化工热力学第一章+绪论

化工热力学

ChemicalEngineeringthermodynamics丛兴顺

枣庄学院2010.9枣庄学院化学化工系教师介绍（1）

丛兴顺，硕士毕业于山东科技大学（青岛）

煤炭转化理论主要研究方向

催化剂

纳米粘土矿物枣庄学院化学化工系教师介绍（2）电话号码5-6）1-4）电子邮件:cxshouse@化工热力学的考试与课程体系课程性质：专业必修课考试形式：闭卷

卷面分：80%

作业、考勤、平时：20%枣庄学院化学化工系化工热力学在线资源枣庄学院化学化工系化工热力学的考试与课程体系枣庄学院化学化工系预备知识：高等数学、计算机语言、无机化学、分析化学、有机化学、物理化学和化工原理专业基础知识

化工热力学在课程体系地位作用：

化工热力学是化学工程学的一个重要分支，是化工类专业必修的专业技术基础课程，与化学反应工程、分离工程等课程关系密切。它是化工过程研究、开发与设计的理论基础，是一门理论性与应用性均较强的课程。能为后续课程（分离工程、反应工程）提供主要的热力学基础。

枣庄学院化学化工系主要参考书1、陈新志.化工热力学.化学工业出版社,20052、陈钟秀.化工热力学例题与习题.化学工业出版社,19983、朱自强.化工热力学，第二版.化学工业出版社，20014、SmithJM,VanNessHC,AbbottMM.IntroductiontoChemicalEngineeringThermodynamics,6thed.NewYork:McGraw-Hill,20015、StanleyI.Sandler.Chemicaland

EngineeringThermodynamics(thirdedition),1998第一章绪论1.1化工热力学简介1.2化工热力学的内容1.3化工热力学的研究方法1.4热力学的基本概念回顾枣庄学院化学化工系一、化工热力学简介第一章绪论

热力学是研究热与功的转化规律（热能—机械能）热力学理论与化学现象（化工生产）相结合化工热力学他是研究物质的热性质，化学、物理过程的方向和限度等普遍规律的基础学科。化工热力学已经成为化学工程学的主要分支学科之一。第一章绪论

远古的燧人氏钻木取火热现象火箭（火弓箭）一、

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工成为重要的研究课题。

理论的形成1944年，道奇（Dodge）写出了第一本《化工热力学》二、十九世纪中叶确定了热力学第一第二定律发展史第一章章绪绪论论1824年年，法法国陆陆军工工程师师NicholasLéonardSadiCarnot发发表了了““关关于火火的动动力研研究””的的论文文。他通过过对自自己构构想的的理想想热机机的分分析得得出结结论：：热机机必须须在两两个热热源之之间工工作，，理想想热机机的效效率只只取决决与两两个热热源的的温度度，工工作在在两个个一定定热源源之间间的所所有热热机，，其效效率都都超不不过可可逆热热机，，热机机在理理想状状态下下也不不可能能达到到百分分之百百。这这就是是卡诺定定理。Carnot(1796-1832)第一章章绪绪论论卡诺的的论文文发表表后，，没有有马上上引起起人们们的注注意。。过了了十年年，法法国工工程师师BenôôltPaulEmileClapeyron(1799-1864)把把卡诺诺循环环以解解析图图的形形式表表示出出来，，并用用卡诺诺原理理研究究了汽汽液平平衡，，导出出了克拉佩佩隆方方程。第一章章绪绪论论1842年年，，德国国医生生JuliusRobertMayer(1814-1878)主主要受受病人人血液液颜色色在热热带和和欧洲洲的差差异及及海水水温度度与暴暴风雨雨的启启发，，提出出了热热与机机械运运动之之间相相互转转化的的思想想。Mayer(1814-1878)第一章章绪绪论论1847年年，德德国国物理理学家家和生生物学学家HermannLudwigvonHelmholtz(1821-1894)发发表了了““论论力的的守衡衡”一一文文，全全面论论证了了能量量守衡衡和转转化定定律。。Helmholtz(1821-1894)第一章章绪绪论论1843-1848年，英国酿酒商商JamesPrescottJoule(1818-1889)以确确凿无疑的的定量实验验结果为基基础，论述述了能量受受恒和转化化定律。焦焦耳的热功功当量实验验是热力学学第一定律律的实验基基础。Joule

(1818-1889)第一章绪绪论根据热力学学第一定律律热功可以以按当量转转化，而根根据卡诺原原理热却不不能全部变变为功，当当时不少人人认为二者者之间存在在着根本性性的矛盾。。1850年，德国国物理学家家RudolfJ.Clausius(1822-1888)进一步步研究了热热力学第一一定律和克克拉佩隆转转述的卡诺诺原理，发发现二者并并不矛盾。。他指出，，热不可能能独自地、、不付任何何代价地从从冷物体转转向热物体体，并将这这个结论称称为热力学学第二定律律。克劳修修斯在1854年给给出了热力学第二二定律的数学表达达式，1865年年提出“墒”的概念。。Clausius(1822-1888)第一章绪绪论1851年年，英国物物理学家LordKelvin(1824-l907)指出，，不可能从从单一热源源取热使之之完全变为为有用功而而不产生其其他影响。。这这是热力学学第二定律律的另一种种说法。1853年年，他把能量转化化与物系的的内能联系系起来，给给出了热力力学第一定定律的数学学表达式。。第一章绪绪论1875年年，美国耶鲁大大学数学物物理学教授授JosiahWillardGibbs发发表了““论多相物质质之平衡””的论文。他在熵函数数的基础上上，引出了了平衡的判判据；提出出热力学势的重要概念念，用以处处理多组分分的多相平平衡问题；；导出相律律，得到一一般条件下下多相平衡的规律。吉吉布斯的工工作，把热热力学和化化学在理论论上紧密结结合起来，，奠定了化学热力学学的重要基础础。Gibbs

(1839-1903)第一章绪绪论1.2化化工热力学学的目的和内容化工热力学学的目的解解决化工过过程的实际际问题，用用于指导生生产。化工热力学学主要研究究范畴在于于决定设计计分离过程程，化学反反应器所需需要的相平平衡和化学学反应的数据，参数数和平衡时时的状态以及对化工工过程进行行热力学分析析化工热力学学是理论和工程实践性性都较强的学学科。第一章绪绪论化工热力学学的内容测量、关联联和推算不不同条件下下物质的平平衡性质能量衡算与与热力学分分析为开发和设设计化工过过程提供理理论基础相平衡蒸汽动力循循环与制冷冷循环化工热力学学的三要素素原理应用模型第一章绪绪论1.3热力学的研研究方法宏观：经典热力力学微观：统计热力力学经典热力学学只研究宏宏观量（温温度、压力力、密度等等）间的关关系。但是宏观性性质与分子子有关；；温度与分分子运动有有关；密度度与分子间间相互作用用有关。化工热力学学的局限和特色色不考虑物质质的结构，，不考虑过过程的细节节只能处理平平衡问题，，不能定量量的预算物物质的宏观观性质第一章绪绪论1.4热力学的基基本概念回回顾1、系统、、环境2、封闭系系统、敞开开开系统、、孤立系统统3、强度性性质、容量量性质（系统的状态态有强度性性质决定）4、状态函函数（系统统的性质都都是状态函函数）5、平衡状状态与可逆逆过程（由由一系列平平衡状态组组成，是一一种理想的的极限，为为不可逆过过程提供了了效率的标标准）6、热力学学过程与循循环（常用用的热力学学过程：等等温、等压压、等容、、等焓、等等熵、绝热热、可逆过过程）卡诺循环（（两个等温温过程和两两个等熵过过程）第一章绪绪论7、Maxwell妖是什什么？8、“吉布布斯佯谬””是什么么？9、为什么么恩格斯说说“卡诺定定理”头重重脚轻？第一章绪绪论身边的热力力学问题与与现象1、液化气的主要成分分？2、生活垃垃圾→二恶英英（世纪之毒）？3、、打火火机机中的的4、温度计问什么能够测量温度？5、环境恶化与熵定律（热寂论）？6、温水洗脸洗手（热水[95℃左右]与冷水混合）。第一一章章绪绪论论节能能意意识识（（化工工热热力力学学的的重重点点培培养养观观念念）能源源的的资资源源energysources2000.12.30《世世界界能能源源报报道道》》我国国探探明明可可开开采采储储量量32.74亿吨可开采15~20年石油Petroleum世界40-50年年第一章绪绪论节能意识（化工热力学的的重点培养观观念）2000.12.30《世界能源报报道》我国探明可开开采储量11704亿m3可开采28~58年天然气气NaturalGas世界60年第一章绪绪论节能意识（化工热力学的的重点培养观观念）2000.12.30《世界能源报报道》我国探明可开开采储量1145亿吨可开采54~81年煤炭Coal世界220年能源短缺第一章绪绪论节能EnergySaving节能是近年来来的基本国策策“开发和节约约并重”节能任重道远远是我们的责任任第一章绪绪论思考题：1、试比较化化工热力学、、工程热力学学和化学热力力学的区别和和联系？物物理化学中的的热力学与化化工热力学的的联系与区别别？2、阐述热和和功的区别与与联系？3、研究可逆逆过程的意义义何在？并阐阐述可逆过程程的特征。4、系统的性性质都是状态态函数。5、范德华方方程的形式及及应用？第一章绪绪论麦克斯韦妖MaxwellDemon小精灵(麦克克斯韦妖)把守住气体容容器内隔板上的一个小小门，假设隔板绝热，，小门没有摩擦。小精精灵可以判断分子运动动速度，他只允许左侧侧运动速度高的分子到到右侧，这样无需作功功，经过一段时间可达达到使左侧温度降低并并使右侧温度升高的效效果。孤立系统的熵减减少了。1929年，