化工热力学(化工热力学的主要内容)

1.化工热力学的主要内容

应用热力学基本定律研究化工过程中能量的有效利用（见过程热力学分析）、各种热力学过程、相平衡和化学平衡，还研究与上述内容有关的基础数据，如物质的p-V-T关系和热化学数据。

对于与环境间既有能量传递又有物质传递的敞开系统，在计算物料进出系统前后物料的内能所发生的变化时，除了考虑热和功外，还须计入相应的动能和位能的变化，以及能量在系统中的积累。对于化工生产上经常遇到的定态流动过程（单位时间内出入系统的物料量相同，且不随时间而变化，系统中没有物质或能量的积累），第一定律可表达为：

ΔU+ΔEK+ΔEP=Q-W

或 ΔH+ΔEK+ΔEP=Q-WS

式中ΔU、ΔEK和 ΔEP分别为物料进出系统前后内能、动能和位能的变化；H为焓，H=U+pV，等于内能加上压力和体积的乘积；WS为轴功，指膨胀功以外的功，主要是与动力装置有关的功。

热力学第二定律的应用 用以研究：①相平衡，在相平衡准则的基础上建立数学模型，将平衡时的温度、压力和各相组成关联起来，应用于传质分离过程的计算；②化学平衡，在化学平衡准则的基础上研究各种工艺条件（温度、压力、配料比等）对平衡转化率的影响，应用于反应过程的工艺计算，选择最佳工艺条件；③能量的有效利用，功可以完全转变为热，热转变为功则受到一定的限制，为了节约能量，在可能条件下功的消耗越少越好。对化工过程所用的热能动力装置、传质设备和反应器等，都应该进行过程的热力学分析，从而采取措施以节约能耗，提高经济效益。

热力学第二定律的建立是从研究蒸汽机效率开始的。研究表明：在高温T1与低温T2两个热源间工作的任何热机（将热转变为功的机器，如蒸汽机）的热机效率η（从高温热源吸收的热中转变为功的分率），以工作过程为可逆过程（见热力学过程）的热机（即可逆热机）的效率ηr为最高，且ηr=(T1-T2)/T1。这种可逆热机的工作过程称为卡诺循环。这个规律称为卡诺定理，它是有效利用能量的依据。

上面的卡诺定理可以由此式导出。由于可逆过程是在平衡条件下进行的，因而热力学第二定律提供了一个判断是否达到平衡的普遍准则。应用于相变化和化学变化时，可导出更具体的相平衡准则和化学平衡准则。

2.化学热力学的基本概念有哪些呢?

(1).体系与环境：在化学中，把研究的对象叫做体系，把体系以外的部分叫做环境 敞开体系：体系与环境之间既有物质交换，又有能量的交换。

封闭体系：体系与环境之间无物质交换，只有能量的交换。 孤立体系：体系与环境之间，既没有物质交换，也没有能量交换。

（2）.状态和状态函数： 状态：用来描述这个体系的诸如温度、压力、体积、质量和组成等物理性质和化学性质的总和，当这些性质都有确定值时，就说体系处于一定的状态。 状态函数：用来描述体系的这些性质仅决定于状态本身而与变化过程的具体途径无关，这些性质就是状态函数。

显然，P、V、T、n、△u等都是状态函数，而Q、w都不是状态函数与途径有关。 状态函数值的变化只取决于体系的初态和终态而与变化的途径无关。

（3）过程和途径： 过程：体系所发生的状态变化叫做热力学过程，简称过程。过程开始的状态叫做始态，最后的状态叫做终态，习惯上把状态变化所经历的具体步骤叫做途径。

常见的过程： 等温过程（T）：在温度不变的情况下，体系由始态到终态进行的过程。 等压过程（P）：在压力不变的情况下，体系由始态到终态进行的过程。

恒容过程（V）：在体积不变的情况下，体系由始态到终态进行的过程。 绝热过程（Q）：在变化过程中，体系与环境之间没有热量交换。

3.怎样学好化工热力学?

按以下要求就可以了！ 1、课程的性质和任务 化工热力学时化学工程学的分支学科之一，是化学工程与工艺类及其相近专业的一门主干课，是学生在具备了《物理化学》、《化工原理》等基础知识之后必修的技术基础课。

化工热力学是化学工程与工艺类专业基础课，它以物理化学等为基础，是由化学热力学和工程热力学组合而成的一门学科，它为分离工程、反应工程及系统工程等打下理论基础。 化工热力学的任务是通过课程教学， 本科程的任务是概括、深化热力学的基本定律和有关的理论知识，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、化学变化过程达到平衡的理论极限、条件或状态，使学生掌握流体的热力学性质概念，掌握流体热力学性质的计算及其应用，掌握溶液的性质，会用溶液理论及状态方程计算各种流体相平衡，为化工过程的设计打下牢固的基础。

从而使学生获得巩固的专业理论基础知识，培养和提高学生从事化工生产、设计和科学研究工作的理论分析能力。 本教学基本要求是为高等学校本科化学工程与工艺类（化学工程、有机化工、无机化工、煤化工、精细化工等）专业制定的。

分为课堂教学、实验教学两部分： 2、课堂教学： 通过课堂教学，学生应掌握流体的PVT关系；热力学基本定律及能量分析；流体的热力学函数及计算；溶液热力学与流体相平衡；化学反应平衡。 教学时数为68学时左右。

其基本内容是： （1）绪论 （2-4学时） （2）流体的P-V-T关系（6-8学时） 纯物质的P-V-T性质。 真实气体的状态方程式：真实气体特性，Virial方程式，两常数状态方程式（Van der Waals方程式（简述）、Redlich-Kwong方程式及其修正式），多常数状态方程式 （Benedict-Webb-Rubin方程式、Martin-Hou方程式）。

对比状态原理及其应用：对比状态原理，普遍化关系式及偏心因子。 真实气体混合物的P-V-T关系：虚拟临界常数法，Dalton定律和普遍化压缩因子图，Amagat定律和普遍化压缩因子图，混合规则与混合物的状态方程式（Viriat方程式、Redlich Kwong方程式、Martin-Hou方程式）。

液体的P-V-T性质 （3）流体的热力学性质（6-8学时） 热力学性质间的关系式：单相流体系统基本方程式，点函数间的数学关系式，Maxwell关系式。 热力学性质的计算：应用Maxwell关系式推求各热力学变量，计算原理及方法，气体热力学性质的普遍化关系。

两相系统的热力学性质及热力学图表：两相系统的热力学性质，热力学性质图表。 （4）化工过程的能量分析（12-14学时） 流动体系的能量平衡方程。

（热力学第一定律及其应用） 熵变，不可逆性，熵平衡。（热力学第二定律及其应用） 气体的压缩及膨胀。

理想功及损失功：理想功，损失功。 有效能分析：有效能的概念，有效能的计算，有效能损失，有效能效率。

（5）蒸汽动力循环与制冷循环（7-8学时） 蒸汽动力循环。 获得低温的两种方法。

制冷循环：逆向Carnot循环（简述），蒸汽压缩制冷循环，多级压缩制冷及复叠式制冷，吸收式制冷。 （6）均相混合物的热力学性质（8-10学时） 变组成体系热力学性质间关系式。

偏摩尔性质及化学位：摩尔性质、化学位。 逸度与逸度系数：逸度及逸度系数的定义，纯物质的逸度计算，压力和温度对逸度的影响，理想溶液的逸度、标准态，气体混合物的逸度。

活度及活度系数：理想溶液及非理想溶液，活度及活度系数。 混合性质变化。

超额性质。 液相活度系数与组成的关联式：Wohl型关联式，应用局部组成概念的模型（Wilson、NRTL、UNIQUAC方程），基团溶液模型-UNIFAC方程。

（7）相平衡（8-10学时） 平衡的判据。 互溶体系汽液平衡：二元体系的P-T图，P-X-Y图，T-X-Y。

汽液平衡的计算：汽液平衡计算的基本问题，低压至中压的汽液平衡，高压汽液平衡。 液相为部分互溶体系的相平衡*：溶液的稳定性，液相为部分互溶体系的平衡关系。

（8）化学反应平衡（4-6学时） 化学反应的计量关系：单相封闭体系的化学反应的计量关系，多相体系的化学反应的计量关系。 化学反应平衡常数及有关计算：化学反应平衡常数和标准自由焓变化，化学反应的标准自由焓变化的计算，平衡常数与平衡组成间的关系。

影响平衡组成的因素：温度的影响，压力的影响，惰性气体的影响。 相律和反应系统的杜亥姆（Duhem）理论。

复杂反应体系中的化学平衡：复杂反应体系的处理，等温复杂反应的化学平衡，绝热反应的化学平衡。 3、实验教学（4-6学时） 为使学生加深对课堂教学内容的理解和巩固，培养学生的实验技能，运用所学的理论知识分析和解决实际问题能力，进行实验教学是十分必需的。

实验内容至少进行下述两个： （1） 二氧化碳临界状态观测及PVT关系测试 通过该实验掌握二氧化碳的P-V-T关系的测定方法，增加对临界状态概念的感性认识和加深对流体的热力学状态：凝结、汽化、饱和状态等基本概念的理解，学会用实验测定实际气体状态变化规律的方法和技巧。 （2）汽液平衡数据的测定 通过测定汽液平衡数据，了解和掌握汽液平衡数据测试的方法和技能，熟练应用Wilson方程关联和预测汽液平衡数据，要求学生编制和调试程序进行汽液。

4.化工热力学研究的是什么

。

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来加速火箭的飞行，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间科学却是近三百年来的事。

从观察和实验总结出来的热现象规律，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一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本定律；热力学本身的发展，又回过来帮助新型热机的创建。

通过专门研究和分析，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、往复循环等有了更清晰的了解，这在热机的设计和创新方面起了决定性的作用。 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。

由于既要解决化学问题，又要解决工程问题，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。 自从1944年B·F·Dodge写出了篇幅较大的"化工热力学"教科书后，几十年来，国内外这方面的研究不断深入，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一。尽管热力学是一门比较古老的学科，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。

5 化工热力学的基本内容 化工热力学是讨论热力学在化工生产中的应用。化工过程中所需的热和功的计算，化学反应、相际物质传递的方向与限度的判定，化工过程能量的有效利用等都属于化工热力学已经的范畴。

在化工工程师的工作中，常涉及到下面四类问题： （1） 进行过程的能量衡算 物料衡算与建立在热力学第一定律基础上的能量衡算是所有化工工艺设计的基础。 他可以解决： ①进、出设备每股物料的数量、组成、温度、压力，从而求得设备中的传热量、传质量或反应量。

②确定生产过程中所需设备的尺寸和台数（如换热面积等）。 ③在设计方案评比、操作条件分析、工艺设备改进时，常以物料、热量衡算结果为依据。

（2）判断过程进行的方向和限度 建立在热力学第二定律上的一些热力学函数（ 、等）是判定过程进行方向与限度、确定平衡状态的依据。而在化工单元操作及反应器设计中，平衡状态的确定、平衡组成的计算、多组元相平衡数据的求取均是不可少的内容。

例如：为了降低原料消耗，利用本国资源，制止环境污染和不用剧毒物质作原料等，要求发展直接合成新工艺。（清洁生产、绿色化工） 50年代，采用乙烯和氯气为原料的氯醇法生产乙二醇，主要反应有三步： 乙烯+氯→氯乙醇→环氧乙烷→乙二醇 这个方法不但流程长，辅助原料氯的成本高，而且由于使用了氯，给后处理带来了许多麻烦（如腐蚀、副产盐酸问题等）。

60年代，乙烯直接氧化法在工业上得到应用，这种方法不在使用氯，主要反应有二步： 乙烯 环氧乙烷 乙二醇 70年代，由乙烯直接合成乙二醇成功，产品收率也从乙烯氧化法的75%提高到90%，这意味着每公斤乙二醇所消耗的乙烯数量比以前降低了17%。 在这个生产乙二醇的发展过程中，用热力学基本定律判断这些方法的可行性及可行的条件（即必要的工艺条件），对节省过程发展中的人力、物力和研究时间有很大的帮助。

（3）研究化工过程能量的有效利用 化工生产要消耗大量的能源。石油、天然气等能源不仅是化学工业的燃料，而且是生产一些重要化工产品的原料。

近年来的能源紧张，如何有效利用能量的问题显得突出。 利用热力学的基本原理，对化工过程进行热力学分析，是热力学近三十年来最重要的进展。

计算各种热力过程的理想功、损耗功、有效能等，找出可以节能而没有节能的环节和设备，然后采取措施，达到节能的目的。 这对于评定新的设计方案和改进现有生产都是有效的手段。

近来，能源紧张问题更显突出，故在流程选择、设备设计中往往以节能为目标函数进行优化，为了节能，宁可增加设备（即初始投资）。 例： 典型的石油气顺序深冷分离，能量消耗较大，经过全面分析和研究，采用原料分段预冷进料、中间再沸器和其他措施，对相同规模的石油气分离装置可节能25%。

因此，有人认为，凡是有能量交换的地方，就有热力学问题。这里的能量交。

5.化学热力学基础

举例：H2O(l) == H2O(g) NH3(l) == NH3(g)1、蒸汽压肯定上升啦，不用说的。

在没有达到饱和蒸汽压之前蒸汽压都在上升。2、从吉布斯函数可以推出。

吸热（△H>0），熵增（T△S>0），减了之后是有可能为零的。最直接的，这个反应是在平衡状态下进行的，所以△G=0。

3、一种物质从液态转到气态，熵增。熵的大小关系是 s（固体）<l（液体）<g（气体）。

如果不知道为什么，看看热力学的书吧。4、……液体在消耗……解答如何？Sorry……逻辑错误。

应该是，如果达到平衡，则1与2都为零；但是如果没有达到平衡则都不为零。不关标准状态事。

若达到平衡，则单位时间都消耗 X mol 的液体，同时有 nX mol 的气体液化（考虑缔合情况，写了 nX），所以蒸汽压为饱和蒸汽压（即恒定），同时△G=0；若未达到平衡，则蒸汽压增大（未达到饱和蒸汽压），同时反应自发向右进行（想想水会自己蒸发），所以△G<0。

6.化工热力学

化工热力学是国内外化学工程与工艺专业最重要的必修课之一，是化工过程研究、开发和设计的理论基础，是化学工程的精髓。

化工热力学最根本任务就是利用热力学第一、第二定律给出物质和能量的最大利用极限，有效地降低生产能耗，减少污染，从而从本质上指导如何减缓熵增的速度。因此毫不夸张地说：化工热力学就是直接为节能减排而生的！所以，学好化工热力学可以帮助我们培养正确的“节能减排”意识，从科学的层面节能减排，以减缓有效资源和有效能量的耗散速度。

同时，化工热力学也是一门训练逻辑思维和演绎能力的课程。演绎法是化工热力学理论体系的基本科学方法，它主要以数学方法进行，这决定了化工热力学的数学公式纷繁复杂，理论概念严谨、抽象。

但演绎法，“似至晦，实至明；似至繁，实至简；似至难，实至易”的特点又决定了化工热力学抽象复杂的背后是多快好省，是一门非常“聪明”的学科。 《化工热力学》课程特点 《化工热力学》课程由我国化工教育的一代宗师时钧院士亲手建立并授课，至今已有三十多年的教学历史。

在时先生的引领下，兄弟院校纷纷设立此课程。在他直接教导下，本校该专业培养了多名有较高国际知名度的教授，有多达二十多位教授参与教学。

高起点科研成果反哺教学，奠定了研究型教学的坚实基础。 主要内容编辑 应用热力学基本定律研究化工过程中能量的有效利用（见过程热力学分析）、各种热力学过程、相平衡和化学平衡，还研究与上述内容有关的基础数据，如物质的p-V-T关系和热化学数据。

对于与环境间既有能量传递又有物质传递的敞开系统，在计算物料进出系统前后物料的内能所发生的变化时，除了考虑热和功外，还须计入相应的动能和位能的变化，以及能量在系统中的积累。对于化工生产上经常遇到的定态流动过程（单位时间内出入系统的物料量相同，且不随时间而变化，系统中没有物质或能量的积累），第一定律可表达为： ΔU+ΔEK+ΔEP=Q-W 或ΔH+ΔEK+ΔEP=Q-WS 式中ΔU、ΔEK和ΔEP分别为物料进出系统前后内能、动能和位能的变化；H为焓，H=U+pV，等于内能加上压力和体积的乘积；WS为轴功，指膨胀功以外的功，主要是与动力装置有关的功。

热力学第二定律的应用用以研究：①相平衡，在相平衡准则的基础上建立数学模型，将平衡时的温度、压力和各相组成关联起来，应用于传质分离过程的计算；②化学平衡，在化学平衡准则的基础上研究各种工艺条件（温度、压力、配料比等）对平衡转化率的影响，应用于反应过程的工艺计算，选择最佳工艺条件；③能量的有效利用，功可以完全转变为热，热转变为功则受到一定的限制，为了节约能量，在可能条件下功的消耗越少越好。对化工过程所用的热能动力装置、传质设备和反应器等，都应该进行过程的热力学分析，从而采取措施以节约能耗，提高经济效益。

热力学第二定律的建立是从研究蒸汽机效率开始的。研究表明：在高温T1与低温T2两个热源间工作的任何热机（将热转变为功的机器，如蒸汽机）的热机效率η（从高温热源吸收的热中转变为功的分率），以工作过程为可逆过程（见热力学过程）的热机（即可逆热机）的效率ηr为最高，且ηr=(T1-T2)/T1。

这种可逆热机的工作过程称为卡诺循环。这个规律称为卡诺定理，它是有效利用能量的依据。

上面的卡诺定理可以由此式导出。由于可逆过程是在平衡条件下进行的，因而热力学第二定律提供了一个判断是否达到平衡的普遍准则。

应用于相变化和化学变化时，可导出更具体的相平衡准则和化学平衡准则。