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：[phone]（5-6）：13407531389（1-4）电子邮件:[e-mail]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.ChemicalandEngineeringThermodynamics(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化工热力学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。化工热力学枣庄学院化学化工系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化工热力学枣庄学院化学化工系第一章绪论1824年，法国陆军工程师NicholasLéonardSadiCarnot发表了“关于火的动力研究”的论文。他通过对自己构想的理想热机的分析得出结论：热机必须在两个热源之间工作，理想热机的效率只取决与两个热源的温度，工作在两个一定热源之间的所有热机，其效率都超不过可逆热机，热机在理想状态下也不可能达到百分之百。这就是卡诺定理。Carnot(1796-1832)化工热力学枣庄学院化学化工系第一章绪论卡诺的论文发表后，没有马上引起人们的注意。过了十年，法国工程师BenôltPaulEmileClapeyron(1799-1864)把卡诺循环以解析图的形式表示出来，并用卡诺原理研究了汽液平衡，导出了克拉佩隆方程。化工热力学枣庄学院化学化工系第一章绪论1842年，德国医生JuliusRobertMayer(1814-1878)主要受病人血液颜色在热带和欧洲的差异及海水温度与暴风雨的启发，提出了热与机械运动之间相互转化的思想。Mayer(1814-1878)化工热力学枣庄学院化学化工系第一章绪论1847年，德国物理学家和生物学家HermannLudwigvonHelmholtz(1821-1894)发表了“论力的守衡”一文，全面论证了能量守衡和转化定律。Helmholtz(1821-1894)化工热力学枣庄学院化学化工系第一章绪论1843-1848年，英国酿酒商JamesPrescottJoule(1818-1889)以确凿无疑的定量实验结果为基础，论述了能量受恒和转化定律。焦耳的热功当量实验是热力学第一定律的实验基础。Joule(1818-1889)化工热力学枣庄学院化学化工系第一章绪论根据热力学第一定律热功可以按当量转化，而根据卡诺原理热却不能全部变为功，当时不少人认为二者之间存在着根本性的矛盾。1850年，德国物理学家RudolfJ.Clausius(1822-1888)进一步研究了热力学第一定律和克拉佩隆转述的卡诺原理，发现二者并不矛盾。他指出，热不可能独自地、不付任何代价地从冷物体转向热物体，并将这个结论称为热力学第二定律。克劳修斯在1854年给出了热力学第二定律的数学表达式，1865年提出“墒”的概念。Clausius(1822-1888)化工热力学枣庄学院化学化工系第一章绪论1851年，英国物理学家LordKelvin(1824-l907)指出，不可能从单一热源取热使之完全变为有用功而不产生其他影响。这是热力学第二定律的另一种说法。1853年，他把能量转化与物系的内能联系起来，给出了热力学第一定律的数学表达式。化工热力学枣庄学院化学化工系第一章绪论1875年，美国耶鲁大学数学物理学教授JosiahWillardGibbs发表了“论多相物质之平衡”的论文。他在熵函数的基础上，引出了平衡的判据；提出热力学势的重要概念，用以处理多组分的多相平衡问题；导出相律，得到一般条件下多相平衡的规律。吉布斯的工作，把热力学和化学在理论上紧密结合起来，奠定了化学热力学的重要基础。Gibbs(1839-1903)化工热力学枣庄学院化学化工系第一章绪论1.2化工热力学的目的和内容化工热力学的目的解决化工过程的实际问题，用于指导生产。化工热力学主要研究范畴在于决定设计分离过程，化学反应器所需要的相平衡和化学反应的数据，参数和平衡时的状态以及对化工过程进行热力学分析化工热力学是理论和工程实践性都较强的学科。化工热力学枣庄学院化学化工系第一章绪论化工热力学的内容测量、关联和推算不同条件下物质的平衡性质能量衡算与热力学分析为开发和设计化工过程提供理论基础相平衡蒸汽动力循环与制冷循环化工热力学的三要素原理应用模型化工热力学枣庄学院化学化工系第一章绪论1.3热力学的研究方法宏观：经典热力学微观：统计热力学经典热力学只研究宏观量（温度、压力、密度等）间的关系。但是宏观性质与分子有关；温度与分子运动有关；密度与分子间相互作用有关。化工热力学的局限和特色不考虑物质的结构，不考虑过程的细节只能处理平衡问题，不能定量的预算物质的宏观性质化工热力学枣庄学院化学化工系第一章绪论1.4热力学的基本概念回顾1、系统、环境2、封闭系统、敞开开系统、孤立系统3、强度性质、容量性质（系统的状态有强度性质决定）4、状态函数（系统的性质都是状态函数）5、平衡状态与可逆过程（由一系列平衡状态组成，是一种理想的极限，为不可逆过程提供了效率的标准）6、热力学过程与循环（常用的热力学过程：等温、等压、等容、等焓、等熵、绝热、可逆过程）卡诺循环（两个等温过程和两个等熵过程）化工热力学枣庄学院化学化工系第一章绪论7、Maxwell妖是什么？8、“吉布斯佯谬”是什么？9、为什么恩格斯说“卡诺定理”头重脚轻？化工热力学枣庄学院化学化工系第一章绪论身边的热力学问题与现象1、液化气的主要成分？2、生活垃圾→二恶英（世纪之毒）？3、打火机中的液体是什么，为什么用这种物质？。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）。化工热力学枣庄学院化学化工系第一章绪论节能意识（化工热力学的重点培养观念）能源的资源energysources2000.12.30《世界能源报道》我国探明可开采储量32.74亿吨可开采15~20年石油Petroleum世界40-50年化工热力学枣庄学院化学化工系第一章绪论节能意识（化工热力学的重点培养观念）2000.12.30《世界能源报道》我国探明可开采储量11704亿m3可开采28~58年天然气NaturalGas世界60年化工热力学枣庄学院化学化工系第一章绪论节能意识（化工热力学的重点培养观念）2000.12.30《世界能源报道》我国探明可开采储量1145亿吨可开采54~81年煤炭Coal世界220年能源短缺化工热力学枣庄学院化学化工系第一章绪论节能EnergySaving节能是近年来的基本国策“开发和节约并重”节能任重道远是我们的责任化工热力学枣庄学院化学化工系第一章绪论思考题：1、试比较化工热力学、工程热力学和化学热力学的区别和联系？物理化学中的热力学与化工热力学的联系与区别？2、阐述热和功的区别与联系？3、研究可逆过程的意义何在？并阐述可逆过程的特征。4、系统的性质都是状态函数。5、范德华方程的形式及应用？化工热力学枣庄学院化学化工系第一章绪论化工热力学枣庄学院化学化工系麦克斯韦妖MaxwellDemon小精灵(麦克斯韦妖)把守住气体容器内隔板上的一个小门，假设隔板绝热，小门没有摩擦。小精灵可以判断分子运动速度，他只允许左侧运动速度高的分子到右侧，这样无需作功，经过一段时间可达到使左侧温度降低并使右侧温度升高的效果。孤立系统的熵减少了。1929年，匈牙利物理学家西拉德(L.Szilard)发现，小妖至少需要一个温度与环境不同的光源照亮分子，才能获得所需的分子速度信息，正由于获取信息时的能量付出，才达到了系统熵减少的效果。第一章绪论