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。
化工热力学精ppt课件
利用纯物质在临界点附近的特殊性质，通过一 些经验公式或图表，估算其在其他条件下的热 物理性质。
混合物热物理性质预测方法
基于组分的加权方法
根据混合物中各组分的摩尔分数或质量分数，采用加权平均的方法 预测混合物的热物理性质。
基于活度的预测方法
引入活度系数来描述混合物中组分间的相互作用，通过活度系数与 纯物质性质的关联，预测混合物的热物理性质。
01
夹点技术
通过优化换热网络，降低能源消耗。
热泵技术
利用外部能源，提高低温热源的品 位，实现能量的升级利用。
03
02
热集成
将多个操作单元集成在一起，提 高能源利用效率。
04
节能技术与措施
改进工艺和设备
采用先进的生产工艺和设备，降低能源消耗。
设计优化方法
通过选择合适的萃取剂、优化萃取塔结构、改进操作条件 等方式，提高萃取过程的分离效率，降低能耗和投资成本。
案例分析
结合具体萃取案例，分析热力学原理在萃取过程设计中的 应用，以及优化方法对提高萃取效率的作用。
其他分离过程热力学原理简介
01
02
结晶过程热力学原理
利用物质在溶液中的溶解度随温度、压 力等条件的变化而变化的性质，实现物 质的分离和提纯。结晶过程涉及相平衡、 传热等热力学基本原理。
封闭系统
与外界有能量交换但没有物质交换的系统。
开放系统
与外界既有能量交换又有物质交换的系统。
热力学基本定律
热力学第零定律
如果两个系统分别与第三个系统处于热平衡状态，那么这两个系统也必定处于热平衡状态。
热力学第一定律
热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或其他能量互相转换，但是在转换过程中，能量的总值保持不变。
化工热力学教案范文
化工热力学教案范文热力学是化学领域中的重要基础学科，它研究了物质在化学反应和物理过程中的能量变化和能量转化。
化工热力学教学是化学工程专业的重要课程之一，它对学生掌握化工热力学基本原理和计算方法具有重要意义。
下面是一份化工热力学的教案范文，供参考。
教案名称：化工热力学基础教学目标：1.了解热力学基本概念和能量转化原理。
2.掌握热力学计算基本方法和应用。
3.培养学生的问题分析和解决能力。
教学重点：1.热力学基本概念和能量转化原理。
2.热力学计算基本方法和应用。
教学难点：1.能量转化原理的理解和应用。
2.热力学计算实例的分析和解决。
教学内容和步骤：一、热力学基本概念和能量转化原理（30分钟）1.介绍热力学的定义和研究内容。
2.解释能量转化的基本原理和表达方式。
3.讨论物质的热力学性质和能量计算方法。
二、热力学计算基本方法和应用（60分钟）1.热力学计算的基本公式和计算步骤。
2.介绍热力学过程和热力学循环的计算方法。
3.分析热力学实例，进行计算和讨论。
三、问题分析和解决应用（30分钟）1.提出一个化工热力学问题。
2.学生自行分析和解决问题。
3.学生展示问题分析和解决过程。
教学方法：1.讲授相结合的教学方法，注重理论与实践的结合。
2.小组讨论，促进学生的彼此交流和合作。
3.实例分析，锻炼学生的问题解决能力。
教学手段：1.教师讲授课件和板书的结合。
2.设计实验，让学生亲自体验热力学计算过程。
3.参考资料，让学生针对实例进行独立分析和解答。
教学评价方式：1.平时表现：包括课堂参与，小组讨论，问题解答等。
2.作业评价：解答理论问题和实例分析题。
3.期末考试：综合考察对热力学基础知识的理解和应用。
教学参考资料：1.《化工热力学基础》（教材）2.《化工热力学基础习题解析》（辅助教材）教学反思：本次化工热力学教学主要侧重于学习热力学基本概念和能量转化原理，以及学习热力学计算基本方法和应用。
通过理论讲解、实例分析和问题解决等方式，培养学生对热力学的兴趣和实际应用能力。
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。
化工热力学的名词解释
化工热力学的名词解释引言：化工热力学是化学工程中非常重要的一门学科，它研究的是化学反应过程中的能量转化、传递和平衡等热力学原理与方法。
以下将对化工热力学中的一些关键名词进行解释，帮助读者更好地理解和应用这些概念。
一、焓（Enthalpy）：焓是化工热力学中一个非常重要的量，它表示系统的内能和对外界做的功之间的总和。
焓的变化是化学反应或物质相变等过程中的重要参量。
在常温常压下，焓通常使用标准焓表示，记为ΔH°。
通过计算物质的吸热或放热量，可以用来确定反应的热效应。
二、熵（Entropy）：熵是表示系统无序程度或混乱程度的物理量。
化工热力学中的熵是指系统能量的一种度量，常用符号为S。
熵的变化是系统在吸热或放热过程中的重要参量。
熵增定律是指孤立系统熵总是增加的规律，可用来描述自然界中的很多过程。
三、自由能（Free Energy）：自由能是一个系统在恒定温度下能做的最大可逆功的最大减值。
它是描述系统在恒定温度和压力下它达到一个平衡状态的程度的一个非常重要的物理量。
自由能的变化可用来预测反应是否会自发进行以及反应的方向。
四、热力学平衡（Thermodynamic Equilibrium）：热力学平衡是指系统的各种宏观性质在连续不断的时间变化之后趋于稳定的状态。
对于化学反应的热力学平衡，反应物和生成物的浓度或物相的比例保持不变，且反应速率达到一种动态平衡，正反应速率相等。
热力学平衡状态是实现可持续化学反应的重要条件。
五、化学势（Chemical Potential）：化学势是描述物质在一定温度、压力和组分条件下的自由能变化的关键物理量。
化学势的变化可以预测化学反应的趋势以及化学平衡的位置。
通过研究化学势的变化可以探索最佳反应条件和反应过程的优化。
六、热容（Heat Capacity）：热容是指系统在吸收或释放一定量热量时温度变化的情况。
它是描述物质对热能的存储和释放能力的物理量。
热容可以分为等压热容和等容热容，分别对应恒定压力和恒定体积条件下的热容。
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8
第三章 流体的热力学性若为单位质量的性质，则为强度性质 ，如mol热力学能能，偏mol性质。
3．偏微分、全微分、点函数、状态函数的概念
4．剩余性质的定义式 M E M M
5. 热容的定义式
Cv
U T V
QR
8．正向卡诺循环、逆向卡诺循环
C
1 TC TH
C
TL TH TC
9．蒸汽动力循环，蒸汽压缩制冷循环，深度制冷
循环（林德、克劳特）的工作原理，能用T-S图表示，
会查用T-S图，主要设备与作用。
28
二．有关计算 ☆ 1. 制冷循环：
有关计算q0，qh，G，-ωS（Nt），ε等 ☆ 2. 蒸汽动力循环 ：
10. 有效能与理想功的联系 ΔB=-Wid
11. 有效能衡算 可逆过程
B B
不可逆过程 B B D
12. 有效能效率
B
B
D
1 B
B 考虑数量、质量
13. 热力学效率 （仅考虑数量）
Wac
Wid
产功过程
Wid
Wac
耗功过程
14. 有效能、无效能、理想功、损失功
22
二．有关计算
8．活度与活度系数的概念及定义式
aˆi fˆi / fi 0
9．L—R定则表达式
i
aˆi Xi
xi
fˆi fi0
fˆi
/
fˆ i
id
fˆi id
x i
fi0
f
0 i
L
R
fi
f
0 i
HL
Ki
10. Q函数表达式
Q GE RT
X i ln i
11.
或
ln i
nG E / ni
2．中压下
（1）V、L两相皆看作理想溶液
yi fi ov xi fi oL
ki
yi
/ xi
f
oL i
/
f
ov i
f
T,P
Ki可由列线图查取
（2）非理想体系（电算）
3．高压下
用EOS法计算 ˆiv yi p ˆiL xi p ˆiv yi ˆiL xi
4．闪蒸计算
32
三．热力学一致性检验
2．平衡常数的基本表达式
Ka aˆii
3．温度、压力也可影响平衡转化率
4．标准态的选取：相平衡：与体系T、P相同 化 学 平 衡 ： 与 体 系 T 相 同34，
二．基本关系式：
G0 RT ln K
或 ln K G 0 RT
三．化学平衡的计算
1．复杂物系化学平衡的处理原则（4点）
2．等温复杂反应体系
化工热力学
总结
1
第二章 流体的PVT关系
一．P、V、T、CP是流体的最基本性质，是热力学计算基础 查找文献
实验得（实测）
计算 （由第二章介绍方法计算） 二．PVT数据的计算
1．理想气体：PV=RT （1mol）低压、高温 2．真实气体：主要有两种计算方法，一种EOS法，另 一种普遍化关系法。
2
EOS法：Virial，VDW，R—K，S—R—K，M—H Eq 。 有关真实气体计算的状态方程式很多，目前已提出 的不下300种，实际应用的也有150种之多，我们主 要介绍以上这些，重点掌握Virial Eq和R—K Eq ，
D T0 St T0 S sys S环
D B B
WL Wid Wac
WL T0 St
6．理想功和有效能的计算，见例题
25
第六章 蒸汽动力循环与制冷循环
一. 基本概念 1．节流过程。绝热过程的特征
2．微分节流效应系数
J
T P H
＞0 制冷 ＝0 转化点
＜0 制热
T V V
11
三．有关计算
1．H、S的计算
（1） 对理想气体
H T
'
P
CP'
H P
T2 T1
CP
'
dT
等P
S ' T
P
CP' T
积分
S P '
T2
C
' P
dT
T T1
等T
H T
'
T
0
S ' T
T
R T
积分
H T ' 0
S
' T
R ln
P2
P 12 1
（2） 对真实气体
等P：ΔHp，ΔSp，计算式同理想气体，但Cp≠Cp‘
^
^
（2） i 和 f i 的计算
19
3．f与的计算
ln f
X
i
ln
fˆ1 X2
ln Xi ln i
4. ri的近似计算式
（1）wohl型Eq Margules Eq; Van Lear Eq等
（2） 局部组成Eq Wilson Eq ; NRTC Eq （3） 基团贡献关联式
20
第五章 化工过程的能量分析
有关计算 、ωs、qF放、ωS、η等 3．深度制冷循环：计算。X、-ω、Q0等
29
第七章 相平衡
一．基本概念 1．相平衡的判据和VLE的常用判据 2．沸点、泡点和露点的概念 3．逆向凝聚现象 4．相对挥发度、汽液平衡比和汽液平衡常数 5．共（恒）沸物的概念
X i yi
j 1
6．正偏差和负偏差的概念
16
第四章 流体混合物（溶液）的热力学性质
一. 基本概念
1．偏mol性质定义
2．化学位
3．混合性质变化：
M M xi Mi 0
4．超额性质：
M E M M id
5．混合过程的超额性质变M E M M id
化
X i dMi 0
6．恒T、P下，G—D Eq
17
7.逸度的概念和三种逸度的定义式和相互间的关系
一. 基本概念 1．热一律，热二律的实质 2．卡诺循环 ——热机转化的最大限度 3．热机效率 4．可逆、非可逆、自发和非自发 5．熵增原理、熵判据 6．可逆功、可逆轴功。 7．限制量体系、限容量体系 8. 稳流体系有效能：
B=T0（S0-S）-（H0-H）
21
9. 稳流过程的理想功：
Wid=T0ΔS-ΔH=T0（S2-S1）-（H2-H1）
S 积累
在特殊条件下可以适当地简化
4．有效能计算
功 ： 100% 有 效 能
热量：
BQ
。 Q1
T0 T
恒温热源
BQ
Q1
T0 T平
变温热源
Q H
T2 T1
CP
dT
T平
T2 T1 ln T2
物流某状态点i的有效能
BI
T0 S0
Si
T1
H 0 24
Hi
5.有效能损失和损失功计算
D Wid Wac
Virial Eq
z PV 1 B C D
RT
V V2 V3
z PV 1 B'P C 'P2 D' P3 RT
3
一般取两项
z 1 B' p
z 1 B V
z 1 BP RT
R—K Eq 式（2-6）、式（2-22） 4
普遍化关系式法
① 两参数通用Z图 z f Tr , Pr
或Vr≥2时用，
z 1 BP 1 BPc Pr
RT
RTc Tr
BPc B 0 B1
RTc
B 0 0.083 0.422 T 1.6
r
B1 1.139 0.172 T 4.2
r 6
B. 普压法：图2—9曲线下方，或Vr＜2时用
z z 0 Z 1
Z0
2-7
图
查值
Z1
2-8
普遍化关系式法重点是三参数 运用三参数普遍化关系式计算时，
恒T、P下，
(xi dM ) 0
对VLE
X I d ln i 0
恒T下VLE数据热力学检验：积分法、微分法
恒P下VLE数据热力学检验。Herrington经验检验法
33
第十章 化学反应平衡
一．基本概念
1．反应进度的表达式
简单反应 复杂反应
dni i dE
r
dni ij d j j 1
J
T P Cp
26
3．微分等熵膨胀系数
S
T P S
＞0
4. 熵效率 S
T V
S
T P Cp
膨胀
S
WS 不 WS 可
WS WSR
H1 H‘2 H1 H2
压缩：
S
WSR WS
H1 H2 H1 H 2’
5. 制冷系数：
q0
WS
27
6．热效率：
WS
QH
7．热力系数： Q0
等T：
积分
H V T V
P T
T P
S V P T T P
H T
P2 P1
V
T
V T
dP
P
ST
P2 P1
V T
P
dP
用剩余性质计算 H = H＊+HE
S = S＊+SE
13
2．有关HE，SE 的计算
图解积分法; 普遍化方法
普维法（计算） 普压法（查图计算）
一定是要注意普维法和普压法的应用条件。
7
3．真实气体混合物 真实气体混合物PVT性质计算方法同真实气体， 有两种方法，一种是EOS法，另一种是普遍化关系 式法。
EOS法：virial Eq、 R—K Eq 普遍化关系式法 ：D-law + Z图法;