C1 化工熱力學(xué)緒論

化工熱力學(xué)ChemicalEngineeringThermodynamics韓陳電話Q：273602086第一章緒論1.1

課程學(xué)習(xí)目的1.2

化工熱力學(xué)的作用1.3

化工熱力學(xué)的研究內(nèi)容和研究方法1.4

如何學(xué)好化工熱力學(xué)將熱力學(xué)基本理論應(yīng)用于化工過程，在解決具體問題的過程中逐步形成的一門實用的工程學(xué)科。在物理化學(xué)課程學(xué)習(xí)基礎(chǔ)上，運(yùn)用熱力學(xué)基本原理完成過程熱力學(xué)分析和流體相平衡計算。本科化工專業(yè)的核心課程之一！1.1

課程學(xué)習(xí)目的以熱力學(xué)基本定律為基礎(chǔ)，研究化工過程中能量的相互轉(zhuǎn)換和有效利用的規(guī)律，認(rèn)識物質(zhì)狀態(tài)變化和物質(zhì)性質(zhì)之間的函數(shù)關(guān)系，計算化工過程中達(dá)到平衡的理論極限、條件和狀態(tài)。明確化工熱力學(xué)研究的對象，掌握化工熱力學(xué)研究與處理問題的方法，認(rèn)識其在化學(xué)工程學(xué)科中的重要地位及其在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用。化工熱力學(xué)在化學(xué)工程學(xué)科中的地位表面張力計算密度計算導(dǎo)熱系數(shù)計算粘度計算焓的計算第一級物性常數(shù)和熱力學(xué)性質(zhì)計算化工熱力學(xué)第二級平衡計算物性學(xué)和熱力學(xué)相平衡計算化學(xué)反應(yīng)平衡計算物料平衡計算熱量平衡計算熵平衡計算第三級三傳一反反應(yīng)速率計算傳質(zhì)計算傳熱計算流體傳輸計算三傳和反應(yīng)工程第四級設(shè)備計算吸收塔計算反應(yīng)器計算換熱器計算蒸餾塔計算設(shè)備模型化第五級流程配置吸收系統(tǒng)模擬反應(yīng)系統(tǒng)模擬蒸餾系統(tǒng)模擬化工模擬系統(tǒng)全流程的最優(yōu)化設(shè)計和控制第六級過程發(fā)展1.2

化工熱力學(xué)的作用煉油化工一體化生產(chǎn)系統(tǒng)-----聯(lián)產(chǎn)油品、化工產(chǎn)品、能源原油輕石腦油煉廠氣燃料油苯二甲苯噴氣燃料柴油環(huán)己烷聚酯汽油聚丙烯聚乙烯彈性體聚苯乙烯電力聯(lián)產(chǎn)發(fā)電

裂解爐芳烴抽提

丙烯

乙烯

丁二烯苯乙烯重油催化裂化連續(xù)重整重整汽油常減壓蒸餾工藝流程選擇？涉及：工藝操作參數(shù)設(shè)定？平衡計算？設(shè)備選型？系統(tǒng)設(shè)計？化工過程研究、開發(fā)及設(shè)計的重要理論和工程基礎(chǔ)！1)物性數(shù)據(jù)的測定、關(guān)聯(lián)和預(yù)測物性參數(shù)的測定和估算是基礎(chǔ)

化學(xué)工程師要處理大量的物質(zhì)，100萬種無機(jī)物，400萬種有機(jī)物?，F(xiàn)已研究得十分透徹的元素和化合物只有100余種。理論計算、實驗測定、半理論半經(jīng)驗的估算方法。研究方法:2)

化工過程的能量衡算和物料衡算

物料衡算和熱量衡算是化工過程和生產(chǎn)裝置研究開發(fā)和設(shè)計的基礎(chǔ)。有了進(jìn)、出設(shè)備物料的數(shù)量、組成、溫度、壓力，可以求得設(shè)

備中的傳熱量、傳質(zhì)量或反應(yīng)量。

確定生產(chǎn)過程中所需設(shè)備的尺寸和臺數(shù)（如換熱面積等）分析設(shè)計方案、操作條件和改進(jìn)工藝設(shè)備時，常以物料、熱量

衡算為依據(jù)。現(xiàn)計劃采用乙烯為原料關(guān)鍵：能否用價廉易得的乙烯代替丙烯作為原料？例如：丙烯酸的生產(chǎn)路線選擇原路線采用丙烯氧化：首先，可以運(yùn)用熱力學(xué)知識來判斷：如此可以避免或少走彎路，極大節(jié)省人力、物力和時間！反應(yīng)能否進(jìn)行，進(jìn)行到什么程度，有無工業(yè)價值？即ΔG是否小于0；若可能進(jìn)行，再研究尋找適宜的反應(yīng)條件、催化劑等，即動力學(xué)考慮。3）判斷過程進(jìn)行的方向和限度建立在熱力學(xué)第二定律上的一些熱力學(xué)狀態(tài)函數(shù)（S、G等）可以判定過程進(jìn)行方向、確定平衡狀態(tài)。

在化工單元操作及反應(yīng)器設(shè)計中，平衡狀態(tài)的確定、平衡組成的計算、多組元相平衡數(shù)據(jù)的求取均是不可少的內(nèi)容。4)

是資源利用與解決環(huán)境問題的基礎(chǔ)

資源、能源短缺和有效利用

水的臨界壓力：221.2

atm，374.15

℃

亞臨界：170atm,

535

℃

超臨界：240atm,

560℃

超超臨界：300atm,

600℃熱效率提高1.2%，一年就可節(jié)約6000噸優(yōu)質(zhì)煤火力發(fā)電機(jī)組參數(shù)變化運(yùn)用熱力學(xué)理論指導(dǎo)，優(yōu)化系統(tǒng)及操作參數(shù)新型制冷劑（Freons-134A、Freons-152A等）的開發(fā)生產(chǎn)和物性數(shù)據(jù)的測定和使用性能的評價大氣污染物二氧化硫和二氧化碳的回收治理過程中離不開吸收、吸附平衡數(shù)據(jù)的測定生產(chǎn)工藝和裝置節(jié)能需要有效能的計算和評價等環(huán)境問題：溫室氣體效應(yīng)、大氣臭氧層的破壞和水資源的污染1.3

研究內(nèi)容及研究方法 四大部分內(nèi)容模型設(shè)計相平衡化學(xué)反應(yīng)平衡過程熱力學(xué)分析熱力學(xué)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)PVT，CP，CV應(yīng)用部分理論部分原理是基礎(chǔ)，應(yīng)用是目的，模型則是應(yīng)用中不可缺少的工具?！霸怼Ｐ汀獞?yīng)用”

化工工程的“三要素”熱力學(xué)原理第一定律應(yīng)用到系統(tǒng)與環(huán)境間既有能量交換，又有物質(zhì)交換的敞開系統(tǒng)中，如精餾（蒸餾）、吸收、萃取等化工單元操作過程。在化學(xué)反應(yīng)過程、壓縮冷凍循環(huán)熱力等過程中，計算過程進(jìn)行時熱與功的數(shù)量。熱力學(xué)第二定律應(yīng)用到化工傳質(zhì)分離過程中，可以確定相平衡的條件、平衡各相的組成；在化學(xué)反應(yīng)工程中，研究過程的工藝條件對平衡轉(zhuǎn)化率的影響，選擇最佳工藝條件；在化工過程的熱力學(xué)分析中，可以確定能量損耗的數(shù)量、分布及其原因，提高能量的利用率。研究方法：統(tǒng)計熱力學(xué)從微觀角度，將經(jīng)典熱力學(xué)、統(tǒng)計物理、量子力學(xué)及有限的實驗數(shù)據(jù)結(jié)合起來，通過建立數(shù)學(xué)模型、擬合模型參數(shù)，對實際系統(tǒng)熱力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行計算與預(yù)測。經(jīng)典熱力學(xué)建立在熱力學(xué)第一、第二定律基礎(chǔ)上，是人類大量實踐經(jīng)驗的總結(jié)，是自然界和人類各種活動中的普遍規(guī)律。所給出的結(jié)論是宏觀性質(zhì)間的關(guān)系，具有普遍的意義。熱力學(xué)演繹方法：熱力學(xué)的基本方法以熱力學(xué)基本定律作為出發(fā)點(diǎn)從熱力學(xué)基本定律出發(fā)，運(yùn)用演繹推理方法，就有可能得到適用于相變化和化學(xué)變化的具體規(guī)律。以數(shù)學(xué)作為工具和手段

熱力學(xué)基本定律表達(dá)的方程或不等式具有普遍規(guī)律，針對各類具體問題時，需對這些方程、不等式中相關(guān)物理量代入特定的形式(或確定性質(zhì))，經(jīng)過數(shù)學(xué)演繹，可得到適用于某類問題的結(jié)論。理想化方法：熱力學(xué)的重要方法過程的理想化：“可逆過程”兩個理想化模型：理想氣體和理想溶液在一定條件下，代替真實系統(tǒng)，以保證熱力學(xué)演繹推理的簡潔易行和目的明確。在理想條件下得到的許多結(jié)論，可作為某些特定條件下實際問題的近似處理。理想系統(tǒng)對真實系統(tǒng)的研究起到橋梁和紐帶的作用。理想氣體的化學(xué)位

真實氣體化學(xué)位

狀態(tài)函數(shù)法：熱力學(xué)的獨(dú)特方法能量轉(zhuǎn)換以狀態(tài)函數(shù)與過程函數(shù)關(guān)系式給出——熱一律

過程的方向和限度以狀態(tài)函數(shù)變化形式給出——熱二律可利用物質(zhì)的可測熱力學(xué)性質(zhì)數(shù)據(jù)，計算一些實際難測而需要的數(shù)據(jù)；對不可逆過程的狀態(tài)函數(shù)變化，按易于計算的可逆過程狀態(tài)函數(shù)變化進(jìn)行。化工熱力學(xué)的研究對象：客觀物質(zhì)世界的實際系統(tǒng)，具有高度的非理想性（非理想氣體與非理想溶液）

基本概念數(shù)學(xué)模型+=應(yīng)用內(nèi)涵

+

外延{思維對象的本質(zhì)屬性

思維對象的范圍(即概念的適用范圍)1.4

如何學(xué)好化工熱力學(xué)反映實際系統(tǒng)特殊性的抽象模型課程學(xué)習(xí)的主線:Gibbs函數(shù)(G函數(shù))反映真實氣體與理想氣體性質(zhì)差異，稱之為剩余Gibbs函數(shù)反映真實溶液和理想溶液性質(zhì)差異,稱為過量Gibbs函數(shù)實驗數(shù)據(jù)的熱力學(xué)一致性檢驗相平衡和化學(xué)平衡有效能的綜合利用：理想功與有效能也是一種Gi