化工热力学绪论课件.ppt

化学工程师的收入
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第一名：电脑工程师：
第二名：化学工程师：
第三名：电机工程（EE）：
第四名：机械工程：
第学。
主要研究热能与机械能之间转换规律以及在 工程中的应用。
特点：
制冷、动力
介质相对简单：水蒸气、氨、氟里昂
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D、化工热力学（ Chemical Engineering Thermodynamics） ——
集化学热力学和工程热力学之大成的学科
任务是从热力学第一、第二定律出发，研究化工过程中各种能量的相互转化和有效利用，研究各种物理和化学变化过程中达到平衡的理论极限、条件和状态。
它是化学工程学的一个重要组成部分，是化工过程开发、设计和生产的重要理论基础。
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经典热力学
无论是工程热力学还是化学热力学还是化工热力学，它们均是经典热力学，遵循经典热力学的三大定律（热力学第一、第二、第三定律），不同之处是由于热力学应用的具体对象不同，决定了各种热力学解决问题的方法有各自的特点。
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一、 化工热力学的定义和用途
2、化工热力学的用途
①对于新工艺、新方法，用热力学事先判断它的可行性。（可行性分析）
石墨————>金刚石？
N2+ H2 ————> NH3 ？
H2O ————> H2+O2 ？
常温、常压
常温、常压
常温、常压
判据？
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②多元相平衡数据是设计、生产操作和产品质量控制必不可少的，尤其是产品众多、分离要求高的石油化工更是如此。
产品分离：设备投资50~90%；能量60~90%。
精馏塔的设计
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③建立化工热力学模型，用最易测得的数据（P、V、T、X）推算难测数据（H，S，G）；用少量实验数据加模型，得到过程开发中大量有用数据。
多、快、好、省！
世界上有105无机物，6x106有机物，只有100种纯物质的热力学数据研究比较透彻。
混合物的种类更多，更有用，但非常难测。
尤其是极性物质、聚合物体系、电解质溶液、生物体系。
在高压、低温下的物性数据更是当务之急。
实验费时、费力。
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二、化工热力学的研究内容
测量、关联与推算不同条件下物质的平衡性质
过程能量分析
相平衡关系的描述和计算
动力与制冷过程原理及效率提高
化工工艺设计中热力学性质的计算
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三、化工热力学的特点
热力学研究方法
宏观研究方法 微观研究方法
经典热力学 分子热力学
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三、化工热力学的特点
1、经典热力学的特点1
研究大量分子中发生的平均变化
并总结出具有普遍性的热力学基本定律
它建筑在热力学的三个基本定律之上，运用数 学方法，得到宏观性质之间的依赖关系
经典热力学局限性之一：
不能定量预测物质的宏观性质
不能解释微观本质及其产生某种现象的内部原因。
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三、化工热力学的特点
2、经典热力学的特点2：
不研究物质的结构
不考虑过程的细节
只关心平衡问题（只关心体系的初态和终态）；不关心如何到达平衡。
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
经典热力学能够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应的条件，因而节省了大量的时间和精力。
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三、化工热力学的特点
3、分子热力学的特点
建立在大量粒子群的统计性质的基础上
从物质的微观结构观察与分析问题，预测与解释平衡情况下物质的宏观性质
从分子间的相互作用出发，建立宏观性质与微观性质
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四、为何学和如何学好化工热力学
1、为何要学化工热力学？
答：解决化学产品的制备中存在两类问题。
1）反应问题
反应物
A
+
反应物
B
产物
C 或 D 或 E ？
在给定条件下，A和B作用，能否得到C？或D？或E？或它们的全部？
如果制备产品C，什么是其最优条件（如压力、温度等）？产率多少？
1、可行性分析
2、化学反应平衡
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怎样分离，才能得到纯物质C？
2）分离问题
含A 、B 、C、 D、 E
的混合物
纯C
D 和 E
A 和 B
所需产品
进一步参加反应
副产品
4、能量有效利用
3、相平衡问题
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四、为何学和如何学好化工热力学
2、如何学好化工热力学？
1）掌握化工热力学处理问题方法之特点
从局部的实验数据加半经验模型推算系统完整的信息
从常温常压的物性数据来推算苛刻条件下的性质
纯物质性质的推算：从容易获得的物性数据（P、V