化工熱力學(化工熱力學的主要內(nèi)容)

1.化工熱力學的主要內(nèi)容

應用熱力學基本定律研究化工過程中能量的有效利用（見過程熱力學分析）、各種熱力學過程、相平衡和化學平衡，還研究與上述內(nèi)容有關的基礎數(shù)據(jù)，如物質(zhì)的p-V-T關系和熱化學數(shù)據(jù)。

對于與環(huán)境間既有能量傳遞又有物質(zhì)傳遞的敞開系統(tǒng)，在計算物料進出系統(tǒng)前后物料的內(nèi)能所發(fā)生的變化時，除了考慮熱和功外，還須計入相應的動能和位能的變化，以及能量在系統(tǒng)中的積累。對于化工生產(chǎn)上經(jīng)常遇到的定態(tài)流動過程（單位時間內(nèi)出入系統(tǒng)的物料量相同，且不隨時間而變化，系統(tǒng)中沒有物質(zhì)或能量的積累），第一定律可表達為：

ΔU+ΔEK+ΔEP=Q-W

或 ΔH+ΔEK+ΔEP=Q-WS

式中ΔU、ΔEK和 ΔEP分別為物料進出系統(tǒng)前后內(nèi)能、動能和位能的變化；H為焓，H=U+pV，等于內(nèi)能加上壓力和體積的乘積；WS為軸功，指膨脹功以外的功，主要是與動力裝置有關的功。

熱力學第二定律的應用 用以研究：①相平衡，在相平衡準則的基礎上建立數(shù)學模型，將平衡時的溫度、壓力和各相組成關聯(lián)起來，應用于傳質(zhì)分離過程的計算；②化學平衡，在化學平衡準則的基礎上研究各種工藝條件（溫度、壓力、配料比等）對平衡轉(zhuǎn)化率的影響，應用于反應過程的工藝計算，選擇最佳工藝條件；③能量的有效利用，功可以完全轉(zhuǎn)變?yōu)闊?，熱轉(zhuǎn)變?yōu)楣t受到一定的限制，為了節(jié)約能量，在可能條件下功的消耗越少越好。對化工過程所用的熱能動力裝置、傳質(zhì)設備和反應器等，都應該進行過程的熱力學分析，從而采取措施以節(jié)約能耗，提高經(jīng)濟效益。

熱力學第二定律的建立是從研究蒸汽機效率開始的。研究表明：在高溫T1與低溫T2兩個熱源間工作的任何熱機（將熱轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ臋C器，如蒸汽機）的熱機效率η（從高溫熱源吸收的熱中轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ姆致剩怨ぷ鬟^程為可逆過程（見熱力學過程）的熱機（即可逆熱機）的效率ηr為最高，且ηr=(T1-T2)/T1。這種可逆熱機的工作過程稱為卡諾循環(huán)。這個規(guī)律稱為卡諾定理，它是有效利用能量的依據(jù)。

上面的卡諾定理可以由此式導出。由于可逆過程是在平衡條件下進行的，因而熱力學第二定律提供了一個判斷是否達到平衡的普遍準則。應用于相變化和化學變化時，可導出更具體的相平衡準則和化學平衡準則。

2.化學熱力學的基本概念有哪些呢?

(1).體系與環(huán)境：在化學中，把研究的對象叫做體系，把體系以外的部分叫做環(huán)境 敞開體系：體系與環(huán)境之間既有物質(zhì)交換，又有能量的交換。

封閉體系：體系與環(huán)境之間無物質(zhì)交換，只有能量的交換。 孤立體系：體系與環(huán)境之間，既沒有物質(zhì)交換，也沒有能量交換。

（2）.狀態(tài)和狀態(tài)函數(shù)： 狀態(tài)：用來描述這個體系的諸如溫度、壓力、體積、質(zhì)量和組成等物理性質(zhì)和化學性質(zhì)的總和，當這些性質(zhì)都有確定值時，就說體系處于一定的狀態(tài)。 狀態(tài)函數(shù)：用來描述體系的這些性質(zhì)僅決定于狀態(tài)本身而與變化過程的具體途徑無關，這些性質(zhì)就是狀態(tài)函數(shù)。

顯然，P、V、T、n、△u等都是狀態(tài)函數(shù)，而Q、w都不是狀態(tài)函數(shù)與途徑有關。 狀態(tài)函數(shù)值的變化只取決于體系的初態(tài)和終態(tài)而與變化的途徑無關。

（3）過程和途徑： 過程：體系所發(fā)生的狀態(tài)變化叫做熱力學過程，簡稱過程。過程開始的狀態(tài)叫做始態(tài)，最后的狀態(tài)叫做終態(tài)，習慣上把狀態(tài)變化所經(jīng)歷的具體步驟叫做途徑。

常見的過程： 等溫過程（T）：在溫度不變的情況下，體系由始態(tài)到終態(tài)進行的過程。 等壓過程（P）：在壓力不變的情況下，體系由始態(tài)到終態(tài)進行的過程。

恒容過程（V）：在體積不變的情況下，體系由始態(tài)到終態(tài)進行的過程。 絕熱過程（Q）：在變化過程中，體系與環(huán)境之間沒有熱量交換。

3.怎樣學好化工熱力學?

按以下要求就可以了！ 1、課程的性質(zhì)和任務 化工熱力學時化學工程學的分支學科之一，是化學工程與工藝類及其相近專業(yè)的一門主干課，是學生在具備了《物理化學》、《化工原理》等基礎知識之后必修的技術基礎課。

化工熱力學是化學工程與工藝類專業(yè)基礎課，它以物理化學等為基礎，是由化學熱力學和工程熱力學組合而成的一門學科，它為分離工程、反應工程及系統(tǒng)工程等打下理論基礎。 化工熱力學的任務是通過課程教學， 本科程的任務是概括、深化熱力學的基本定律和有關的理論知識，研究化工過程中各種能量的相互轉(zhuǎn)化和有效利用，研究各種物理、化學變化過程達到平衡的理論極限、條件或狀態(tài)，使學生掌握流體的熱力學性質(zhì)概念，掌握流體熱力學性質(zhì)的計算及其應用，掌握溶液的性質(zhì)，會用溶液理論及狀態(tài)方程計算各種流體相平衡，為化工過程的設計打下牢固的基礎。

從而使學生獲得鞏固的專業(yè)理論基礎知識，培養(yǎng)和提高學生從事化工生產(chǎn)、設計和科學研究工作的理論分析能力。 本教學基本要求是為高等學校本科化學工程與工藝類（化學工程、有機化工、無機化工、煤化工、精細化工等）專業(yè)制定的。

分為課堂教學、實驗教學兩部分： 2、課堂教學： 通過課堂教學，學生應掌握流體的PVT關系；熱力學基本定律及能量分析；流體的熱力學函數(shù)及計算；溶液熱力學與流體相平衡；化學反應平衡。 教學時數(shù)為68學時左右。

其基本內(nèi)容是： （1）緒論 （2-4學時） （2）流體的P-V-T關系（6-8學時） 純物質(zhì)的P-V-T性質(zhì)。 真實氣體的狀態(tài)方程式：真實氣體特性，Virial方程式，兩常數(shù)狀態(tài)方程式（Van der Waals方程式（簡述）、Redlich-Kwong方程式及其修正式），多常數(shù)狀態(tài)方程式 （Benedict-Webb-Rubin方程式、Martin-Hou方程式）。

對比狀態(tài)原理及其應用：對比狀態(tài)原理，普遍化關系式及偏心因子。 真實氣體混合物的P-V-T關系：虛擬臨界常數(shù)法，Dalton定律和普遍化壓縮因子圖，Amagat定律和普遍化壓縮因子圖，混合規(guī)則與混合物的狀態(tài)方程式（Viriat方程式、Redlich Kwong方程式、Martin-Hou方程式）。

液體的P-V-T性質(zhì) （3）流體的熱力學性質(zhì)（6-8學時） 熱力學性質(zhì)間的關系式：單相流體系統(tǒng)基本方程式，點函數(shù)間的數(shù)學關系式，Maxwell關系式。 熱力學性質(zhì)的計算：應用Maxwell關系式推求各熱力學變量，計算原理及方法，氣體熱力學性質(zhì)的普遍化關系。

兩相系統(tǒng)的熱力學性質(zhì)及熱力學圖表：兩相系統(tǒng)的熱力學性質(zhì)，熱力學性質(zhì)圖表。 （4）化工過程的能量分析（12-14學時） 流動體系的能量平衡方程。

（熱力學第一定律及其應用） 熵變，不可逆性，熵平衡。（熱力學第二定律及其應用） 氣體的壓縮及膨脹。

理想功及損失功：理想功，損失功。 有效能分析：有效能的概念，有效能的計算，有效能損失，有效能效率。

（5）蒸汽動力循環(huán)與制冷循環(huán)（7-8學時） 蒸汽動力循環(huán)。 獲得低溫的兩種方法。

制冷循環(huán)：逆向Carnot循環(huán)（簡述），蒸汽壓縮制冷循環(huán)，多級壓縮制冷及復疊式制冷，吸收式制冷。 （6）均相混合物的熱力學性質(zhì)（8-10學時） 變組成體系熱力學性質(zhì)間關系式。

偏摩爾性質(zhì)及化學位：摩爾性質(zhì)、化學位。 逸度與逸度系數(shù)：逸度及逸度系數(shù)的定義，純物質(zhì)的逸度計算，壓力和溫度對逸度的影響，理想溶液的逸度、標準態(tài)，氣體混合物的逸度。

活度及活度系數(shù)：理想溶液及非理想溶液，活度及活度系數(shù)。 混合性質(zhì)變化。

超額性質(zhì)。 液相活度系數(shù)與組成的關聯(lián)式：Wohl型關聯(lián)式，應用局部組成概念的模型（Wilson、NRTL、UNIQUAC方程），基團溶液模型-UNIFAC方程。

（7）相平衡（8-10學時） 平衡的判據(jù)。 互溶體系汽液平衡：二元體系的P-T圖，P-X-Y圖，T-X-Y。

汽液平衡的計算：汽液平衡計算的基本問題，低壓至中壓的汽液平衡，高壓汽液平衡。 液相為部分互溶體系的相平衡*：溶液的穩(wěn)定性，液相為部分互溶體系的平衡關系。

（8）化學反應平衡（4-6學時） 化學反應的計量關系：單相封閉體系的化學反應的計量關系，多相體系的化學反應的計量關系。 化學反應平衡常數(shù)及有關計算：化學反應平衡常數(shù)和標準自由焓變化，化學反應的標準自由焓變化的計算，平衡常數(shù)與平衡組成間的關系。

影響平衡組成的因素：溫度的影響，壓力的影響，惰性氣體的影響。 相律和反應系統(tǒng)的杜亥姆（Duhem）理論。

復雜反應體系中的化學平衡：復雜反應體系的處理，等溫復雜反應的化學平衡，絕熱反應的化學平衡。 3、實驗教學（4-6學時） 為使學生加深對課堂教學內(nèi)容的理解和鞏固，培養(yǎng)學生的實驗技能，運用所學的理論知識分析和解決實際問題能力，進行實驗教學是十分必需的。

實驗內(nèi)容至少進行下述兩個： （1） 二氧化碳臨界狀態(tài)觀測及PVT關系測試 通過該實驗掌握二氧化碳的P-V-T關系的測定方法，增加對臨界狀態(tài)概念的感性認識和加深對流體的熱力學狀態(tài)：凝結(jié)、汽化、飽和狀態(tài)等基本概念的理解，學會用實驗測定實際氣體狀態(tài)變化規(guī)律的方法和技巧。 （2）汽液平衡數(shù)據(jù)的測定 通過測定汽液平衡數(shù)據(jù)，了解和掌握汽液平衡數(shù)據(jù)測試的方法和技能，熟練應用Wilson方程關聯(lián)和預測汽液平衡數(shù)據(jù)，要求學生編制和調(diào)試程序進行汽液。

4.化工熱力學研究的是什么

。

化工熱力學發(fā)展歷史 熱現(xiàn)象是人類最早接觸到的自然現(xiàn)象之一。相傳遠古時代的燧人氏鉆木取火，用現(xiàn)代科學的語言來說，就是由機械功轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，溫度升高發(fā)生燃燒。

我國在十二、十三世紀就記載有走馬燈和使用火藥燃燒向后噴氣來加速火箭的飛行，可以說是現(xiàn)代燃氣輪機和火箭等噴氣推進機的始祖。 但是，人類對熱的認識逐步形成一間科學卻是近三百年來的事。

從觀察和實驗總結(jié)出來的熱現(xiàn)象規(guī)律，構(gòu)成熱現(xiàn)象的宏觀理論，叫做熱力學。為了提高蒸汽機的效率和創(chuàng)造性能更好的熱機，有必要對它們的工作規(guī)律進行廣泛的研究。

十九世紀中，把生產(chǎn)實踐和實驗結(jié)果提到理論的高度，確立了關于能量轉(zhuǎn)化和守恒的熱力學第一定律以及關于熱效率的熱力學的第二定律。 主要由這兩個定律在邏輯上和數(shù)學上的發(fā)展，形成了物理學中的熱力學部份。

它除了為分析、研究，創(chuàng)造各種新型熱機提供理論基礎外，還廣泛地滲透到其他學科中去，例如熱力學理論和化學現(xiàn)象相結(jié)合，形成了所謂化學熱力學，它是研究物質(zhì)的熱性質(zhì)，化學、物理過程的方向和限度等普遍規(guī)律的基礎學科。 生產(chǎn)上蒸汽機的發(fā)明和相應的科學研究建立了熱力學的基本定律；熱力學本身的發(fā)展，又回過來幫助新型熱機的創(chuàng)建。

通過專門研究和分析，使人們對各種熱機中的壓縮，燃燒、膨脹、冷卻、傳熱等過程、再熱循環(huán)、往復循環(huán)等有了更清晰的了解，這在熱機的設計和創(chuàng)新方面起了決定性的作用。 在學科上形成了工程熱力學。

廣而言之，熱力學是一門研究能量及其轉(zhuǎn)換的科學，它能預言物質(zhì)狀態(tài)變化的趨勢并研究伴有熱效應體系的平衡。在化學工業(yè)的生產(chǎn)和科學實驗中有大量的這類問題需要解決，所以化工熱力學也就應運而生。

由于既要解決化學問題，又要解決工程問題，所以化工熱力學實際上是集化學熱力學和工程熱力學的大成。 自從1944年B·F·Dodge寫出了篇幅較大的"化工熱力學"教科書后，幾十年來，國內(nèi)外這方面的研究不斷深入，教學工作也頗有成效，不但是大學生的必修課程，而且研究生也需學習。

可以說，化工熱力學已成化學工程學的主要分支學科之一。盡管熱力學是一門比較古老的學科，但是在化學工業(yè)中的應用還在繼續(xù)擴大，在有關期刊中仍有許多文獻發(fā)表。

5 化工熱力學的基本內(nèi)容 化工熱力學是討論熱力學在化工生產(chǎn)中的應用。化工過程中所需的熱和功的計算，化學反應、相際物質(zhì)傳遞的方向與限度的判定，化工過程能量的有效利用等都屬于化工熱力學已經(jīng)的范疇。

在化工工程師的工作中，常涉及到下面四類問題： （1） 進行過程的能量衡算 物料衡算與建立在熱力學第一定律基礎上的能量衡算是所有化工工藝設計的基礎。 他可以解決： ①進、出設備每股物料的數(shù)量、組成、溫度、壓力，從而求得設備中的傳熱量、傳質(zhì)量或反應量。

②確定生產(chǎn)過程中所需設備的尺寸和臺數(shù)（如換熱面積等）。 ③在設計方案評比、操作條件分析、工藝設備改進時，常以物料、熱量衡算結(jié)果為依據(jù)。

（2）判斷過程進行的方向和限度 建立在熱力學第二定律上的一些熱力學函數(shù)（ 、等）是判定過程進行方向與限度、確定平衡狀態(tài)的依據(jù)。而在化工單元操作及反應器設計中，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。

例如：為了降低原料消耗，利用本國資源，制止環(huán)境污染和不用劇毒物質(zhì)作原料等，要求發(fā)展直接合成新工藝。（清潔生產(chǎn)、綠色化工） 50年代，采用乙烯和氯氣為原料的氯醇法生產(chǎn)乙二醇，主要反應有三步： 乙烯+氯→氯乙醇→環(huán)氧乙烷→乙二醇 這個方法不但流程長，輔助原料氯的成本高，而且由于使用了氯，給后處理帶來了許多麻煩（如腐蝕、副產(chǎn)鹽酸問題等）。

60年代，乙烯直接氧化法在工業(yè)上得到應用，這種方法不在使用氯，主要反應有二步： 乙烯 環(huán)氧乙烷 乙二醇 70年代，由乙烯直接合成乙二醇成功，產(chǎn)品收率也從乙烯氧化法的75%提高到90%，這意味著每公斤乙二醇所消耗的乙烯數(shù)量比以前降低了17%。 在這個生產(chǎn)乙二醇的發(fā)展過程中，用熱力學基本定律判斷這些方法的可行性及可行的條件（即必要的工藝條件），對節(jié)省過程發(fā)展中的人力、物力和研究時間有很大的幫助。

（3）研究化工過程能量的有效利用 化工生產(chǎn)要消耗大量的能源。石油、天然氣等能源不僅是化學工業(yè)的燃料，而且是生產(chǎn)一些重要化工產(chǎn)品的原料。

近年來的能源緊張，如何有效利用能量的問題顯得突出。 利用熱力學的基本原理，對化工過程進行熱力學分析，是熱力學近三十年來最重要的進展。

計算各種熱力過程的理想功、損耗功、有效能等，找出可以節(jié)能而沒有節(jié)能的環(huán)節(jié)和設備，然后采取措施，達到節(jié)能的目的。 這對于評定新的設計方案和改進現(xiàn)有生產(chǎn)都是有效的手段。

近來，能源緊張問題更顯突出，故在流程選擇、設備設計中往往以節(jié)能為目標函數(shù)進行優(yōu)化，為了節(jié)能，寧可增加設備（即初始投資）。 例： 典型的石油氣順序深冷分離，能量消耗較大，經(jīng)過全面分析和研究，采用原料分段預冷進料、中間再沸器和其他措施，對相同規(guī)模的石油氣分離裝置可節(jié)能25%。

因此，有人認為，凡是有能量交換的地方，就有熱力學問題。這里的能量交。

5.化學熱力學基礎

舉例：H2O(l) == H2O(g) NH3(l) == NH3(g)1、蒸汽壓肯定上升啦，不用說的。

在沒有達到飽和蒸汽壓之前蒸汽壓都在上升。2、從吉布斯函數(shù)可以推出。

吸熱（△H>0），熵增（T△S>0），減了之后是有可能為零的。最直接的，這個反應是在平衡狀態(tài)下進行的，所以△G=0。

3、一種物質(zhì)從液態(tài)轉(zhuǎn)到氣態(tài)，熵增。熵的大小關系是 s（固體）<l（液體）<g（氣體）。

如果不知道為什么，看看熱力學的書吧。4、……液體在消耗……解答如何？Sorry……邏輯錯誤。

應該是，如果達到平衡，則1與2都為零；但是如果沒有達到平衡則都不為零。不關標準狀態(tài)事。

若達到平衡，則單位時間都消耗 X mol 的液體，同時有 nX mol 的氣體液化（考慮締合情況，寫了 nX），所以蒸汽壓為飽和蒸汽壓（即恒定），同時△G=0；若未達到平衡，則蒸汽壓增大（未達到飽和蒸汽壓），同時反應自發(fā)向右進行（想想水會自己蒸發(fā)），所以△G<0。

6.化工熱力學

化工熱力學是國內(nèi)外化學工程與工藝專業(yè)最重要的必修課之一，是化工過程研究、開發(fā)和設計的理論基礎，是化學工程的精髓。

化工熱力學最根本任務就是利用熱力學第一、第二定律給出物質(zhì)和能量的最大利用極限，有效地降低生產(chǎn)能耗，減少污染，從而從本質(zhì)上指導如何減緩熵增的速度。因此毫不夸張地說：化工熱力學就是直接為節(jié)能減排而生的！所以，學好化工熱力學可以幫助我們培養(yǎng)正確的“節(jié)能減排”意識，從科學的層面節(jié)能減排，以減緩有效資源和有效能量的耗散速度。

同時，化工熱力學也是一門訓練邏輯思維和演繹能力的課程。演繹法是化工熱力學理論體系的基本科學方法，它主要以數(shù)學方法進行，這決定了化工熱力學的數(shù)學公式紛繁復雜，理論概念嚴謹、抽象。

但演繹法，“似至晦，實至明；似至繁，實至簡；似至難，實至易”的特點又決定了化工熱力學抽象復雜的背后是多快好省，是一門非?！奥斆鳌钡膶W科。 《化工熱力學》課程特點 《化工熱力學》課程由我國化工教育的一代宗師時鈞院士親手建立并授課，至今已有三十多年的教學歷史。

在時先生的引領下，兄弟院校紛紛設立此課程。在他直接教導下，本校該專業(yè)培養(yǎng)了多名有較高國際知名度的教授，有多達二十多位教授參與教學。

高起點科研成果反哺教學，奠定了研究型教學的堅實基礎。 主要內(nèi)容編輯 應用熱力學基本定律研究化工過程中能量的有效利用（見過程熱力學分析）、各種熱力學過程、相平衡和化學平衡，還研究與上述內(nèi)容有關的基礎數(shù)據(jù)，如物質(zhì)的p-V-T關系和熱化學數(shù)據(jù)。

對于與環(huán)境間既有能量傳遞又有物質(zhì)傳遞的敞開系統(tǒng)，在計算物料進出系統(tǒng)前后物料的內(nèi)能所發(fā)生的變化時，除了考慮熱和功外，還須計入相應的動能和位能的變化，以及能量在系統(tǒng)中的積累。對于化工生產(chǎn)上經(jīng)常遇到的定態(tài)流動過程（單位時間內(nèi)出入系統(tǒng)的物料量相同，且不隨時間而變化，系統(tǒng)中沒有物質(zhì)或能量的積累），第一定律可表達為： ΔU+ΔEK+ΔEP=Q-W 或ΔH+ΔEK+ΔEP=Q-WS 式中ΔU、ΔEK和ΔEP分別為物料進出系統(tǒng)前后內(nèi)能、動能和位能的變化；H為焓，H=U+pV，等于內(nèi)能加上壓力和體積的乘積；WS為軸功，指膨脹功以外的功，主要是與動力裝置有關的功。

熱力學第二定律的應用用以研究：①相平衡，在相平衡準則的基礎上建立數(shù)學模型，將平衡時的溫度、壓力和各相組成關聯(lián)起來，應用于傳質(zhì)分離過程的計算；②化學平衡，在化學平衡準則的基礎上研究各種工藝條件（溫度、壓力、配料比等）對平衡轉(zhuǎn)化率的影響，應用于反應過程的工藝計算，選擇最佳工藝條件；③能量的有效利用，功可以完全轉(zhuǎn)變?yōu)闊?，熱轉(zhuǎn)變?yōu)楣t受到一定的限制，為了節(jié)約能量，在可能條件下功的消耗越少越好。對化工過程所用的熱能動力裝置、傳質(zhì)設備和反應器等，都應該進行過程的熱力學分析，從而采取措施以節(jié)約能耗，提高經(jīng)濟效益。

熱力學第二定律的建立是從研究蒸汽機效率開始的。研究表明：在高溫T1與低溫T2兩個熱源間工作的任何熱機（將熱轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ臋C器，如蒸汽機）的熱機效率η（從高溫熱源吸收的熱中轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ姆致剩?，以工作過程為可逆過程（見熱力學過程）的熱機（即可逆熱機）的效率ηr為最高，且ηr=(T1-T2)/T1。

這種可逆熱機的工作過程稱為卡諾循環(huán)。這個規(guī)律稱為卡諾定理，它是有效利用能量的依據(jù)。

上面的卡諾定理可以由此式導出。由于可逆過程是在平衡條件下進行的，因而熱力學第二定律提供了一個判斷是否達到平衡的普遍準則。

應用于相變化和化學變化時，可導出更具體的相平衡準則和化學平衡準則。