化工热力学 绪论

化工热力学 绪论，热力学是研究能量、能量转换以及与能量转换有关的物性间相互关系的科学。热力学：是讨论热(Thermo)和功(Dynamics)的转化规律，即研究热能与其它能量之间的转换规律的一门学科。

1.绪论

• 化工热力学的研究范畴
  • 热力学是研究能量、能量转换以及与能量 转换有关的物性间相互关系的科学。
    • 热：是构成物系的所有无序运动的微粒，其动能、势 能、内能的总和
    • 功：物系整体有序运动所携带的能量
    • 热力学：是讨论热(Thermo)和功(Dynamics)的转化规律，即研究热能与其它能量之间的转换规律的一门学科
• 热力学的四大特征
  • （1）严密性: 具有严格的理论基础--能量转换与守恒定律
  • （2）完整性: 热力学具有热力学第一定律、 热力学第二定律、 热力学第三定律
  • （3）普遍性: 普遍性表现在热现象不仅在日常生活中必不可缺少，而且广泛分布在工业过程中
  • （4）精简性: 热力学能够定性、 定量地解决实际问题
• 热力学的分支
  • （1）工程热力学
    • 将热力学的基本理论应用于工程技术领域，则为工程热力学。
  • （2）化学热力学
    • 应用热力学来处理热化学、相平衡和化学平衡等化学领域中的问题，则形成化学热力学。
  • （3）化工热力学
    • 将热力学原理应用于化学工程技术领域，形成了化工热力学。既解决化学问题，又要解决工程问题。
  • 经典热力学
    • （1）宏观研究方法 经典热力学 —— 研究平衡态体系的热力学行为，即宏观热力学性质（P 、V 、T 、H 、S 、G) 及其应用
  • （4）统计热力学
    • 从微观角度出发研究过程的热现象。
• 化工热力学 的主要任务
• 化工热力学的用途
  • （1）可行性分析 对于新工艺、新方法，用热力学事先判断它的可行性
    • Δ G ≤ 0
  • （2）能量有效利用。为化工过程减少能量损耗、达到节能的目的提供理论依据
  • （3）平衡问题（特别是相平衡）
  • （4）提供热力学数据和物性数据- 建立化工热力学模型
    • 用易测得的数据（P、V、T、X）推算难测数据（H、S、G）
• 化工热力学的基础概念
  • 比体积，V：总体积除以质量
  • 摩尔体积，V：总体积除以物质量
  • 华氏温标，t, 0F：
  • 压力
  • 热力学性质
    • p, V, T，n，U, H, cp, cv, S, G, A
  • 传递性质
    • 热导,扩散系数,粘度
  • 强度量与广度量
    • 与系统的数量(物质的量的多少) 的性质
  • 状态函数与过程函数
    • 与系统状态变化途径无关,仅取决于初态和终态的量
  • 平衡状态和可逆过程
    • 平衡状态：体系不受外界影响的条件下，宏观性质不随时间变化
    • 可逆过程：某一过程完成后，如果令过程逆行而能使过程中所涉及的体系和环境均能完全恢复到各自的原始状态而不留任何变化
  • 热力学过程与循环
    • 系统的变化从一个平衡状态到另一个平衡状态
      • 等温,等压/等容,等熵/绝热,可逆
• 化工热力学的发展
  • 热力学第一定律
    • 能量守衡和转化定律
  • 热力学第二定律
  • 热力学第零定律
    • 当两个物体分别与第三个物体处于热平衡时，则此两个物 体彼此之间也必定处于热平衡
• 热力学研究方法
• 统计（分子）热力学
  • （2）微观研究方法 分子热力学（统计热力学） —— 从微观角度，运用统计力学的方法研究物质微观结构特征及其相互作用，通过大量粒子群的平均特性来计算宏观热力学性质。