳测定了热功当量
第一章 绪 论
——化工热力学的发展简史
1850年：克劳休斯证明了热机效率，提出了热力学第
物体相接触，冷的变热了，而热的变冷了。说
明在它们之间有某种东西在相互传递着，人们
称这种东西为热。当热加到某体系以后，其贮
存的不是热，而是增加了该体系的内能。有人
形象化地把热比作雨，而把内能比作池中的水，
当体系吸热而变为其内能时，犹如雨下到池中
变成水一样体系吸热取正值，放热取负值。
第一章 绪 论
——名词、定义、基本概念
G等）表示。上述三个问题的解决离不开
热力学数据与物性数据
第一章 绪 论
——化工热力学的主要研究内容
提供热力学数据与物性数据：
但是，热力学的有效应用（如过程模
拟与放大），往往由于缺乏热力学基础
数据而发生困难。根据统计，现有十万
种以上的无机化合物和近四百万种有机
化合而热力学性质已研究得十分透彻的
机械功、电功、化学功、表面功、磁功体系所
得的功（环境对体系做功）为正值，体系所失
的功（对环境做功）为负值。功不是体系的性
质，不是状态函数，而是和过程所经的途径有
关。在国际单位制中功的单位也用J表示。
第一章 绪 论
——名词、定义、基本概念
5 能、功和热
（3)热：从经验知道，一个热的物体和一个冷的
1593年：伽利略制造出第一只温度计
1784年：有了比热的概念
18世纪末：证明了热不是一种物质
1824年：卡诺提出了理想热机的设想
1738年：伯努利提出了第一个能量守恒实例
提出了热力学第一定律
1824年：焦耳测定了热功当量
第一章 绪 论
——化工热力学的发展简史
1850年：克劳休斯证明了热机效率，提出了热力学第
物体相接触，冷的变热了，而热的变冷了。说
明在它们之间有某种东西在相互传递着，人们
称这种东西为热。当热加到某体系以后，其贮
存的不是热，而是增加了该体系的内能。有人
形象化地把热比作雨，而把内能比作池中的水，
当体系吸热而变为其内能时，犹如雨下到池中
变成水一样体系吸热取正值，放热取负值。
第一章 绪 论
——名词、定义、基本概念
G等）表示。上述三个问题的解决离不开
热力学数据与物性数据
第一章 绪 论
——化工热力学的主要研究内容
提供热力学数据与物性数据：
但是，热力学的有效应用（如过程模
拟与放大），往往由于缺乏热力学基础
数据而发生困难。根据统计，现有十万
种以上的无机化合物和近四百万种有机
化合而热力学性质已研究得十分透彻的
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就，建立模型，以易测数据推算难测数据
2020/7/6
绪论：
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。运用经典热力学的原理，结合反映体系特征的模型， 应用于解决工程中的实际问题。
2020/7/6
绪论：
化工热力学的研究内容和特点
2020/7/6
特点： 制冷、发电 介质简单：水蒸气、氨、氟里昂
2020/7/6
绪论：
化工热力学的定义和用途
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。
例1：利用热力学的原理能计算出在何种温度和压力 条件下，由氮和氢合成氨时的最高产量，这在化肥工业上产 生了重要影响。
例2：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。
2020/7/6
绪论：
化工热力学的定义和用途
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。
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。
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。
2020/7/6
真实气体：分子间有相 互作用，分子的体积大 小不能忽略 PV≠ nRT
绪论：
化工热力学的研究内容和特点
b.处理方法：以理想态为标准态加上校正
实际结果 = 理想结果 + 校正
化学热力学的方法
2020/7/6
建立模型 气体：Z（压缩因子） 气体：f（逸度系数） 溶液：gi （活度系数）
现状 世界上有105无机物，600多万有机物，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。
解决方法 积极获取新的、有实用价值的实验数据 借助热力学、分子物理和计算科学方面的原理和成
绪论： 2、化工热力学的用途
化工热力学的定义和用途
首先请尝试回答以下问题
1、冰箱的工作原理与空调是否相同？夏天打开冰箱门是否能 当空调？ 2、假酒为何会喝死人？怎样去除酒精中的甲醇？ 3、为什么无水酒精的价格是95%酒精的二倍？主要是哪一部 分的成本提高了？ 4、液化石油气的主要成分为何是丙烷、丁烷和少量的戊烷而 2不020是/7/6甲烷或己烷？
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，研究变化过程达到 平衡的理论极限、条件或状态。
化工热力学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。 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 遵循经典热力学的三大定律，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 20特20/7点/6 。
化工热力学 Chemical Engineering Thermodynamics
2020/7/6
绪论：
本章内容
一、化工热力学的定义和用途 二、化工热力学研究内容和特点 三、化工热力学的局限性 四、如何学好化工热力学 五、本课程的内容
2020/7/6
本章内容
绪论：
化工热力学的定义和用途
1、化工热力学的定义
2020/7/6
绪论：
化工热力学的定义和用途
用途3：高新技术和人类健康要求高纯度的产品
例1：利用相图除去青霉素中的杂质
例2：利用乙醇-水-甲醇体系的汽液 平衡，除去酒精中的甲醇，改进酒的 品质
2020/7/6
绪论：
化工热力学的定义和用途
用途4：从实验室研究到成功的工业放大，不仅需要“三传一反” 的原理和方法，还需要大量的热力学数据和物性数据
绪论：
化工热力学的定义和用途
5、为何从天然植物中提取香精、色素等有效成分常用超临界萃 取技术？萃取剂为何常选CO2？ 6、10kgf/cm2的水蒸气能否推动汽轮机？ 7、H2O在什么温度压力下能分解出H2和O2？N2和H2在什么温 度压力下才能合成出NH3 ？ 8、精馏塔的设计主要依据是什么？ 9、增效挖潜是好事还是坏事？ 10、为什么要节能？如何节能？依据是什么？
绪论：
化工热力学的研究内容和特点
c.获取数据的方法：少量实验数据加半经验模型
化工热力学是用少量实验数据加半经验模型， 得到所需数据。尽管有误差（5%），但很实用，可 以预测复杂的物性数据。
2020/7/6
绪论：
热力学 研究方法
2020/7/6
绪论：
化工热力学的研究内容和特点
2）化工热力学的研究特点 a.研究体系为实际状态
理想气体：分子间没 有相互作用，分子的 体积大小可以忽略。 （压力极低）PV=nRT
化学热力学研究的是以理想状态为主，如理想气体、理 想溶液；化工热力学研究的是实际状态。即在任意温度、 压力下，多组分的状态。
2020/7/6
绪论：
化工热力学的定义和用途
用途1：对于新工艺、新方法，用热源自学事先判断它的可行性。2020/7/6
绪论：
化工热力学的定义和用途
用途2：对于可行的工艺进行优化，提高能量利用效率
老厂改造，增效挖潜：
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%。
绪论：
化工热力学的研究内容和特点 化工热力学与化学工程其他学科的关系
2020/7/6
绪论：
化工热力学的研究内容和特点
2、化工热力学的研究特点
1）经典热力学的研究特点 从局部的实验数据推算系统完整的信息 从常温常压的物性数据来推算苛刻条件下的性质 从容易获得的物性数据（P、V、T、X）来推算较难
测定的数据（H，S，G） 从纯物质的信息求取混合物的信息
2020/7/6
绪论：
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。运用经典热力学的原理，结合反映体系特征的模型， 应用于解决工程中的实际问题。
2020/7/6
绪论：
化工热力学的研究内容和特点
2020/7/6
特点： 制冷、发电 介质简单：水蒸气、氨、氟里昂
2020/7/6
绪论：
化工热力学的定义和用途
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。
例1：利用热力学的原理能计算出在何种温度和压力 条件下，由氮和氢合成氨时的最高产量，这在化肥工业上产 生了重要影响。
例2：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。
2020/7/6
绪论：
化工热力学的定义和用途
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。
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。
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。
2020/7/6
真实气体：分子间有相 互作用，分子的体积大 小不能忽略 PV≠ nRT
绪论：
化工热力学的研究内容和特点
b.处理方法：以理想态为标准态加上校正
实际结果 = 理想结果 + 校正
化学热力学的方法
2020/7/6
建立模型 气体：Z（压缩因子） 气体：f（逸度系数） 溶液：gi （活度系数）
现状 世界上有105无机物，600多万有机物，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。
解决方法 积极获取新的、有实用价值的实验数据 借助热力学、分子物理和计算科学方面的原理和成
绪论： 2、化工热力学的用途
化工热力学的定义和用途
首先请尝试回答以下问题
1、冰箱的工作原理与空调是否相同？夏天打开冰箱门是否能 当空调？ 2、假酒为何会喝死人？怎样去除酒精中的甲醇？ 3、为什么无水酒精的价格是95%酒精的二倍？主要是哪一部 分的成本提高了？ 4、液化石油气的主要成分为何是丙烷、丁烷和少量的戊烷而 2不020是/7/6甲烷或己烷？
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，研究变化过程达到 平衡的理论极限、条件或状态。
化工热力学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。 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 遵循经典热力学的三大定律，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 20特20/7点/6 。
化工热力学 Chemical Engineering Thermodynamics
2020/7/6
绪论：
本章内容
一、化工热力学的定义和用途 二、化工热力学研究内容和特点 三、化工热力学的局限性 四、如何学好化工热力学 五、本课程的内容
2020/7/6
本章内容
绪论：
化工热力学的定义和用途
1、化工热力学的定义
2020/7/6
绪论：
化工热力学的定义和用途
用途3：高新技术和人类健康要求高纯度的产品
例1：利用相图除去青霉素中的杂质
例2：利用乙醇-水-甲醇体系的汽液 平衡，除去酒精中的甲醇，改进酒的 品质
2020/7/6
绪论：
化工热力学的定义和用途
用途4：从实验室研究到成功的工业放大，不仅需要“三传一反” 的原理和方法，还需要大量的热力学数据和物性数据
绪论：
化工热力学的定义和用途
5、为何从天然植物中提取香精、色素等有效成分常用超临界萃 取技术？萃取剂为何常选CO2？ 6、10kgf/cm2的水蒸气能否推动汽轮机？ 7、H2O在什么温度压力下能分解出H2和O2？N2和H2在什么温 度压力下才能合成出NH3 ？ 8、精馏塔的设计主要依据是什么？ 9、增效挖潜是好事还是坏事？ 10、为什么要节能？如何节能？依据是什么？
绪论：
化工热力学的研究内容和特点
c.获取数据的方法：少量实验数据加半经验模型
化工热力学是用少量实验数据加半经验模型， 得到所需数据。尽管有误差（5%），但很实用，可 以预测复杂的物性数据。
2020/7/6
绪论：
热力学 研究方法
2020/7/6
绪论：
化工热力学的研究内容和特点
2）化工热力学的研究特点 a.研究体系为实际状态
理想气体：分子间没 有相互作用，分子的 体积大小可以忽略。 （压力极低）PV=nRT
化学热力学研究的是以理想状态为主，如理想气体、理 想溶液；化工热力学研究的是实际状态。即在任意温度、 压力下，多组分的状态。
2020/7/6
绪论：
化工热力学的定义和用途
用途1：对于新工艺、新方法，用热源自学事先判断它的可行性。2020/7/6
绪论：
化工热力学的定义和用途
用途2：对于可行的工艺进行优化，提高能量利用效率
老厂改造，增效挖潜：
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%。
绪论：
化工热力学的研究内容和特点 化工热力学与化学工程其他学科的关系
2020/7/6
绪论：
化工热力学的研究内容和特点
2、化工热力学的研究特点
1）经典热力学的研究特点 从局部的实验数据推算系统完整的信息 从常温常压的物性数据来推算苛刻条件下的性质 从容易获得的物性数据（P、V、T、X）来推算较难
测定的数据（H，S，G） 从纯物质的信息求取混合物的信息