化工热力学第1章

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1、化工热力学ChemicalEngineeringThermodynamics浙江大学化学工程研究所第一章绪论热力学回顾学习化工热力学的目的“化工热力学”内容与框架实例热力学回顾热力学化学热力学化工热力学化学热力学、化工热力学的关系热力学Thermo-dynamics热与功转化规律(热力学定律)dU＝Ｑ+Ｗ热力学函数的普遍化关系式dU=TdS－PdV；dH=TdS＋VdP；dA=－SdT－PdV；dG=－SdT＋VdP热力学原理普遍化关系式化学热力学建立热力学关系状态函数间的普遍化关系式物性计算的基础采用简单的模型理想体系(理想气体、理想溶液)P=P(V,T)

2、P=RT/V分子间没有相互作用力，分子体积忽略不计理想溶液模型适用范围有限，难以广泛解决实际问题热力学原理具有普遍适用性；反映体系特征的模型具有局限性。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vanderWaals,SRK,PR,Martin-HouEOSP=P(V，T)解决化工过程实际问题过程的可行性问题能量有效利用分离工程化学平衡热力学性质（化工热力学应用本质上是性质计算！）从容易测量性质难测量性质量从温和状态的性质苛刻条件的性质纯物质性质混合物性质局部、离散的性质体系、连续的性质模型化学热力学、化工热力学的关系原理相同

3、模型不同解决问题的思路相似化学热力学注重：热力学性质间关系式化工热力学注重：用热力学性质间的关系推算物性经典热力学、统计热力学经典热力学：基于宏观热力学函数之间的普遍化关系，结合模型，进行性质的推算化工热力学采用了经典热力学的原理宏观性质宏观性质统计热力学：基于宏观热力学函数与微观状态及分子间相互作用能的统计关系，进行热力学性质推算微观性质宏观性质化工热力学的作用化学工程等专业最重要的课程之一训练逻辑思维能力、解决实际问题化工热力学的作用您知道冰箱与空调的工作原理吗？何为工质？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，或恒沸点的特点)液

4、化汽的主要成分是丙烷、丁烷和少量的戊烷，为何不用甲烷或己烷？(沸点与汽液平衡压力)为何从天然植物中提取香精、色素等有效成分，常用超临界萃取技术？萃取剂为何常选CO2？(超临界液体的溶解度)N2和H2在什么温度压力下才能合成出NH3？石墨如何转化为金刚石？(过程可行性或自发性)使炮弹、导弹的落点更准确，也需要应用热力学(苛刻条件下的性质)您知道Aspen-Plus中热力学性质计算原理和模型吗？石墨金刚石如何得到G？我们没有“G计”，从容易测量的性质来推算吧！需要什么？采用：原理-模型（基础物性）-应用化工热力学如何计算物性？解决工程问题，通过物性计算完成什么物性

5、？平衡状态(系统的状态不随时间而变化)热力学性质(P、V、T、U、H、S、G、A、Cp、Cv……)均相封闭体系性质均相：各处均匀，性质相同封闭：组成不变均相纯物质：如液体水、水蒸气、冰…均相定组成混合物：如空气、95%的乙醇水溶液…自由度=2，指定两个强度性质（作独立变量），体系就确定了非均相封闭体系性质非均相：由若干个均相组成封闭：总组成不变，各相组成变化(没有平衡时)汽-液、液-液、固-液、汽-液-液……平衡状态时：非均相封闭体系=∑(均相封闭体系)i平衡状态下：非均相封闭体系=∑(均相封闭体系)i非均相性质计算方法：1.解决非均相体系的相平衡2.计算呈平衡

6、状态下的各个相性质3.呈平衡状态下的各个相可视为：均相封闭体系化工热力学中的重要体系：1.均相封闭体系2.均相敞开体系3.非均相封闭体系均相敞开体系是相平衡的前提均相性质的表示平衡状态下，均相体系的性质能唯一地表达成压力、温度和组成的函数。其组成与其敞开性所对应！V=V（T，P）（纯物质）M=M（T，P）M=V,U,H,G,A,CP,CV……纯物质性质推算：容易测量难测量M=M（T，P，组成）（混合物）混合物性质推算：纯物质混合物T、P、组成是独立变量，M是从属变量独立变量的个数由相律所决定独立变量的选择根据实际需要(如容易测量)均相性质的计算运用经典热力学

7、原理，结合反映体系特征的模型，应用于物性计算(化工热力学“三要素”)经典热力学原理热力学性质之间的普遍化关系式性质间桥梁热力学普遍化关系式不能给出物性的具体值反映系统特征的模型状态方程模型，P=P(V,T,a,b,……)理想气体等压热容模型，活度系数模型反映体系特征，也可以用实验数据分析独立变量、从属变量独立变量从属变量经典热力学原理建立普遍化关系式：从属变量=F(独立变量i)引入反映体系特征的模型状态方程、理想气体热容模型等完成物性计算均相性质的计算步骤均相性质计算方法计算下图纯流体单相区的强度性质H的变化量。体系从初态（T1，P1）变化至终态（T2，P2）

8、已经流体的状态方程模型、