化工热力学.pdf

第一章第一章
绪论
从今天起,我们大家就要接触一」新的课程,这就是《化工热力学》。我们准备用68学时(17周)的
时间完成这门课的学习。在这段时间内,我们将共同学习并掌握着门课程,希望我们能合作愉快,彼此都
留下美好的回忆。(自我介绍:任保增3887318
《化工热力学》就字面意义来说,并不难理解。在你们的前绪课程中也接触到了热力学的概念,如高
等物理学的气体部分以及刚结束的物理化学中,都不少提到热力学。那么什么叫做“热力学”,“化工热力
学”的具体概念是什么呢?这就是我们在绪论中首先要解决的问题。
在这一章中,我们要清楚化工热力学的范畴和任务。通过这一章的学习要搞清楚《化工热力学》包含
有哪些内容,对解決生产实际、工程设计和科学研究有什么作用;还要讨论?下学习化工热力学的目的、
要求和措施。那么什么是化工热力学呢?ド面我们就讨论这一问题。
化工热力学在课程链上的位置
基础课:高等数学、外语、无机化学、有机化学、分析化学、生物化学
化工制图
物理化学
化学热力学
化学动力学
专业基础课:化工原理(化工単元操作)、化工热力学、化学反应工程、仪表与自动化
专业课:
分离工程、化学工艺学等
2.化工热力学发展历史
热现象是人类最早接触到的自然现象之一。相传远古时代的燧人氏钻木取火,用现代科学的语言来
说,就是由机械功转化为内能,温度升高发生燃烧。我国在十二、十三世纪就记载有走马灯和使用火药燃
烧向后喷气米加速火箭的飞行,可以说是现代燃气轮机和火箭等喷气推进机的始祖。但是,人类对热的认
识逐步形成一?科学却是近三百年米的事。从观察和实验总结出米的热现象规律,构成热现象的宏观理论,
叫做热力学。为了提高蒸汽机的效率和创造性能更好的热机,有必要对它们的工作规律进行广泛的研究。
十九世纪中,把生产实践和实验结果提到理论的高度,确立了关于能量转化和守恒的热力学第定律以及
关于热效率的热力学的第二定律。主要由这两个定律在逻辑上和数学上的发展,形成了物理学中的热力学
部份。它除了为分析、研究,创造各种新型热机提供理论基础外,还广泛地渗透到其他学科中去,例如热
力学理论和化学现象相结合,形成了所谓化学热力学,它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.
生产上蒸汽机的发明和相应的科学研究建立了热力学的基木定律:热力学本身的发展,又过来帮助新
型热机的创建。通过专」研究和分析,使人们对各种热机中的压缩,燃烧、膨胀、冷却、传热等过程、再
热循环、往复循坏等有了更清晰的了解,这在热机的设计和创新方面起了決定性的作用。在学科上.形成了
工程热力学。广而言之,热力学是一门研究能量及其转换的科学,它能预言物质状态变化的趋势并研究伴
有热效应体系的平衡。在化学工业的生产和科学实验中有大量的这类问题需要解决,所以化工热力学也就
应运而生。山于既要解决化学问题,又要解決工程问题,所以化工热力学实际上是集化学热力学和工程热
力学的大成。白从1944年B?F? Dodge写出了篇幅较大的"化工热力学"教科书后,儿十年米,国内外这方
的研究不断深入,教学工作也颇有成效,不但是大学生的必修课程,而且研究生也需学习。可以说,化
工热力学已成化学工程学的主要分支学科之?。尽管热力学是イ」比较古と的学科,但是在化学工业中的
应用还在继续扩大,在有关期刊中仍有许多文献发表。
3化工热力学的特性和分支
要想了解化工热力学的概念,首先要搞清楚什么是热力学
31熱力学及其持性: Lhernodynamnic: s
热力学这一概念对大家米说并不陌生,在物理和物理化学中已接触过,现在我们再简单的复习一遍
所谓热力学主要是研究熱现象和艦量转换的。热力学以宏观体系作为白己的研究对象,就其内容而言,它涉
及到机的效率,能源的利用,各种物理、化学乃至生命过程的能量转换,以及这虫过程在指定条件下有没有
发生的可能性。如今热力学已广泛的用于研究各种能量之间的关系,热力学从远古时期发展至今,可称它
为『」“完善”的科学,这主要表现在它具有四大特性:
(1)严密性
(2)完整性
(3)当遍性(1)精简性
严密性表现在热力学具有严格的理论基础。热力学证明是可以行通的事情,在实际当中才能够行的通
热力学证明是不可行的事情,在实际当中无论采用什么措施,也实施不了。
完整性是由于热力学具有
熱力学第一定(能量守恒定律)
第二定(犒増原型)
第三定(缩对定)
第参定(熱平衡定律)
这四大定律使热力学成为『」逻辑性强而完整的科学。
普遍性表现在热现象在∏常生活中是必不可缺少的。热力学的基本定律、基本理论,不但能够解决实
际生产中的问题,述能够解决日常生活中的问题,甚至用于宇宙问题的研究。象俄罗斯研究出米的宇宙个,
其中用到了许多热力学的理论、观点和方法。
精简性表现在热力学能够定性、定量地解決实际问题。特別是后者(定量),这是目前有些课程所无
法比拟的
热力学的四大特性使得热力学成为一门“完善"”的学科,而其它学科就相形见拙了。热力学发肢至今,
已成为多分支的学科,主要有工程热力学、化学热力学和化工热力学。
3.2熟力学的分支
(1).程热力学: Engineering Thermodynamics
九世纪蒸汽机的发明和相应的科学形成了工程热力学,工程热力学主要研究功热转换,以及能量利
用率的高低。
(2)化学力学: Chemical Thermodynamics
化学热力学是应用热力学原理研究有关化学的各类半衡问题,这在物理化学中是一个很重要的组成部
分。离开了热力学原理,许多化学现象就无法深入探讨下去。化学热力学主要側重于热力学函数的计算,
主要是H、S、U、F和G的计算。
(3)化プ力学: Chemical Engineering Therlnodynlamics
研究在化学工程中的热力学词题,化工热力学具有化学热力学和工程热力学的双重特点。它既要解决
能量的利用问题,又要研究解决相际之间质量传递与化学反应方向与限度等问题。
不管是工程热力学、化学热力学述是化工热力学,它们都属于经典热力学。经典热力学的局限性在于
只考察体系的宏观性质,而不过问体系的微观行为。统计热力学的成就可以弥补这方面的不足。
(4)统ソノ学: Statist. ic l Ther adynamic s
统计热力学是年轻的、刚刚起步的学科,它从做观角度出发,例如采用配分函数,研究过程的热现象。
但用统计热力学研究出来的结果与实际结果述有一段距离,述需要进一步よ完善。
4.化工热力学在化学工程中的地位
4.1过程工业与过程工程
月前制造业可分成为过程工业和机电工业(或产品生产工业)两大类
内 probat Reader-[na生过程工程(0月19日.pd
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制造业
一
机电工业
炼油工业
汽车工业
化学工业
家电工业
治金工业
航空航天工业
建材工业
计算机等信息产业
制药工业
机械工业
能源工.业
以物理,化学,生物学
以物理学为基础;
为基础:
物质在分子水平进行重
物质在复杂程度,形貌
组