化工热力学课件05共84页
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化工热力学讲义精品PPT课件
他通过对自己构想的理想热机的分析得出结 论：热机必须在两个热源之间工作，理想热机的 效率只取决与两个热源的温度，工作在两个一定 热源之间的所有热机，其效率都超不过可逆热机 ，热机在理想状态下也不可能达到百分之百。这 就是卡诺定理。
Carnot (1796 - 1832)
卡诺的论文发表后，没有马上引起人 们的注意。过了十年，法国工程师Benôlt Paul Emile Clapeyron (1799 - 1864)把 卡诺循环以解析图的形式表示出来，并用 卡诺原理研究了汽-液平衡，导出了克拉 佩隆方程。
Gibbs (1839 - 1903)
➢1913年，能斯特提出热力学第三定律。 ➢1931年，福勒提出热力学第零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。
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。
➢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。
1824年，法国陆军工程师Nicholas Léonard Sadi Carnot发表了 “ 关于火的动力研究” 的论文 。
1 8 4 2 年，德国医生 Julius Robert Mayer (1814 - 1878) 主要受病人 血液颜色在热带和欧洲的差 异及海水温度与暴风雨的启 发，提出了热与机械运动之 间相互转化的思想。
Mayer (1814 - 1878)
1847年， 德国物理学家和生 物学家 Hermann Ludwig von Helmholtz (1821 - 1894) 发表了 “ 论力的守衡” 一文，全
Carnot (1796 - 1832)
卡诺的论文发表后，没有马上引起人 们的注意。过了十年，法国工程师Benôlt Paul Emile Clapeyron (1799 - 1864)把 卡诺循环以解析图的形式表示出来，并用 卡诺原理研究了汽-液平衡，导出了克拉 佩隆方程。
Gibbs (1839 - 1903)
➢1913年，能斯特提出热力学第三定律。 ➢1931年，福勒提出热力学第零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。
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。
➢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。
1824年，法国陆军工程师Nicholas Léonard Sadi Carnot发表了 “ 关于火的动力研究” 的论文 。
1 8 4 2 年，德国医生 Julius Robert Mayer (1814 - 1878) 主要受病人 血液颜色在热带和欧洲的差 异及海水温度与暴风雨的启 发，提出了热与机械运动之 间相互转化的思想。
Mayer (1814 - 1878)
1847年， 德国物理学家和生 物学家 Hermann Ludwig von Helmholtz (1821 - 1894) 发表了 “ 论力的守衡” 一文，全
化工热力学第五章 化工过程的能量分析(课堂PPT)
Z1
Ws
Q u2
P2,V2,Z2,u2
2 Z2
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2
§5.1.2稳定流动体系的热力学原理
根据能量守恒原理：
进入体系能量=离开体系能量+体系内积累的能量
∵ 稳定流动体系无能量的积累
∴ E1 +Q = E2 -W （1）
• 体系与环境交换的功W包括与环境交换的轴功Ws
和流动功Wf，即W = Ws + Wf
较少的过程。 – 找出品位降低最多的薄弱环节，指出改造
的方向。
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2
§5.1热力学第一定律与能量平衡方程
• §5.1.1 热力学第一定律 • §5.1.2 稳定流动体系的热力学原理 • §5.1.3 稳流体系能量平衡方程及其应用
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2
§5.1.1热力学第一定律
2
8
§5.0 热力学基本概念复习
3、过程
➢指体系自一平衡状态到另一平衡状态的转换． ➢对某一过程的描写：初态+终态+路径.
▪ 不可逆过程：一个单向过程发生之后一定留 下一些痕迹，无论用何种方法也不能将此痕 迹完全消除，在热力学上称为不可逆过程．
➢凡是不需要外加功而自然发生的过程皆是不可 逆过程（自发过程）。
• 应用中的简化
1）流体通过压缩机、膨胀机
∵ u2≈0，g Z≈0 ∴ H=Q + Ws——稳流过程中最常用的公式 若绝热过程Q=0， Ws= H= H2-H1
高压高温蒸汽带动透平产生轴功。
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2
§5.1.3 稳流体系能量平衡方程及其应用
化工热力学第三版课件
第二章
流体的热力学性质力 两相平衡线上： F=1 1
固
2
温度 图 2-1 纯物质的P-T图 (2)
聊城大学 化学化工学院
化工热力学
第二章
流体的热力学性质
第一节
压缩流体区 3 Super Critical Fluid （SCF） A Pc 临界温度下气体液化所需的最小压力 C 液相区 固相区
聊城大学 化学化工学院
化工热力学
第二章
流体的热力学性质
第一节
超临界流体的应用：
超临界流体萃取 超临界水氧化技术
超临界流体干燥
超临界流体色谱
超临界流体化学反应
常用的物质及临界点：
二氧化碳：304.3K 7.39MPa 水：647K 22MPa 甲醇：512K 8.1MPa 乙醇：516K 6.38MPa
第一节
超临界流体应用原理：
物质在超临界流体中的溶解度受压力和温度的影 响较大。可以利用升温、降压手段（或两者兼用） 将超临界流体中所溶解的物质分离析出，达到分离 提纯的目的。如：
高压条件下，使超临界流体与物料接触，物料中的有 效成分溶于超临界流体中（如萃取）；分离后对溶有溶 质的超临界流体降压，溶质析出。 如果有效成分不止一种，可以采取逐级降压，使多种 溶质分步析出。 分离过程中没有相变，过程能耗低。
仍是一种气体，但又不同于一般气体，是一种稠密气态。 密度比一般气体要大两个数量级，与液体相近。 粘度比液体小，但扩散速度比液体快两个数量级，有 较好的流动性和传递性。 很强的溶解能力。 介电常数大，有利于溶解一些极性高的物质。
聊城大学 化学化工学院
化工热力学
第二章
流体的热力学性质
《化工热力学》课件
提高产品质量和产量
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
CATALOGUE
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。
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。
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xx年xx月xx日
目 录
CATALOGUE
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。
化工热力学课件
1 kij
kij称为二元交互作用参数。
（2）Prausnitz等人建议用下式计算交叉项aij
aij
a
R
T2 2.5 cij
pcij
为了提高计算精度，也可以改变参数的混合规则，
如：
aM
yi y jaij
ij
aij (aia j )0.5 1 kij
bM
yi y jbij
1
bij 2 bii bjj 1 lij
主要内容
流体pVT关系发展概况 流体的非理想性 混合物的pVT行为 维里方程 立方型状态方程 总结
流体的p –V –T关系的发展概况
一、理想气体
1662年 Boyle定律
pV 常数
1834年 理想气体状态方程
pV RT
二、维里方程
Z
1
Bp
C p 2
1
B V
C V2
Onnes：1901年以一种经验的关系式开发出了维 里方程；
（2）适用于 1 Tci 2, 1 pci 2
2 Tcj
2 pcj
（3）对于组分差别很大的混合物，尤其对于具有
极性组元的系统以及可以缔合为二聚物的系统均
不适用。
（4）常应用于三参数压缩因子图等。
Prausnitz对计算各临界参数提出如下的混合规则：
Tcij (1 kij ) TciTcj
➢氯仿和二异丁基甲酮也形成氢键，但由于存在空间障碍， 络合的趋势小得多。
Cl Cl C H
Cl
CH3C
O CH3
C
O
C
C C C CC C C
比较同分异构体C2H6O的某些热力学性质，便可 以很好地说明氢键对于物化性质的强烈影响。
化工热力学参考ppt
1799年，英国化学家 Humphry Davy (17781829)通过冰的摩擦实验研究功转换为热。
1824 年 ， 法 国 陆 军 工 程 师
Nicholas Léonard Sadi Carnot 发表了 “ 关于火的动力研究” 的 论文。
他通过对自己构想的理想热机 的分析得出结论：热机必须在两个 热源之间工作，理想热机的效率只 取决与两个热源的温度，工作在两 Carnot 个一定热源之间的所有热机，其效 (1796 - 1832) 率都超不过可逆热机，热机在理想 状态下也不可能达到百分之百。这 就是卡诺定理。
结合起来，奠定了化学热力学
的重要基础。
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。
1.3 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；
1824 年 ， 法 国 陆 军 工 程 师
Nicholas Léonard Sadi Carnot 发表了 “ 关于火的动力研究” 的 论文。
他通过对自己构想的理想热机 的分析得出结论：热机必须在两个 热源之间工作，理想热机的效率只 取决与两个热源的温度，工作在两 Carnot 个一定热源之间的所有热机，其效 (1796 - 1832) 率都超不过可逆热机，热机在理想 状态下也不可能达到百分之百。这 就是卡诺定理。
结合起来，奠定了化学热力学
的重要基础。
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。
1.3 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；
化工热力学第五章ppt
yi P xi Pi
yi P xi s Pi
s
i 1,2, , N
x
i i i
yi P 1 s Pi
1 P s yi / Pi
i
计算步骤
① 由Antoine方程求 Pi s
②
1 P s yi / Pi
i
③
yi P xi s Pi
3 等压泡点计算
已知P 与{ xi }，求T与 { yi }。
s 3
1 P 74.27kPa yi 0.50 0.30 0.20 P s 144.77 70.34 34.88 i i
y1 P 0.5 74.27 x1 s 0.2565 P 144.77 1 y2 P 0.30 74.27 x2 s 0.3166 P2 70.34 y3 P 0.20 74.27 x3 s 0.4269 P3 34.88
否
调整T
例题 丙酮（1），乙腈（2）和硝基甲烷（3）体系 可按完全理想系处理，各组分的饱和蒸汽压方程
2940.46 ln P 14.5463 t 237.22
s 1
2945.47 ln P 14.2724 t 224.00
s 2
2972.64 ln P 14.2043 t 209.00
对于这种体系，用一般精馏法 是不能将此分离开的，必须要 采用特殊分离法。 0 x1,y1 1
P
等温
最低压力负偏差体系
最小压力（最高温度） 共沸点x=y, γi<1
共沸点
0
T
x1,y1 等压
1
0
x1,y1
1
液相为部分互溶体系
5.3.2中、低压下泡点和露点计算 等温泡点计算 已知体系温度T与液相组成xi，求泡点 压力P与汽相组成 yi 。 等压泡点计算 已知体系压力P与液相组成xi，求泡点 温度T与汽相组成 yi 。 等温露点计算 已知体系温度T与汽相组成yi，求露点 压力P与液相组成 xi 。 等压露点计算 已知体系压力P与汽相组成yi，求露点 温度T与液相组成 xi 。
《化工热力学》课件
Van der Waals方程
探讨Van der Waals方程对非理想气体的描述和应 用。
二元混合物
混合物的组成
解释二元混合物的组成及其对热力学性质的 影响。
离子交换
研究离子交换对二元混合物中的离子平衡的 影响。
相平衡曲线
介绍二元混合物相平衡曲线在化工热力学中 的重要性。
活度系数
讲解混合物中的活度系数及其在化工热力学 计算中的应用。
相边界
1
液-气相边界
探索液-气相边界及其在化工过程中
固-气相边界
2
的应用。
了解固-气相边界对于固体反应和蒸
馏过程的重要性。
3
液-固相边界
研究液-固相边界对于溶解过程和晶 体生长的影响。
气体相似性定律
波伊尔斯定律
讨论波伊尔斯定律及其在气 体流动和压缩过程中的应用。
查理定律
探索查理定律对气体热膨胀 和压力变化的影响。
熵和焓
1 熵的概念
2 焓的定义
解释熵作为热力学状态函数的概念和性质。
介绍焓的定义及其在化工热力学中的应用。
3 能量转换
4 热力过程。
说明热力学第一法则与焓的关系和在化工 过程中的应用。
状态方程及其应用
状态方程的定义
理想气体状态方程
介绍状态方程在化工热力学中的基本定义和应用。 研究理想气体状态方程及其在化工过程中的应用。
《化工热力学》PPT课件
通过本课件，您将深入了解化工热力学的基本概念和应用。从熵和焓到热力 学计算和催化反应，准备好探索化学工程的热能世界吧！
化工热力学概述
1 基本原理
2 重要性
3 实际应用
介绍化工热力学的基本 原理和主要研究领域。
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对应态原理（CSP）（课本第8章）
气体的对比态原理 通过大量的实验发现，许多物质的气体当接近
临界点时，都显示出相似的性质，因而引出了 对比参数的概念。
pr ppc,Tr TTc,Vr V Vc
f (p , V , T ) = 0 f ′(Pr , Vr , Tr ) = 0
理想气体 PV = RT 真实气体 PV =ZRT
原先该方程的八个常数 普遍化处理后，能从纯物质的临界压力、临界温度和偏心
因子估算常数 现已有12常数型，20常数型，25常数型，36常数型，甚至
更多的常数，有时作特殊的用处 BWR方程的数学形式上的规律性不好，给数学推导、数值
求根乃至方程的改进和发展等都来带来了一定的不便
Martin-Hou(MH,马丁-侯)方程
应用范围与条件
维里方程是一个理论状态方程，其计算范围应该 是很宽阔的，但由于维里系数的缺乏，使维里方 程的普遍性和通用性受到了限制。在使用维里方 程时应注意： ⑴用于气相PVT性质的计算，对液相不适用； ⑵P<1.5Mpa时，用两项式,可满足工程要求； ⑶1.5Mpa<P<5Mpa时，用三项式； ⑷高压，精确度要求高时，可根据情况，多取几项。
P
5
k 1
F k T V b k
其中
F 1 T RT F 2 T A 2 B 2 T C 2 e 5 .475 T T c F 3 T A 3 B 3 T C 3 e 5 .475 T T c F 4 T A 4 B 4 T C 4 e 5 .475 T T c F 5 T A 5 B 5 T C 5 e 5 .475 T T c
因子）是相同的）
二参数对应态原理
van der Waals首先提出了二参数对应态原理， 可以将vdW方程转化为二参数对应态原理
P V
RT Vc
9 8 RT cV c
3
V2
PV = a + bP + cP2 +……
用大量的实验数据来验证这个方程式，并且又从 中发现了一些规律
PV= a(1+ B 'P+ C 'P 2 + D ' P 3 +····)
其中：a, B ‘, C ’, D ‘ , 都是温度和物质的函数 当压力趋于0时，PV= a；又理想气体状态方程PV = RT 知， a = RT
优点： ①计算精度高，气相1%，液相<5%； ②常数易确定，仅需要临界点和常压下的数
据； ③可用于极性气体PVT性质的计算； ④可用于VLE和液相性质的计算。 问题：对液相极性物质计算的误差大，最大
可达16%。
第二virial系数与Boyle温度TB
第二virial系数与Z~P图上的等温线在p 率有关
维里方程 Virial Equation
方程的提出 两项维里方程 应用范围与条件
方程的提出
在气相区，等温线近似于双曲线形式， 从图中可以看到当P升高时，V变小。
1907年，荷兰Leiden大学， Onness 通过大量的实验数据，认为气体或蒸汽的 PV乘积，非常接近于常数，于是，他提出 了用压力的幂级数形式来表示PV得乘积
两项维里方程
在实际中，我们常遇到两两分子作用，因此 我们多采用两项维里方程
Z PV1B. RT V
ZPV1B/P RT
常用的两项维里方程
Z PV 1 B RT V
BPc B0 B1 第二维里系数的关联式，较多应用于非、弱极性物质
RTc
B 0
0.1445
0.33 Tr
0.1385 Tr2
0时的斜
Z1ZBRPTZCRP2T2
BRlTim Z1RlTim Z
P 0 P
P 0PT
随着温度的升高，Z~P图上的等温线在P0时
的斜率由负变为正,第二virial系数B只在某一温 度下变为零，这一温度称为Boyle温度，用TB表 示，即B（TB）=0,或
limZ1 0 P0 P TTB
lim VRTRlTim Z10 P 0 P P 0 P
目前采用维里方程计算气体PVT性质时，一般最 多采取三项。 这是由于多于三项的维里方程中的 常数奇缺，所以多于三项的维里方程一般不大采用。
BWR方程
P R T B 0 R A 0 T T C 0 2 2 b R a 3 T a 6 c T 2 6 1 2 e x2
C,C '：第三维里系数，它表示对一定量的真实气 体，三个分子间的作用所引起的真实气体与理想 气体的偏差。
D,这些常数，Onness也没有给出 任何解释，直到统计热力学的出现，才对 这些常数做出了比较满意的解释，统计热 力学实际上就是维里方程的理论基础，因 而我们才可以说，维里方程是具有理论基 础的方程。
可得到用压力表示的维里方程
PV =RT(1+ B 'P+ C 'P 2 + D ' P 3 +…)
把RT移到等式右边，可得到：
ZpV 1B PC P 2D P 3 RT
Z是压缩因子
体积型的维里方程为
Z1V BVC2 VD3
用压力或体积表示的维里方程中的常数，都具 有一定的物理意义：
B, B '：第二维里系数，它表示对一定量的真实 气体，两个分子间的作用所引起的真实气体与理 想气体的偏差。
0.0121 Tr3
0.000607 Tr8
B 1
0.0637
0.331 Tr2
0.423 Tr3
0.008 Tr8
从P-V-T数据来确定B，C
V PV 1 B C
RT
V
用等温的P -V -T数据作,V PV 1 ~1/V图 RT
应是一直线,外推至1 0,得B和C V
另外,还有其它的方法
真实气体与理想气体的偏差集中反映在压缩因 子Z上，人们发现所有气体的临界压缩因子ZC相 近，表明所有气体在临界状态具有与理想气体大 致相同的偏差
如果将各种物质的Zc视为相同的常数，则：各物 质在相同的Pr，Tr（Vr）下，有相同的Z值。这 就引出对比态原理。
对比态原理：所有的物质在相同的对比态下，表 现出相同的性质。即：组成、结构、分子大小相 近的物质有相近的性质。（在相同对比温度、对 比压力下，任何气体或液体的对比体积（或压缩