化工熱力學(xué)第一章+緒論

化工熱力學(xué)

ChemicalEngineeringthermodynamics叢興順

棗莊學(xué)院2010.9棗莊學(xué)院化學(xué)化工系教師介紹（1）

叢興順，碩士畢業(yè)于山東科技大學(xué)（青島）

煤炭轉(zhuǎn)化理論主要研究方向

催化劑

納米粘土礦物棗莊學(xué)院化學(xué)化工系教師介紹（2）電話號碼5-6）1-4）電子郵件:cxshouse@化工熱力學(xué)的考試與課程體系課程性質(zhì)：專業(yè)必修課考試形式：閉卷

卷面分：80%

作業(yè)、考勤、平時：20%棗莊學(xué)院化學(xué)化工系化工熱力學(xué)在線資源棗莊學(xué)院化學(xué)化工系化工熱力學(xué)的考試與課程體系棗莊學(xué)院化學(xué)化工系預(yù)備知識：高等數(shù)學(xué)、計算機語言、無機化學(xué)、分析化學(xué)、有機化學(xué)、物理化學(xué)和化工原理專業(yè)基礎(chǔ)知識

化工熱力學(xué)在課程體系地位作用：

化工熱力學(xué)是化學(xué)工程學(xué)的一個重要分支，是化工類專業(yè)必修的專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課程，與化學(xué)反應(yīng)工程、分離工程等課程關(guān)系密切。它是化工過程研究、開發(fā)與設(shè)計的理論基礎(chǔ)，是一門理論性與應(yīng)用性均較強的課程。能為后續(xù)課程（分離工程、反應(yīng)工程）提供主要的熱力學(xué)基礎(chǔ)。

棗莊學(xué)院化學(xué)化工系主要參考書1、陳新志.化工熱力學(xué).化學(xué)工業(yè)出版社,20052、陳鐘秀.化工熱力學(xué)例題與習(xí)題.化學(xué)工業(yè)出版社,19983、朱自強.化工熱力學(xué)，第二版.化學(xué)工業(yè)出版社，20014、SmithJM,VanNessHC,AbbottMM.IntroductiontoChemicalEngineeringThermodynamics,6thed.NewYork:McGraw-Hill,20015、StanleyI.Sandler.Chemicaland

EngineeringThermodynamics(thirdedition),1998第一章緒論1.1化工熱力學(xué)簡介1.2化工熱力學(xué)的內(nèi)容1.3化工熱力學(xué)的研究方法1.4熱力學(xué)的基本概念回顧棗莊學(xué)院化學(xué)化工系一、化工熱力學(xué)簡介第一章緒論

熱力學(xué)是研究熱與功的轉(zhuǎn)化規(guī)律（熱能—機械能）熱力學(xué)理論與化學(xué)現(xiàn)象（化工生產(chǎn)）相結(jié)合化工熱力學(xué)他是研究物質(zhì)的熱性質(zhì)，化學(xué)、物理過程的方向和限度等普遍規(guī)律的基礎(chǔ)學(xué)科?；崃W(xué)已經(jīng)成為化學(xué)工程學(xué)的主要分支學(xué)科之一。第一章緒論

遠古的燧人氏鉆木取火熱現(xiàn)象火箭（火弓箭）一、

從十八世紀末到十九世紀初開始，隨著蒸汽機在生產(chǎn)中的廣泛使用，如何充分利用熱能來推動機器作工成為重要的研究課題。

理論的形成1944年，道奇（Dodge）寫出了第一本《化工熱力學(xué)》二、十九世紀中葉確定了熱力學(xué)第一第二定律發(fā)展史第一章緒論

1824年，法國陸軍工程師NicholasLéonardSadiCarnot

發(fā)表了“關(guān)于火的動力研究”的論文。他通過對自己構(gòu)想的理想熱機的分析得出結(jié)論：熱機必須在兩個熱源之間工作，理想熱機的效率只取決與兩個熱源的溫度，工作在兩個一定熱源之間的所有熱機，其效率都超不過可逆熱機，熱機在理想狀態(tài)下也不可能達到百分之百。這就是卡諾定理。Carnot

(1796-1832)第一章緒論

卡諾的論文發(fā)表后，沒有馬上引起人們的注意。過了十年，法國工程師Ben?ltPaulEmileClapeyron(1799-1864)把卡諾循環(huán)以解析圖的形式表示出來，并用卡諾原理研究了汽液平衡，導(dǎo)出了克拉佩隆方程。第一章緒論

1842年，德國醫(yī)生JuliusRobertMayer(1814-1878)主要受病人血液顏色在熱帶和歐洲的差異及海水溫度與暴風(fēng)雨的啟發(fā)，提出了熱與機械運動之間相互轉(zhuǎn)化的思想。

Mayer

(1814-1878)第一章緒論

1847年，德國物理學(xué)家和生物學(xué)家HermannLudwigvonHelmholtz(1821-1894)

發(fā)表了“論力的守衡”一文，全面論證了能量守衡和轉(zhuǎn)化定律。

Helmholtz

(1821-1894)

第一章緒論

1843-1848年，英國釀酒商JamesPrescottJoule(1818-1889)以確鑿無疑的定量實驗結(jié)果為基礎(chǔ)，論述了能量受恒和轉(zhuǎn)化定律。焦耳的熱功當(dāng)量實驗是熱力學(xué)第一定律的實驗基礎(chǔ)。

Joule

(1818-1889)第一章緒論

根據(jù)熱力學(xué)第一定律熱功可以按當(dāng)量轉(zhuǎn)化，而根據(jù)卡諾原理熱卻不能全部變?yōu)楣Γ?dāng)時不少人認為二者之間存在著根本性的矛盾。1850年，德國物理學(xué)家RudolfJ.Clausius(1822-1888)進一步研究了熱力學(xué)第一定律和克拉佩隆轉(zhuǎn)述的卡諾原理，發(fā)現(xiàn)二者并不矛盾。他指出，熱不可能獨自地、不付任何代價地從冷物體轉(zhuǎn)向熱物體，并將這個結(jié)論稱為熱力學(xué)第二定律?？藙谛匏乖?854年給出了熱力學(xué)第二定律的數(shù)學(xué)表達式，1865年提出“墑”的概念。Clausius

(1822-1888)

第一章緒論

1851年，英國物理學(xué)家LordKelvin(1824-l907)指出，不可能從單一熱源取熱使之完全變?yōu)橛杏霉Χ划a(chǎn)生其他影響。這是熱力學(xué)第二定律的另一種說法。

1853年，他把能量轉(zhuǎn)化與物系的內(nèi)能聯(lián)系起來，給出了熱力學(xué)第一定律的數(shù)學(xué)表達式。第一章緒論

1875年，美國耶魯大學(xué)數(shù)學(xué)物理學(xué)教授JosiahWillardGibbs發(fā)表了“論多相物質(zhì)之平衡”的論文。他在熵函數(shù)的基礎(chǔ)上，引出了平衡的判據(jù)；提出熱力學(xué)勢的重要概念，用以處理多組分的多相平衡問題；導(dǎo)出相律，得到一般條件下多相平衡的規(guī)律。吉布斯的工作，把熱力學(xué)和化學(xué)在理論上緊密結(jié)合起來，奠定了化學(xué)熱力學(xué)的重要基礎(chǔ)。

Gibbs

(1839-1903)第一章緒論

1.2化工熱力學(xué)的目的和內(nèi)容化工熱力學(xué)的目的解決化工過程的實際問題，用于指導(dǎo)生產(chǎn)?；崃W(xué)主要研究范疇在于決定設(shè)計分離過程，化學(xué)反應(yīng)器所需要的相平衡和化學(xué)反應(yīng)的數(shù)據(jù)，參數(shù)和平衡時的狀態(tài)以及對化工過程進行熱力學(xué)分析化工熱力學(xué)是理論和工程實踐性都較強的學(xué)科。第一章緒論

化工熱力學(xué)的內(nèi)容測量、關(guān)聯(lián)和推算不同條件下物質(zhì)的平衡性質(zhì)能量衡算與熱力學(xué)分析為開發(fā)和設(shè)計化工過程提供理論基礎(chǔ)相平衡蒸汽動力循環(huán)與制冷循環(huán)化工熱力學(xué)的三要素原理應(yīng)用模型第一章緒論

1.3熱力學(xué)的研究方法

宏觀：經(jīng)典熱力學(xué)微觀：統(tǒng)計熱力學(xué)經(jīng)典熱力學(xué)只研究宏觀量（溫度、壓力、密度等）間的關(guān)系。但是宏觀性質(zhì)與分子有關(guān)；溫度與分子運動有關(guān)；密度與分子間相互作用有關(guān)?；崃W(xué)的局限和特色

不考慮物質(zhì)的結(jié)構(gòu)，不考慮過程的細節(jié)只能處理平衡問題，不能定量的預(yù)算物質(zhì)的宏觀性質(zhì)第一章緒論

1.4熱力學(xué)的基本概念回顧1、系統(tǒng)、環(huán)境2、封閉系統(tǒng)、敞開開系統(tǒng)、孤立系統(tǒng)3、強度性質(zhì)、容量性質(zhì)（系統(tǒng)的狀態(tài)有強度性質(zhì)決定）4、狀態(tài)函數(shù)（系統(tǒng)的性質(zhì)都是狀態(tài)函數(shù)）5、平衡狀態(tài)與可逆過程（由一系列平衡狀態(tài)組成，是一種理想的極限，為不可逆過程提供了效率的標準）6、熱力學(xué)過程與循環(huán)（常用的熱力學(xué)過程：等溫、等壓、等容、等焓、等熵、絕熱、可逆過程）卡諾循環(huán)（兩個等溫過程和兩個等熵過程）第一章緒論

7、Maxwell妖是什么？8、“吉布斯佯謬”是什么？9、為什么恩格斯說“卡諾定理”頭重腳輕？第一章緒論

身邊的熱力學(xué)問題與現(xiàn)象1、液化氣的主要成分？2、生活垃圾→二惡英（世紀之毒）？3、打火機中的液體是什么，為什么用這種物質(zhì)？。4、溫度計問什么能夠測量溫度？5、環(huán)境惡化與熵定律（熱寂論）？6、溫水洗臉洗手（熱水[95℃左右]與冷水混合）。第一章緒論

節(jié)能意識（化工熱力學(xué)的重點培養(yǎng)觀念）能源的資源energysources2000.12.30《世界能源報道》

我國探明可開采儲量32.74億噸可開采15~20年石油Petroleum世界40-50年第一章緒論

節(jié)能意識（化工熱力學(xué)的重點培養(yǎng)觀念）2000.12.30《世界能源報道》

我國探明可開采儲量11704億m3可開采28~58年天然氣NaturalGas世界60年第一章緒論

節(jié)能意識（化工熱力學(xué)的重點培養(yǎng)觀念）2000.12.30《世界能源報道》

我國探明可開采儲量1145億噸可開采54~81年煤炭Coal世界220年能源短缺第一章緒論

節(jié)能EnergySaving節(jié)能是近年來的基本國策“開發(fā)和節(jié)約并重”節(jié)能任重道遠是我們的責(zé)任第一章緒論

思考題：1、試比較化工熱力學(xué)、工程熱力學(xué)和化學(xué)熱力學(xué)的區(qū)別和聯(lián)系？物理化學(xué)中的熱力學(xué)與化工熱力學(xué)的聯(lián)系與區(qū)別？2、闡述熱和功的區(qū)別與聯(lián)系？3、研究可逆過程的意義何在？并闡述可逆過程的特征。4、系統(tǒng)的性質(zhì)都是狀態(tài)函數(shù)。5、范德華方程的形式及應(yīng)用？第一章緒論

麥克斯韋妖MaxwellDemon小精靈(麥克斯韋妖