课程名称：《化工热力学》第周，第1讲次摘要第一章绪论第二章流体的热力学性质授课题目（章、节）第一节纯物质的P、V、T行为本讲目的要求及重点难点：【目的要求】通过本讲课程的学习，了解化工热力学的研究内容及在化工过程中的作用，掌握T-P图的结构和应用特点，P-V图在临界点处的求导公式和意义。【重点】T-P组成图的结构和意义。【难点】图的应用。内容【本讲课程的引入】《化工热力学》是化学工程与工艺类专业的一门专业基础理论课，化学过程的分析，化学反应器、分离装置和过程控制的设计研究都需要有流体的热力学性质和平衡数据。本课程是热力学和传质过程、分离过程、反应过程间联系的纽带。通过本课程的学习，使学生获得解决化工问题的热力学分析方法，掌握改进化工实际工程的理论知识，培养和提高学生从事专业生产、设计和科学研究工作的理论分析能力。【本讲课程的内容】一化工热力学的性质和对象1.性质：化工专业技术基础理论课（由研究对象决定）2.研究对象：在讨论化工热力学之前，有必要了解一下热力学的发展。热现象是人类最早接触到的自然现象之一。古代就有钻木取火。它是通过把机械能转化为（热）内能，温度升高而发生燃烧。但在16世纪之前，人类对热运动的认识还处于朦胧状态，1593年，伽利略制造了第一支温度计，使热学研究开始从定性向定量方向迈进。但当时人们还不了解温度计测出的是什么物理量，以为测得的是热量，直到1784年，伽托林引进了比热的概念，才从概念上将“温度”与“热”区分开，对于热的本质，人类经过近两个世纪的探索才确认它是一种能量，从而把人类对热的认识积累形成了一门科学。它是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。因此，英语中“热力学
课程名称：《化工热力学》 第 周，第 1 讲次 摘 要 授课题目（章、节） 第一章 绪论 第二章流体的热力学性质 第一节纯物质的 P、V、T 行为 本讲目的要求及重点难点： 【目的要求】通过本讲课程的学习，了解化工热力学的研究内容及在化工过程中的作用，掌握 T-P 图的结构和应用特点，P-V 图在临界点处的求导公式和意义。 【重 点】T-P 组成图的结构和意义。 【难 点】图的应用。 内 容 【本讲课程的引入】《化工热力学》是化学工程与工艺类专业的一门专业 基础理论课,化学过程的分析，化学反应器、分离装置和过程控制的设计研究 都需要有流体的热力学性质和平衡数据。本课程是热力学和传质过程、分离过 程、反应过程间联系的纽带。 通过本课程的学习,使学生获得解决化工问题的热力学分析方法,掌握改进化 工实际工程的理论知识,培养和提高学生从事专业生产、设计和科学研究工作 的理论分析能力。 【本讲课程的内容】 一.化工热力学的性质和对象 1.性质： 化工专业技术基础理论课（由研究对象决定） 2.研究对象: 在讨论化工热力学之前，有必要了解一下热力学的发展。热现象是人类最 早接触到的自然现象之一。古代就有钻木取火。它是通过把机械能转化为（热） 内能，温度升高而发生燃烧。但在 16 世纪之前，人类对热运动的认识还处于 朦胧状态，1593 年，伽利略制造了第一支温度计，使热学研究开始从定性向 定量方向迈进。但当时人们还不了解温度计测出的是什么物理量，以为测得的 是热量，直到 1784 年 ，伽托林引进了比热的概念，才从概念上将“温度”与 “热”区分开，对于热的本质，人类经过近两个世纪的探索才确认它是一种能 量，从而把人类对热的认识积累形成了一门科学。它是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。因此，英语中“热力学
词（thermodynamics）表示热和功之间的关系或者从热能转变为机械能，随着蒸汽机的发明和使用范围的不断扩大，19世纪中叶确定了关于能量转化与守恒的热力学第一定律（十几个科学家）和关于热机效率的热力学第二定律（克劳修斯）。1913年能斯脱补充了关于绝对零度的定律，称为热力学第三定律。热力学的研究范围也由初期只涉及热能与机械能之间的转换，扩展到研究与热现象有关的各种状态变化和能量转化的规律。它即能预言物质状态变化的趋势，并能研究伴有热效应体系的平衡。根据热力学规律，配合必要的定义得到的热力学定律的数学表达式，再利用演绎的方法得到大量的公式。可以解决范围广泛的实际问题和理论问题。如今，热力学已发展成为严密的系统性强的科学。热力学原理可以应用于物理学、化学以及工程问题的研究。在这些领域里，热力学原理是基本相同的，但要解决的实际问题不一样；热力学是研究能量、能量转换以及与转换有关的物性关系的科学。1化学热力学：将热力学理论和化学现象相结合，形成了化学热力学。它是研究物质的热性质，化学、物理过程的方向和限度的普遍规律的基础学科，是物理化学的范畴（是应用热力学原理来处理热化学、相平衡中化学平衡等化学领域中的问题）。2工程热力学：研究范围较广，主要研究热能与机械能之间转换规律及在工程中应用。研究范围可概括为三个“E”3.化工热力学：是工程热力学的分支，是将热力学原理应用于化工技术领域。Energy---能量守恒与相互转化的规律，以热力学第一定律为基础讨论能量的守恒与转化。.三个“E”CEntropy一—摘：能量转化的方向，以热力学第二定律为基础(接2)Equilibrium一—平衡（接3），主要讨论热力学第一定律和第二定律在化工过程中的应用。研究化工过程中各种能量的相互转化及其有效利用，研究各种物理和化学变化过程达到平衡的理论极限条件和状态，化工热力学是化学工程的重要组成部分，是化工过程研究开发的基础，其研究范围是四个“E”。除前三个“E”外还有化学
一词（thermodynamics）表示热和功之间的关系或者从热能转变为机械能，随 着蒸汽机的发明和使用范围的不断扩大，19 世纪中叶确定了关于能量转化与 守恒的热力学第一定律（十几个科学家）和关于热机效率的热力学第二定律（克 劳修斯）。1913 年能斯脱补充了关于绝对零度的定律，称为热力学第三定律。 热力学的研究范围也由初期只涉及热能与机械能之间的转换，扩展到研究与热 现象有关的各种状态变化和能量转化的规律。它即能预言物质状态变化的趋 势，并能研究伴有热效应体系的平衡。根据热力学规律，配合必要的定义得到 的热力学定律的数学表达式，再利用演绎的方法得到大量的公式。可以解决范 围广泛的实际问题和理论问题。如今，热力学已发展成为严密的系统性强的科 学。热力学原理可以应用于物理学、化学以及工程问题的研究。在这些领域里， 热力学原理是基本相同的，但要解决的实际问题不一样；热力学是研究能量、 能量转换以及与转换有关的物性关系的科学。 1 化学热力学：将热力学理论和化学现象相结合，形成了化学热 力学。它是研究物质的热性质，化学、物理过程的方向和限度的 普遍规律的基础学科，是物理化学的范畴（是应用热力学原理来 处理热化学、相平衡中化学平衡等化学领域中的问题）。 2 工程热力学：研究范围较广，主要研究热能与机械能之间转换 规律及在工程中应用。研究范围可概括为三个“E”。 33. 化工热力学：是工程热力学的分支，是将热力学原理应用于化 工技术领域。 Energy-能量守恒与相互转化的规律，以热力学第一定律为基 础讨论能量 的守恒与转化。 .三个“E” Entropy——熵：能量转化的方向，以热力学第二定律为基础 （接 2） Equilibrium——平衡 （接 3）. 主要讨论热力学第一定律和第二定律在化工过程中的应用。研究化 工过程中各种能量的相互转化及其有效利用，研究各种物理和化学变化过程达 到平衡的理论极限条件和状态，化工热力学是化学工程的重要组成部分，是化 工过程研究开发的基础，其研究范围是四个“E”。除前三个“E”外还有化学
工程。chemical Engineering。一反：化学反应L三传：动量、能量、质量传递化工过程中三个“E”举例：合成氨过程：由煤、水蒸气、空气为原料制成半水煤气，经转化、分离出氢气，将H2：Nz=1：3混合，加压在反应器升温反应的NH，反应器中为NH3.H2、N2混合气，经分离的NH3冷却的液氨，H2、N2和少量的NHs经加压回反应器。在此过程中反应器中有化学反应（实际生产中不达到平衡）；在分离过程要加压有动量传递；在升温、冷却过程中有热量传递；用水吸收NH3有质量传递。二：化工热力学研究内容及在化工生产中的作用1.一反：研究反应进行的可能性，在什么条件下进行及限度一—化学平衡。通过研究过程的工艺条件对平衡转化率的影响，选择最佳工艺条件。2.传质（分离）：过程中的相平衡，特别是多组元相平衡。3.加压要做功，涉及到能量传递。化学转化一一传质一一能量的合理利用。应用化工热力学可以分析确定能量损失的数量、分布及其原因，提高能量的利用率，需要解决的问题是以最小的能量消耗得到最多的产品。4.化工热力学提供各种物质的热力学性质。P、V、T、Cp、Cv、U、H、S、A、G……三传一反中要用到以上数据，可由化工热力学提供。化工热力学是搞化工的技术人员必须掌握的基础理论。三：与化学热力学的联系与区别1.研究角度不同：化工热力学要与实际联系，要考虑经济性，即在可能性基础研究，而化学热力学是基础、是先修课，两个研究角度等不一样。化学热力学是从过程的可能性出发，而化工热力学是从工程的可行性出发。2.研究体系不同：化学热力学侧重讨论热力学第一、二定律在封闭体系中的应用。系统与环境间只有能量传递，而无物质交换。而且物系多为理想物系，因此不能概括各种化工过程。化工热力学是将热力学第一、二定律应用到系统与环境既有能量交换又有
工程。 chemical Engineering。 一反：化学反应 三传：动量、能量、质量传递 化工过程中三个“E”举例： 合成氨过程： 由煤、水蒸气、空气为原料制成半水煤气，经转化、分离出氢气，将 H2： N2=1：3 混合，加压在反应器升温反应的 NH3，反应器中为 NH3、H2、 N2 混 合气，经分离的 NH3 冷却的液氨，H2、 N2 和少量的 NH3 经加压回反应器。 在此过程中反应器中有化学反应（实际生产中不达到平衡）；在分离过程要加 压有动量传递；在升温、冷却过程中有热量传递；用水吸收 NH3 有质量传递。 二：化工热力学研究内容及在化工生产中的作用 1.一反：研究反应进行的可能性，在什么条件下进行及限度——化学平衡。通 过研究过程的工艺条件对平衡转化率的影响，选择最佳工艺条件。 2.传质（分离）：过程中的相平衡，特别是多组元相平衡。 3.加压要做功，涉及到能量传递。化学转化——传质——能量的合理利用。 应用化工热力学可以分析确定能量损失的数量、分布及其原因，提高能量 的利用率，需要解决的问题是以最小的能量消耗得到最多的产品。 4.化工热力学提供各种物质的热力学性质。 P、V、T、Cp、CV、U、H、S、A、 G .三传一反中要用到以上数据，可由化工热力学提供。 化工热力学是搞化工的技术人员必须掌握的基础理论。 三：与化学热力学的联系与区别 1.研究角度不同：化工热力学要与实际联系，要考虑经济性，即在可能性基础 研究，而化学热力学是基础、是先修课，两个研究角度等不 一样。化学热力学是从过程的可能性出发，而化工热力学是 从工程的可行性出发。 2.研究体系不同：化学热力学侧重讨论热力学第一、二定律在封闭体系中的应 用。系统与环境间只有能量传递，而无物质交换。而且物系多为理想物系， 因此不能概括各种化工过程。 化工热力学是将热力学第一、二定律应用到系统与环境既有能量交换又有
物质交换的散开体系。物系多为真实物系。如是蒸馏、吸收等化工单元操作过程，化学反应过程、压缩冷冻循环热力过程的不同情况下，计算过程进行时所需的热与功。与化学热力学相比，化工热力学研究的对象更结合工程实际。四：化工热力学研究方法：原则上采用宏观和微观的两种方法以宏观方法研究平衡体系称为经典热力学，只能处理平衡问题，却不问如何达到平衡状态。优点是简单可靠。以微观的方法研究称为统计热力学，建立在大量粒子群的统计性质的基础上，从物质的微观结构观察与分析问题，预测与解释平衡情况下物质的宏观特性。第一节纯流体的PVT行为质流体包括液体流体和汽体两大类，汽体是指蒸汽和可凝性气体。在化工过程的分析、研究和设计工作中，经常要用到流体的许多热力学性质。主要有P、V、T、及U、H、S、A、G、Cp、F等。在以上性质中，有些可以直接测得，计算时可直接利用，但有些为不可测性质，但可以利用热力学基本关系式，将其它不可测的热力学性质表示成可测性质的函数。只有研究热力学性质，才能进行其他计算。在所有的热力学性质中，P、V、T是物质的最基本的性质，P、V、T容易直接测得，其它不能直接测量的热力学性质表示成P、V、T函数。因此，对PVT关系的研究是化工热力学的基础。研究流体的PVT关系是为过程发展提供基础数据的一项重要的基础工作。82-1.纯物质的P、V、T行为P、V、T行为即三者之间的关系厂用图表示用状态方程表示fT、V、T-O一、图示法「P—T图p-V图1.P—T图：（一定物质）如图：均相纯物质的流体可以分两类：即液体和气体。然而在临界点附近，二者变的不易区分。测量纯物质的固体在各种不同温度直到其熔点到达
物质交换的敞开体系。物系多为真实物系。如是蒸馏、吸收等化工单元操作过 程，化学反应过程、压缩冷冻循环热力过程的不同情况下，计算过程进行时所 需的热与功。与化学热力学相比，化工热力学研究的对象更结合工程实际。 四：化工热力学研究方法：原则上采用宏观和微观的两种方法 以宏观方法研究平衡体系称为经典热力学，只能处理平衡问题，却不问 如何达到平衡状态。优点是简单可靠。 以微观的方法研究称为统计热力学，建立在大量粒子群的统计性质的基 础上，从物质的微观结构观察与分析问题，预测与解释平衡情况下物质的宏观 特性。 第一节 纯流体的 PVT 行为质 流体包括液体流体和汽体两大类，汽体是指蒸汽和可凝性气体。 在化工过程的分析、研究和设计工作中，经常要用到流体的许多热力学性 质。主要有 P、V、T、及 U、H、S、A、G、Cp、F 等。在以上性质中，有些 可以直接测得，计算时可直接利用，但有些为不可测性质，但可以利用热力学 基本关系式，将其它不可测的热力学性质表示成可测性质的函数。只有研究热 力学性质，才能进行其他计算。 在所有的热力学性质中，P、V、T 是物质的最基本的性质，P、V、T 容易 直接测得，其它不能直接测量的热力学性质表示成 P、V、T 函数。因此，对 PVT 关系的研究是化工热力学的基础。研究流体的 PVT 关系是为过程发展提 供基础数据的一项重要的基础工作。 §2-1.纯物质的 P、V、T 行为 P、V、T 行为即三者之间的关系 用图表示 用状态方程表示 f(T、V、 T)=0 一、图示法 P—T 图 P-V 图 1.P—T 图：（一定物质） 如图：均相纯物质的流体可以分两类：即液体和气体。然而在临界点附 近，二者变的不易区分。测量纯物质的固体在各种不同温度直到其熔点到达
前的蒸汽压数据。得到固体的蒸汽压由曲线即曲线1一2，继续升高温度，一直到临界点C，测得液体的蒸汽压曲线。图中曲线2一C，2一3线是液相与固相的平衡曲线（图见2一1）这三条线表示出了两相共存以及每一相单独存在的温度、压力条件超格界演体滋图福雪相图相日用浓B直酒网直发2汽1做生Tc皮图2-1纯物质的P-T图升华高温、低压为气态（蔡：气固）1-2线为气（1）低温、高压为固态可转化，固平衡线凝华（2）2—3线，液——固平衡（3）.2一C线，液气平衡（4），2点，三相点，f1-3+2=0(5）三个区，f-2。（6）.C点，为临界点。在C点，气、液两相间没有清晰的界限，变的不能区分。因此，2一3曲线可以无限制的向上延伸，而2一C线只能终上到C点，临界点C表示纯物质汽、液两相可以共存的最高温度和压力。（7）.高于临界温度Tc和临界压力Pc。由虚线隔开的区称为超临界区（压缩流体区或密流区）。我们一般所称的液相是指恒温条件下降低压力能够发生汽化的相，而汽相是恒压条件下降低温度能够液化的相。但在超临界区不能发生以上任何一种情况。这时即不是液相，也不是气相，无论是从液相到流体
前的蒸汽压数据。得到固体的蒸汽压由曲线即曲线 1—2，继续升高温度， 一直到临界点 C，测得液体的蒸汽压曲线。图中曲线 2—C，2—3 线是液相 与固相的平衡曲线 （图见 2—1） 这三条线表示出了两相共存以及每一相单独存在的温度、压力条件 图 2-1 纯物质的 P-T 图 高温、低压为气态 升华 （1） 低温、高压为固态 可转化， （萘:气 固）1-2 线为气 固平衡线 （2）.2—3 线， 液——固平衡 （3）.2—C 线， 液气平衡 （4），2 点，三相点，f=1-3+2=0 （5）.三个区，f=2。 （6）.C 点，为临界点。在 C 点，气、液两相间没有清晰的界限，变的不 能区分。因此，2—3 曲线可以无限制的向上延伸，而 2—C 线只能终上到 C 点，临界点 C 表示纯物质汽、液两相可以共存的最高温度和压力。 （7）.高于临界温度 Tc 和临界压力 Pc。由虚线隔开的区称为超临界区（压 缩流体区或密流区）。我们一般所称的液相是指恒温条件下降低压力能够发生 汽化的相，而汽相是恒压条件下降低温度能够液化的相。但在超临界区不能发 生以上任何一种情况。这时即不是液相，也不是气相，无论是从液相到流体， 凝华