化工热力学：绪论
热力学ppt00绪论
T p
(V1 )a
b(V’) V’) dp dT
∂V ∂V V'−V1 = slope = dT ∂T p ∂T p
∂V' slope = ∂p T ∂V' V2 −V' = ∂p dp T
分别表示等容条件下p 分别表示等容条件下p随T的变化率或 等温条件下p 等温条件下p随V的变化率 p
p
∂p ∂T V
∂p ∂V T
T V 注意:偏微商的意义是变化率而不是变化值， 注意:偏微商的意义是变化率而不是变化值， 其几何意义是变化曲线的斜率。 其几何意义是变化曲线的斜率。
∂p ∂p dp = dV + dT ∂T V ∂V T
∂p ∂V ∂p 0= + ∂V T ∂T p ∂T V
∂p ∂V ∂p = − ∂V T ∂T p ∂T V
设系统从a 设系统从a→c, 即从T1 ,p1,V1 →T2 ,p2,V2 。 即从T 这个过程可经两步来完成， 这个过程可经两步来完成，a→b→c a→b：维持压力 不变， p1不变， T1→T2 , 则体积V 则体积V1→V’
d
V
b→c：维持温度T2不变， 维持温度T 不变， p1→p2 , 则体积V’→V2 则体积V’
∂Z ∂y = x x
∂Z =y ∂x y
将上述两个偏微商代入dZ式 将上述两个偏微商代入dZ式, 并略去二级无 限小量d dy, 限小量dx·dy, 得Z的全微分形式： 的全微分形式：
∂Z ∂Z dZ = dy + dx ∂y ∂x y x
化工热力学38页PPT文档
南阳理工学院 生化学院
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。
化工热力学讲义
化工热力学补充讲义沈阳工业大学化工热力学补充讲义说明化工热力学目前尚没有公开出版的高职高专教材，我们选用了中国石化出版社（原烃加工出版社）出版的石油化工大专院校统编教材“化工基础热力学”作为主要教学参考书。
根据高等职业教育的特点，以加强教学内容的针对性和实用性为目的，编写了化工热力学补充讲义。
利用状态方程计算热力学性质的计算公式推导比较困难，我们将从文献中查到的一些常用的公式补充到讲义中，要求学生能够正确使用这些公式以及能够从文献中查到所需要的公式。
化工基础热力学中的许多内容是参考美国Smith教授等人编写的，1975年出版的化工热力学导论第三版一书。
现在化工热力学导论已经出版了第六版。
我们本着便于应用的原则，参照化工热力学导论的英文教材，将新版教材中对第三版改动较大的部分内容补充到讲义中。
第一章绪论一化工热力学课程发展的主要历史沿革热力学是一门研究能量、能量传递和转换以及能量与物质物性之间普遍关系的科学。
热力学(thermodynamics)一词的意思是热(thermo)和动力(dynamics)，既由热产生动力，反映了热力学起源于对热机的研究。
从十八世纪末到十九世纪初开始，随着蒸汽机在生产中的广泛使用，如何充分利用热能来推动机器作功成为重要的研究课题。
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研究。
他在1798年的一篇论文中指出，制造枪炮所切下的铁屑温度很高，而且不断切削，高温铁屑就不断产生。
既然可以不断产生热，热就非是一种运动不可。
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。
当时，他们的工作并未引起物理界的重视，原因在于还没有找到热功转换的数量关系。
1842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，并从空气的比定压热容和比定容热容之差算出热的功当量。
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，
化工热力学的教学课件
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
化工热力学
天津市高等教育自学考试课程考试大纲课程名称：化工热力学课程代码：0708第一部分课程性质与目标一、课程性质与特点化工热力学是高等教育自学考试化学工程专业所开设的专业基础课程之一。
它是化学工程学的一个重要分支，也是化工过程研究、开发与设计的理论基础。
本课程系统地介绍了将热力学原理应用于化学工程技术领域的研究方法。
它以热力学第一、第二定律为基础，研究化工过程中各种能量的相互转化及其有效利用，深刻阐述了各种物理和化学变化过程达到平衡的理论极限、条件和状态。
它是一门理论性与应用性均较强的课程。
二、课程目标与基本要求设置本课程，为了使考生能够掌握化工热力学的基本概念、理论和专业知识；能利用化工热力学的原理和模型对化工中涉及到的化学反应平衡原理、相平衡原理等进行分析和研究；能利用化工热力学的方法对化工中涉及的物系的热力学性质和其它化工物性进行关联和推算；并学会利用化工热力学的基本理论对化工中能量进行分析等。
通过本课程学习，要求考生：1、正确理解化工热力学的有关基本概念和理论；2、理解各个概念之间的联系和应用；3、掌握化工热力学的基本计算方法；4、能理论联系实际，灵活分析和解决实际化工生产和设计中的有关问题。
三、与本专业其它课程的关系化工热力学是化工类专业必修的专业基础课程，它与化学工程专业的许多其它课程有着十分密切的关系。
物理化学是本课程的基础，同时本课程又是化工原理、化工设计、反应工程、化工分离过程等课程的基础和指导。
第二部分考核内容与考核目标第一章绪论一、学习目的与要求通过本章学习，正确认识“热”的概念及人们对于“热”的认识发展过程；了解化工热力学的主要内容及研究方法。
二、考核知识点与考核目标（一）什么是“热” （一般）识记：人们对于“热”的几种认识；“热”概念的发展过程（二）化工热力学的主要内容（次重点）识记：化工热力学的主要内容理解：“化工热力学”与“物理化学”的主要区别（三）化工热力学的研究方法（一般）识记：化工热力学的研究方法有经典热力学方法和分子热力学方法。
提高化工热力学绪论课教学质量的实践
当前很多学生专业思想不正确 ， 为化学工业 认
是夕 阳工业 ， 毕业 以后会 去从 事 其他行 业 ， 而非 现在 学 的专业 Ｊ 。通过对 本 校 近 几届 的 学 生访 谈 得 知 ， 本 校 有 １３—１２的学生 对本 专业 不感 兴趣 ， ／ ／ 且此 比
例还有 扩大 的苗 头 。
中 国化 学工 程未来 的方 向。现 在推行 的建立 节约型
社会和低碳经济概念的深人人心 ， 给化学工程提供
了新 的用 武之地 。 上述 两方 面的讲 解 ， 决 了学生 心 中的疑惑 ， 解 学 习 积极性 明显 提高 １ １２ 本 课 程 的重 要性 ， ． 把握 本课 程在 学科知 识结构 中的地位
第 ８期
刘金强 ， ： 等 提高化工热力学绪论课教学质量 的实践
・１ ｌ・ ０
２ １ 课程 内容 结构 主线 要 明确 ． 解决 了学 生 学 习 的主 观 性后 ， 要 让 学生 明确 就 本课 程应 该学 哪 些 东 西 。 由于 本 课 程 内容 较 多 ， 各
“ 三传一反 ” 因此 ， ， 学生往往 只重视化工原理和反 应工程 ， 却没有认识到化工热力学是“ 三传一反” 的 基础。化工热力学为上述学科提供 了基础数据 ， 没 有化工热力学基础数据 ， 传质、 传热无法计算 ， 传动 则 没有 理论基 础 。另 外 ， 工热 力学还 是分离 工程 、 化
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