化工热力学第1章.
化工热力学第一章课件资料
经典热力学局限性之二：
只能解决极限问题，不能解决速率问题
•经典热力学可以给出的是必要条件而不是充
分条件。
•但由热力学分析可以排除不能发生反响的条
件，因此节省了大量的时间和精力。
四、为何学和如何学好化工热力学
•
•
•
1、为何要学化工热力学？
例如：合成氨厂有“一段转化〞、“脱碳〞、“甲烷化〞、“蒸汽、合成气的压缩〞等过程，如何实现全厂的能
量平衡和有效能的合理使用问题。
有用的热量称为有效能，也称为“火用〞
化工热力学的重要性
原料
预处理
粗产品
反响
产品
精制
三废
化学反响工程
2. 传质
化工别离过程
3. 能量传递
4. 提供热力学数据
热力学第一、第二定律
①热力学数据与物性数据的研究---P、V、T、H、S、G、f、φ、α、γ (第2、3、4章)
②解决化工过程所需的热、功及其传递方向，解决能量合理利用问题(第5、6章)
③解决相平衡、化学平衡的状态，确定质量传递方向(第7、8章)
各章之间的联络
第2章热力学根底数据
( PVT,Cp,Cv,EOS)
化工热力学的任务
❖
“可燃冰〞的主要成分是甲烷与水分子(CH4∙H2O)。
❖
勘探需要知道：在海底下，何种温度、压力下会形成“可燃冰〞？
❖
热力学能解决！
学习指导内容
一、化工热力学的定义和用处
二、化工热力学研究内容和特点
三、热力学的研究方法
四、为何学和如何学好化工热力学
五、化工热力学和其它化学工程分支学科间的关系
《化工热力学》复习题
《化工热力学》复习题第1章 绪论一、单项选择题1、下列各式中不受理想气体条件限制的是（ A ）A ．H U P V ∆=∆+∆ Ｂ．P V C C R -= Ｃ．21ln()V W nRT V = Ｄ．PV γ=常数 2、对封闭体系而言，当过程的始态和终态确定后，不能确定的值是（ A ）A ．Q Ｂ．∆U Ｃ．∆H Ｄ．∆S3、封闭体系中，1mol 理想气体由T 1 ,p 1和V 1可逆地变化至p 2，过程的12ln P W RT P =-，则该过程为（ B ）A ．等容过程 Ｂ．等温过程 Ｃ．绝热过程 Ｄ．等压过程4、封闭体系中，1mol 理想气体由T 1 ,p 1和V 1等温可逆地变化至p 2，过程的W 为（ B ）A ．12ln P RT P Ｂ．─12ln P RT P Ｃ．0 Ｄ．21ln V RT V 5、封闭体系中，1mol 理想气体由T 1 ,p 1和V 1等温可逆地变化至p 2，过程的Q 为（ A ）A ．12ln P RT P Ｂ．─12ln P RT P Ｃ．0 Ｄ．21ln V RT V 6、封闭体系中，1mol 理想气体由T 1 ,p 1和V 1等温可逆地变化至p 2，过程的∆U 为（ C ）A ．12ln P RT P Ｂ．─12ln P RT P Ｃ．0 Ｄ．21ln V RT V 7、封闭体系中，1mol 理想气体由T 1 ,p 1和V 1等温可逆地变化至p 2，过程的∆H 为（ C ）A ．12ln P RT P Ｂ．─12ln P RT P Ｃ．0 Ｄ．21ln V RT V 8、封闭体系中，1mol 理想气体由T 1 ,p 1和V 1等容可逆地变化至p 2，过程的W 为（ C ）A ．12ln P RT P Ｂ．─12ln P RT P Ｃ．0 D ．21ln V RT V 9、封闭体系中，1mol 理想气体由T 1 ,p 1和V 1绝热可逆地变化至p 2，过程的Q 为（ C ）A ．12ln P RT P Ｂ．─12ln P RT P Ｃ．0 D ．21ln V RT V 二、填空题1、孤立系统的自由能 （是 ∕ 不是）一定值。
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
化工热力学讲义-1-第二章-流体的p-V-T关系36页PPT文档
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，
2020年化工热力学课后答案
作者：旧在几作品编号：2254487796631145587263GF24000022 时间：2020.12.13化工热力学课后答案(填空、判断、画图)第1章 绪言一、是否题1. 封闭体系的体积为一常数。
（错）2. 封闭体系中有两个相βα,。
在尚未达到平衡时，βα,两个相都是均相敞开体系；达到平衡时，则βα,两个相都等价于均相封闭体系。
（对） 3. 理想气体的焓和热容仅是温度的函数。
（对）4. 理想气体的熵和吉氏函数仅是温度的函数。
（错。
还与压力或摩尔体积有关。
）5. 封闭体系的1mol 气体进行了某一过程，其体积总是变化着的，但是初态和终态的体积相等，初态和终态的温度分别为T 1和T 2，则该过程的⎰=21T T V dT C U ∆；同样，对于初、终态压力相等的过程有⎰=21T T P dT C H ∆。
（对。
状态函数的变化仅决定于初、终态与途径无关。
）二、填空题1. 状态函数的特点是：状态函数的变化与途径无关，仅决定于初、终态 。
2. 封闭体系中，温度是T 的1mol 理想气体从(P i ，V i )等温可逆地膨胀到(P f ，V f )，则所做的功为()f i rev V V RT W ln =(以V 表示)或()i f rev P P RT W ln = (以P 表示)。
3. 封闭体系中的1mol 理想气体(已知igP C )，按下列途径由T 1、P 1和V 1可逆地变化至P 2，则A 等容过程的 W = 0 ，Q =()1121T P P R C igP⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛--，U =()1121T PP R C igP⎪⎪⎭⎫⎝⎛--，H =1121T P P C ig P ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-。
B 等温过程的 W =21lnP P RT -，Q =21ln P PRT ，U = 0 ，H = 0 。
第2章Ｐ－Ｖ－Ｔ关系和状态方程一、是否题1. 纯物质由蒸汽变成液体，必须经过冷凝的相变化过程。
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
化工热力学重点难点考点剖析
第一章绪论（1） 明确化工热力学的主要任务是应用经典热力学原理，推算物质的平衡性质，从而解决实际问题，所以物性计算是化工热力学的主要任务。
（2） 掌握热力学性质计算的一般方法（3） 热力学性质计算与系统有关。
大家必须明确不同系统的热力学性质计算与其热力学原理的对应关系，这一点对于理解本课程的框架结构十分重要。
第二章流体的P-V-T关系（4） 应该理解状态方程不仅可以计算流体的p-V-T性质，而且在推算热力学性质中状态方程是系统特征的重要模型。
（5） 熟悉纯物质的P-V-T相图及其相图上的重要概念，如三相点、临界点、汽化线、熔化线、升华线、等温线、等压线等容线、单相区、两相共存区、超临界流体区等。
能在p-v图和p-T图中定性表达出有关热力学过程和热力学循环。
（6） 掌握由纯物质的临界点的数学特征约束状态方程常数的方法。
（7） 理解以p为显函数和以V为显函数的状态方程的形式，以及它们在性质计算中的区别。
（8） 能借助于软件用PR和SRK方程进行p-V-T性质计算，清楚计算时所需要输入的物性常数及其来源。
对于均相混合物性质的计算，需要应用混合法则，了解相互作用参数的含义和取值。
（9） 理解对应态原理的概念，掌握用图表和三参数对应态原理计算物性的方法，了解偏心因子对应态原理。
（10） 能够通过查寻有关手册，估算蒸汽压、饱和气液相摩尔体积、汽化焓等物性，清楚它们之间的关系。
第三章纯流体热力学性质的计算（11） 均相封闭系统的热力学原理给出了热力学性质之间的普遍化依赖关系，结合表达系统特征的模型就能获得不同热力学性质之间的具体表达式。
在物性推算中应该明确需要给定的独立变量，需要计算的从属变量，以及从属变量与独立变量之间的关系式。
另外，还必须输入有关模型参数，结合一定的数学方法，才能完成物性推算。
（12） 清楚剩余性质的含义，能用剩余性质和理性气体热容表达状态函数的变化。
能够用给定的状态方程推导出剩余性质表达式。
第1章 绪论
体积,V----volume, m3 (或l, ml) 压力，p----absolute pressure, MPa (atm,) 能量，E----energy, Joule, J(Nm)
化学工业出版社
化学工业出版社
推算这些性质，需要输入物质的基 础数据，如分子量、正常沸点、临界参 数、蒸汽压甚至混合物的共沸点等性质。 教材的附录中列出了部分物质的基础数 据。
化学工业出版社
●热力学基本概念回顾 热力学基本概念回顾
▲系统与环境→物质与能量的交换 封闭系统 敞开系统 孤立系统 ▲ 强度性质与容量性质 与系统的物质量无关的性质称为强度性质， 如系统的温度T、压力P等。反之，与系统中 物质量的多少有关的性质称为容量性质，如 系统的总体积Vt、总内能Ut等。单位质量的容 量性质即为强度性质。
面向21世纪课程教材 面向 世纪课程教材
化工热力学
陈新志、蔡振云、胡望明等编
化学工业出版社
绪论 Introduction
●化工热力学的目的、意义和范围
▲Thermo-dynamics，是讨论热与功的转化规律。经 典热力学建立在热力学三个基本定律之上。运用数 学方法，可以得到热力学性质之间的关系。 ▲本课程的主要目的是运用经典热力学原理来解决如 下实际问题： (1)过程进行的可行性分析和能量有效利用； (2)平衡状态下的热力学性质计算。即流体的性质随 着温度、压力、相态、组成等的变化。 计算机的广泛应用为化工过程设计所需热力学 数据的获取，以及模型化提供了强有力的基础。
化学工业出版社 ห้องสมุดไป่ตู้
●热力学基本量纲
关于热力学SI（International System of Units) Time , t----second, s Length, l----meter, m Mass, m----kilogram, Kg Force, F----newton,N (F=ma) Temperature,T----Kelvin tem., K (temperature,t---- Celsius tem., ℃ Fahrenheit tem., ℉) T(K)=t(℃)+273.15 t(℉)=1.8t(℃)+32