某高校讲义的化工热力学讲义1
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第一章 基础化工热力学篇-第一第二讲
~ M i (PV ) i
i 1
n
能量衡算方程：
n n d ~ ~ 2 (U v 2 / 2 ) Q Ws P dV M (PV ) (U M (v / 2 )) M i i i i dt dt i 1 i 1
n d 2 ~ (U M (v / 2 )) M i (H v 2 / 2 ) i Q W dt i 1
热力学第一定律第二定律例题
例②：一个绝热罐，内装190kg，60℃水，如果 水以＝0.2kg/s的稳定速度流出，而10℃的冷水 等量地流进罐，问需要多久罐里的水温度由60℃ 降到35℃，假设罐里的水充分搅拌，罐里的热损 耗可以忽略，对于液体Cv=Cp=C，与T，P无关。
热力学第一定律第二定律例题
3、Helm holtz自由能 定义：A≡U-ST 内能加上由热耦合而引起的能量，对于一个与外界 由热耦合而力学上孤立（保持V恒定）的体系，A 是有用的。 4、Gibbs自由能
定义：G≡H-TS≡U+PV-TS
内能加上力学和热耦合而引起的能差。
二、响应函数
响应函数是与实验关系最密切的热力学量，它 们为我们提供了这样一些知识，当体系的其他一些 独立的状态变量在可控制的条件下改变时，这些特 定的状态变量是如何变化的。 响应函数可分为热响应函数和力学响应函数。
热力学第一定律第二定律例题
恒温热源
T ' 200
Q' 2000kj
饱和蒸汽100℃ 装置
H1 2676.0kj / kg S1 7.3554kj / kg
液态水0℃
H2 0 S2 0
低温热源
《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。
《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，
化工热力学讲义-1-第二章-流体的p-V-T关系
状态方程是描述流体状态参数之间关系的数学表达式，对 于不同的流体和不同的条件，状态方程的形式也会有所不 同。常见的状态方程有理想气体状态方程、范德华方程、 维里方程等。
理想气体与实际气体差异
理想气体
理想气体是一种假设的流体模型，其分子间无相互作用力，分子本身无体积。理想气体的p-v-t关系符合 理想气体状态方程，因此在一些简单的计算和理论分析中，可以使用理想气体模型进行近似处理。
范德华方程的适用范围
范德华方程适用于中等压力、中等温度的气体，对于高压、低温或高温条件下的气体，其精度可能 有所下降。
范德华方程的参数
范德华方程中包含三个参数，分别是气体的摩尔体积、临界温度和临界压力，这些参数可以通过实 验测定得到。
维里方程
维里方程的形式和意义
维里方程是另一个用于描述真 实气体行为的状态方程，它通 过引入维里系数来考虑气体分 子间的相互作用力。
体积
体积是指流体所占据的空间大小，也是流体状态的重要参数之一。体积的大小与流体的密度 和数量有关，常用的体积单位有立方米（m³）、立方厘米（cm³）、升（L）等。
温度
温度是表示物体冷热程度的物理量，是流体状态的重要参数之一。在化工热力学中，常用的 温度单位有摄氏度（℃）、华氏度（℉）、开尔文度（K）等。
温度降低，气体分子的热运动减缓，分子间的相互作用力增强，实际气体与 理想气体的偏差增大，压缩因子增大。
膨胀系数及变化规律
80%
膨胀系数的定义
表示流体体积随温度或压力变化程 度的物理量。
100%
等压膨胀系数
在恒定压力下，流体体积随温度升 高而增大的程度。一般随温度升高 而增大。
80%
等温膨胀系数
在恒定温度下，流体体积随压力升 高而减小的程度。一般随压力升高 而减小。
理想气体与实际气体差异
理想气体
理想气体是一种假设的流体模型，其分子间无相互作用力，分子本身无体积。理想气体的p-v-t关系符合 理想气体状态方程，因此在一些简单的计算和理论分析中，可以使用理想气体模型进行近似处理。
范德华方程的适用范围
范德华方程适用于中等压力、中等温度的气体，对于高压、低温或高温条件下的气体，其精度可能 有所下降。
范德华方程的参数
范德华方程中包含三个参数，分别是气体的摩尔体积、临界温度和临界压力，这些参数可以通过实 验测定得到。
维里方程
维里方程的形式和意义
维里方程是另一个用于描述真 实气体行为的状态方程，它通 过引入维里系数来考虑气体分 子间的相互作用力。
体积
体积是指流体所占据的空间大小，也是流体状态的重要参数之一。体积的大小与流体的密度 和数量有关，常用的体积单位有立方米（m³）、立方厘米（cm³）、升（L）等。
温度
温度是表示物体冷热程度的物理量，是流体状态的重要参数之一。在化工热力学中，常用的 温度单位有摄氏度（℃）、华氏度（℉）、开尔文度（K）等。
温度降低，气体分子的热运动减缓，分子间的相互作用力增强，实际气体与 理想气体的偏差增大，压缩因子增大。
膨胀系数及变化规律
80%
膨胀系数的定义
表示流体体积随温度或压力变化程 度的物理量。
100%
等压膨胀系数
在恒定压力下，流体体积随温度升 高而增大的程度。一般随温度升高 而增大。
80%
等温膨胀系数
在恒定温度下，流体体积随压力升 高而减小的程度。一般随压力升高 而减小。
化工热力学讲义1
ac (Tr )
ac (Tr )
( RTc )2 c a 其中： pc RTc b b pc
RTc c c pc (Tr ) 1 (d1 d2 d3 2 ) (1 Tr1/ 2 )
d1 , d2 , d3 为关联参数
各种形式的立方型状态方程及其求解方法
Virial方程及多项级数展开式类状态方程
对应态原理及其应用 混合规则与混合物状态方程
纯液体的pVT关系及其密度(摩尔体积)的估算方法
重要内容 流体pVT关系可采用两种方式来描述： 图表法；立体图及平面图中的点、线、面的 物理意义及变化趋势。
解析法：如状态方程法与对应状态原理法等。
意为： lim
p 0 (V )
pV RT
理想气体方程的应用
在较低压力和较高温度下可用理想气体方程进行 计算。
为真实气体状态方程计算提供初始值。
判断真实气体状态方程的极限情况的正确程度， p 0 V 当 或 时，任何状态方程都还原为理想 气体方程。
通用型立方型状态方程：
A、B、C为常数，使用时应注意适用的温度范 围和单位。 缺乏蒸汽压数据或蒸汽压方程常数的条件下，也 可以用经验方法估计。如：
B T C
ln p / pc f
S
0
f
1
f f
0
6.09648 0.16934 5.92714 1.28862 ln Tr Tr Tr6
热力学过程与循环
系统从一个平衡状态变化到另一个平衡状态。 等温，等压 等容，等熵 绝热，可逆
热力学循环过程的特征是：
cycle
Mdx 0
第2章 纯物质的p-V-T 关系
ac (Tr )
( RTc )2 c a 其中： pc RTc b b pc
RTc c c pc (Tr ) 1 (d1 d2 d3 2 ) (1 Tr1/ 2 )
d1 , d2 , d3 为关联参数
各种形式的立方型状态方程及其求解方法
Virial方程及多项级数展开式类状态方程
对应态原理及其应用 混合规则与混合物状态方程
纯液体的pVT关系及其密度(摩尔体积)的估算方法
重要内容 流体pVT关系可采用两种方式来描述： 图表法；立体图及平面图中的点、线、面的 物理意义及变化趋势。
解析法：如状态方程法与对应状态原理法等。
意为： lim
p 0 (V )
pV RT
理想气体方程的应用
在较低压力和较高温度下可用理想气体方程进行 计算。
为真实气体状态方程计算提供初始值。
判断真实气体状态方程的极限情况的正确程度， p 0 V 当 或 时，任何状态方程都还原为理想 气体方程。
通用型立方型状态方程：
A、B、C为常数，使用时应注意适用的温度范 围和单位。 缺乏蒸汽压数据或蒸汽压方程常数的条件下，也 可以用经验方法估计。如：
B T C
ln p / pc f
S
0
f
1
f f
0
6.09648 0.16934 5.92714 1.28862 ln Tr Tr Tr6
热力学过程与循环
系统从一个平衡状态变化到另一个平衡状态。 等温，等压 等容，等熵 绝热，可逆
热力学循环过程的特征是：
cycle
Mdx 0
第2章 纯物质的p-V-T 关系
化工热力学-讲义
恒温过程
绝热压缩
p
g
f
1
V
过程 等温压缩
温度
轴功
绝热压缩
多变压缩
（1）等温压缩
（2）绝热压缩
（2）绝热压缩
p
g
H
F
E
D
节 省 的 功
C
I
f
G B
V
A
（1）单级压缩
（2）两级压缩、中间冷却
节流膨胀
绝热，不做功，典型的不可逆过程。重要特征：焓不变。
节流膨胀
绝热做功膨胀
（1）节流膨胀
教材P121
热机 热机 功源
4.6.1 熵产生
能量不仅在数量上具有守恒性,而且在质量上具有品位性 能量 总是从高品位向低品位转化，从有效能向无效能转化 熵 做功能力的大小，熵的大小表示无效能的大小
4.6.2 熵平衡
高温 463.15K
装置
冷却水 273.15
4.7.1 理想功
完全可逆过程的封闭体系， 非流动过程 可逆传热
2.2流体的状态方程式（EOS）
2.2流体的状态方程式（EOS）
2.2.3立方型方程
vdW
RK
SRK
G PR
2.2流体的状态方程式（EOS）
2.2.3立方型方程
vdW
RK
SRK
G PR
2.2流体的状态方程式（EOS）
2.2.3立方型方程
vdW
RK
SRK
G PR
2.2流体的状态方程式（EOS）
恒p
状态 1’ 状态 2
解：
简单的讨论：
初态
1
本题结论
适用条件
恒p
状态 1’
化工热力学经典课件-1
动力学 热力学 过程
新的绿色溶剂及混合物
低能耗的CO2捕集分离过程
设计新的填料环－提高传质效率
流体力学性能、界面润湿性能对传质效率的影响
CO2的埋存和资源化利用
香山科学会议第276次学术讨论会(2006.4.25～27)的主题
2006年5月国际原油价格已突破70$/桶大关
CO2驱油是有利可图的一举两得的方法
高等化工热力学
2007年9月
损失金额在250亿至1000亿美元之间
2005年的卡特里娜飓风及其 对美国新奥尔良市的影响
2005年第13号台风“泰利”造 成浙江、安徽、福建、江西、 河南、湖北等6省1930.1万人受 灾，死亡124人，失踪31人，紧 急转移安置灾民183.6万人；倒 塌房屋9.7万间，损坏27.7万间 ；农作物受灾面积126.1万公顷 ，绝收26.2万公顷；直接经济 损失154.2亿元。
H H (S , p, n1, , nK ) A A(T , V , n1, , nK ) G G(T , p, n1, , nK )
2 热力学基本方程
Z Z ( X , Y , n1, , nK )
K
Z dZ X
KZ Z dY dni dX Y n i 1 Y,n j X ,n j i X,Y,n[i ]
300 400
空气含水率＝p/大气压
600
T 500
T/K
2005年9月16日新民晚报A30国际新闻.生活/社会 版
过去35年间强飓风数量显著增长
全球升温增长飓风势头
研究人员15日说，过去35年间全球范围 内强度类似于“卡特里娜”的飓风数量显著 增长，与全球气候升温引起的海面水温上升 有关。 美国佐治亚理工学院的柯里说，随着海 洋表面水温增高，飓风变得更强，破坏力更 大。有充分理由可以相信，海洋表面水温升 高与飓风强度增高有联系，而全球气候升温 可能使这一趋势得以延续。 与柯里就职于同一所学院的彼得.韦伯斯 特也认为，“海水表面温度越高，飓风威力 越猛”。 海面上蒸发的水蒸气最终会变成降雨， 水蒸气释放热量过程中则形成热带气旋，而 这最终可能转化为飓风。韦伯斯特说，海水 表面越温暖，水蒸气就会越多，而飓风也就 能得到更多“燃料”。他说，即使海面 水温微小提升也能引起水蒸气迅速增多。 研究人员说，自1970年以来，大西 洋的洋面水温上升了0.5摄氏度。 柯里及其同事发现，1990年至今， 全球发生的强飓风次数比1970年到1985 年间翻了一倍。所谓“强飓风”，特指4 级或5级飓风，破坏力巨大。 研究人员在美国《科学》杂志上报 告说，虽然强飓风增多，但过去10年间 全球飓风总次数呈现下降趋势。 柯里等人的研究结果与其它科学家 近期发表在《自然》杂志上另一份研究 报告的结论吻合。后者认定，过去30年 间飓风强度正在增大。 马震 (新华社供本报特稿)
新的绿色溶剂及混合物
低能耗的CO2捕集分离过程
设计新的填料环－提高传质效率
流体力学性能、界面润湿性能对传质效率的影响
CO2的埋存和资源化利用
香山科学会议第276次学术讨论会(2006.4.25～27)的主题
2006年5月国际原油价格已突破70$/桶大关
CO2驱油是有利可图的一举两得的方法
高等化工热力学
2007年9月
损失金额在250亿至1000亿美元之间
2005年的卡特里娜飓风及其 对美国新奥尔良市的影响
2005年第13号台风“泰利”造 成浙江、安徽、福建、江西、 河南、湖北等6省1930.1万人受 灾，死亡124人，失踪31人，紧 急转移安置灾民183.6万人；倒 塌房屋9.7万间，损坏27.7万间 ；农作物受灾面积126.1万公顷 ，绝收26.2万公顷；直接经济 损失154.2亿元。
H H (S , p, n1, , nK ) A A(T , V , n1, , nK ) G G(T , p, n1, , nK )
2 热力学基本方程
Z Z ( X , Y , n1, , nK )
K
Z dZ X
KZ Z dY dni dX Y n i 1 Y,n j X ,n j i X,Y,n[i ]
300 400
空气含水率＝p/大气压
600
T 500
T/K
2005年9月16日新民晚报A30国际新闻.生活/社会 版
过去35年间强飓风数量显著增长
全球升温增长飓风势头
研究人员15日说，过去35年间全球范围 内强度类似于“卡特里娜”的飓风数量显著 增长，与全球气候升温引起的海面水温上升 有关。 美国佐治亚理工学院的柯里说，随着海 洋表面水温增高，飓风变得更强，破坏力更 大。有充分理由可以相信，海洋表面水温升 高与飓风强度增高有联系，而全球气候升温 可能使这一趋势得以延续。 与柯里就职于同一所学院的彼得.韦伯斯 特也认为，“海水表面温度越高，飓风威力 越猛”。 海面上蒸发的水蒸气最终会变成降雨， 水蒸气释放热量过程中则形成热带气旋，而 这最终可能转化为飓风。韦伯斯特说，海水 表面越温暖，水蒸气就会越多，而飓风也就 能得到更多“燃料”。他说，即使海面 水温微小提升也能引起水蒸气迅速增多。 研究人员说，自1970年以来，大西 洋的洋面水温上升了0.5摄氏度。 柯里及其同事发现，1990年至今， 全球发生的强飓风次数比1970年到1985 年间翻了一倍。所谓“强飓风”，特指4 级或5级飓风，破坏力巨大。 研究人员在美国《科学》杂志上报 告说，虽然强飓风增多，但过去10年间 全球飓风总次数呈现下降趋势。 柯里等人的研究结果与其它科学家 近期发表在《自然》杂志上另一份研究 报告的结论吻合。后者认定，过去30年 间飓风强度正在增大。 马震 (新华社供本报特稿)
矿大(北京)化工热力学01第一章
ˆi
1.5 学好化工热力学的目的和方法
1.5.2 学好化工热力学的方法
3、注意单位换算 能量：J，Cal，cm3· atm，cm3 · bar 压力：kg/m2（工程压力），atm ，mmHg， bar， Pa，Mpa
温度：K，℃ ，oF，4、循序渐进1来自5 学好化工热力学的目的和方法
巨大的中间试验（需要模型）。
1.4 化工热力学的研究方法和特点
化工热力学研究内容的“三要素”： 原理-模型-应用
状态方程EOS
模型 原理
活度系数模型γi
应用
方法：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。
1.4 化工热力学的研究方法和特点
特点：
a. 研究体系为实际状态
过程开发、设计和生产的重要理论依据。
1.1.4 热力学的分支
⑷ 统计热力学
Statistical Thermodynamics
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。
经典热力学
无论是工程热力学还是化学热力学还是化 工热力学，它们均是经典热力学，遵循经典热 力学的三大定律（热力学第一、第二、第三定 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
b. 处理方法：以理想态为标准态加上校正
气体Z （压缩因子） 实际结果 = 理想结果 + 校正 气体φ（逸度系数） 溶液γi（活度系数）
化学热力学的方法 建立模型
1.4 化工热力学的研究方法和特点
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，