化工热力学
Chemical Engineering thermodynamics
沈阳工业大学高等职业技术学院
教材和参考书
1 陈钟秀,顾飞燕, 化工热力学,第二版,
北京,化学工业出版社,2001
2 陈钟秀,顾飞燕, 化工热力学例题与习题,
北京,化学工业出版社,1998
3 Smith J M,Van Ness H C,Abbott M
M,Introduction to Chemical
Engineering Thermodynamics,6th
ed,New York,McGraw-Hill,2001
教学内容
1 绪论
2 流体的 P-V-T 关系
3 纯流体的热力学性质
4 流体混合物的热力学性质
5 化工过程的能量分析
6 蒸汽动力循环与制冷循环
7 相平衡
8 化学反应平衡
1 绪论
1.1 热力学的发展
1.2 化工热力学的内容
1.3 热力学的研究方法
1.1 热力学的发展
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 (thermodynamics)一词的意思是热
(thermo)和动力 (dynamics)，既由热产生动力，
反映了热力学起源于对热机的研究。
从十八世纪末到十九世纪初开始，随着蒸
汽机在生产中的广泛使用，如何充分利用热能
来推动机器作工成为重要的研究课题。
1798年, 英国物理学家和政治家 Benjamin
Thompson (1753-1814) 通过炮膛钻孔实验开始对
功转换为热进行定量研究 。
1799年, 英国化学家 Humphry Davy (1778-
1829)通过冰的摩擦实验研究功转换为热 。
1824年, 法国陆军工程师
Nicholas Léonard Sadi Carnot
发表了, 关于火的动力研究, 的
论文 。
他通过对自己构想的理想热机
的分析得出结论：热机必须在两个
热源之间工作, 理想热机的效率只
取决与两个热源的温度, 工作在两
个一定热源之间的所有热机, 其效
率都超不过可逆热机, 热机在理想
状态下也不可能达到百分之百 。 这
就是卡诺定理 。
Carnot
(1796 - 1832)
卡诺的论文发表后，没有马上引起人们
的注意。过了十年，法国工程师 Ben?lt
Paul Emile Clapeyron (1799 - 1864)把卡
诺循环以解析图的形式表示出来，并用卡
诺原理研究了汽液平衡，导出了克拉佩隆
方程。
1842 年, 德国医生
Julius Robert Mayer
(1814 - 1878) 主要受病人
血液颜色在热带和欧洲的
差异及海水温度与暴风雨
的启发, 提出了热与机械
运动之间相互转化的思想 。 Mayer (1814 - 1878)
1847年,德国物理学家和生
物学家 Hermann Ludwig von
Helmholtz (1821 - 1894)
发表了, 论力的守衡” 一文，
全面论证了能量守衡和转化定律。
Helmholtz
(1821 - 1894)
1843-1848年,英国酿
酒商 James Prescott
Joule (1818 - 1889) 以确凿
无疑的定量实验结果为基础，
论述了能量受恒和转化定律。
焦耳的热功当量实验是热力
学第一定律的实验基础。
Joule
(1818 - 1889)
根据热力学第一定律热功可以
按当量转化, 而根据卡诺原理热却
不能全部变为功, 当时不少人认为
二者之间存在着根本性的矛盾 。
1850年, 德国物理学家 Rudolf J.
Clausius (1822 - 1888) 进一步研究
了热力学第一定律和克拉佩隆转述
的卡诺原理, 发现二者并不矛盾 。
他指出, 热不可能独自地, 不付任
何代价地从冷物体转向热物体, 并
将这个结论称为热力学第二定律 。
克劳胥斯在 1854年给出了热力学第
二定律的数学表达式, 1865年提出
,墒, 的概念 。
Clausius
(1822 - 1888)
1851年，英国物理学家 Lord Kelvin (1824-
l907)指出，不可能从单一热源取热使之完全变为
有用功而不产生其他影响。 这是热力学第二定律
的另一种说法。
1853年，他 把能量转化与物系的内能联系起
来，给出了热力学第一定律的数学表达式。
1875年, 美国耶鲁大学数
学物理学教授 Josiah Willard
Gibbs发表了, 论多相物质之
平衡, 的论文 。 他在熵函数的
基础上, 引出了平衡的判据；
提出热力学势的重要概念, 用
以处理多组分的多相平衡问题；
导出相律, 得到一般条件下多
相平衡的规律 。 吉布斯的工作,
把热力学和化学在理论上紧密
结合起来, 奠定了化学热力学
的重要基础 。
Gibbs
(1839 - 1903)
热力学基本定律反映了自然界的客观规律,以这
些定律为基础进行演绎, 逻辑推理而得到的热力学
关系与结论,显然具有高度的普遍性, 可靠性与实用
性,可以应用于机械工程, 化学, 化工等各个领域,由
此形成了化学热力学, 工程热力学, 化工热力学等
重要的分支 。 化学热力学主要讨论热化学, 相平衡
和化学平衡理论 。 工程热力学主要研究热能动力装
置中工作介质的基本热力学性质, 各种装置的工作
过程以及提高能量转化效率的途径 。 化工热力学是
以化学热力学和工程热力学为基础, 结合化工实际
过程逐步形成的学科 。
1.2 化工热力学的 目的和 内容
化工热力学的主要任务是以热力学第一, 第
二定律为基础,研究化工过程中各种能量的相互转
化及其有效利用的规律,研究物质状态变化与物质
性质之间的关系以及物理或化学变化达到平衡的
理论极限, 条件和状态 。
化工热力学是理论和工程实践性都较强的学
科 。
化工热力学所要解决的实际问题可以归纳为三
类：
(1) 过程进行的可行性分析和能量的有效利用；
(2) 相平衡和化学反应平衡问题；
(3) 测量、推算与关联热力学性质。
化工热力学的基本关系式包括热力学第
一定律、热力学第二定律、相平衡关系和化
学反应平衡关系。具体应用中的难点包括：
1 简化普遍的热力学关系式以解决实际
的复杂问题；
2 联系所需要的关系式和确定求解方案；
3 确定真实流体的内能、熵和逸度等热力
学性质与温度、压力、比容和热容等可测量
参数间的关系；
4 掌握热力学图表和方程的使用方法；
5 判断计算结果的准确性。
课程目标
1 理解化工热力学的基本原理
2 预测和分析化工系统的性能 。
3 根据所要解决问题的性质, 选择和使用计算
流体热力学性质的数学模型；
4 计算化工过程的能量变化；
5 计算纯流体和混合物的相平衡；
6 计算气相和液相反应的反应物和产物的平衡
组成；
7 了解热力学在化工过程中的主要实际应用 。
1.3 热力学的研究方法
宏观 经典热力学
微观 统计热力学
经典热力学只研究宏观量 （ 温度, 压力, 密度
等 ） 间的关系 。
但是宏观性质与分子有关 ；温度与分子运动
有关；密度与分子间相互作用有关 。
Chemical Engineering thermodynamics
沈阳工业大学高等职业技术学院
教材和参考书
1 陈钟秀,顾飞燕, 化工热力学,第二版,
北京,化学工业出版社,2001
2 陈钟秀,顾飞燕, 化工热力学例题与习题,
北京,化学工业出版社,1998
3 Smith J M,Van Ness H C,Abbott M
M,Introduction to Chemical
Engineering Thermodynamics,6th
ed,New York,McGraw-Hill,2001
教学内容
1 绪论
2 流体的 P-V-T 关系
3 纯流体的热力学性质
4 流体混合物的热力学性质
5 化工过程的能量分析
6 蒸汽动力循环与制冷循环
7 相平衡
8 化学反应平衡
1 绪论
1.1 热力学的发展
1.2 化工热力学的内容
1.3 热力学的研究方法
1.1 热力学的发展
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 (thermodynamics)一词的意思是热
(thermo)和动力 (dynamics)，既由热产生动力，
反映了热力学起源于对热机的研究。
从十八世纪末到十九世纪初开始，随着蒸
汽机在生产中的广泛使用，如何充分利用热能
来推动机器作工成为重要的研究课题。
1798年, 英国物理学家和政治家 Benjamin
Thompson (1753-1814) 通过炮膛钻孔实验开始对
功转换为热进行定量研究 。
1799年, 英国化学家 Humphry Davy (1778-
1829)通过冰的摩擦实验研究功转换为热 。
1824年, 法国陆军工程师
Nicholas Léonard Sadi Carnot
发表了, 关于火的动力研究, 的
论文 。
他通过对自己构想的理想热机
的分析得出结论：热机必须在两个
热源之间工作, 理想热机的效率只
取决与两个热源的温度, 工作在两
个一定热源之间的所有热机, 其效
率都超不过可逆热机, 热机在理想
状态下也不可能达到百分之百 。 这
就是卡诺定理 。
Carnot
(1796 - 1832)
卡诺的论文发表后，没有马上引起人们
的注意。过了十年，法国工程师 Ben?lt
Paul Emile Clapeyron (1799 - 1864)把卡
诺循环以解析图的形式表示出来，并用卡
诺原理研究了汽液平衡，导出了克拉佩隆
方程。
1842 年, 德国医生
Julius Robert Mayer
(1814 - 1878) 主要受病人
血液颜色在热带和欧洲的
差异及海水温度与暴风雨
的启发, 提出了热与机械
运动之间相互转化的思想 。 Mayer (1814 - 1878)
1847年,德国物理学家和生
物学家 Hermann Ludwig von
Helmholtz (1821 - 1894)
发表了, 论力的守衡” 一文，
全面论证了能量守衡和转化定律。
Helmholtz
(1821 - 1894)
1843-1848年,英国酿
酒商 James Prescott
Joule (1818 - 1889) 以确凿
无疑的定量实验结果为基础，
论述了能量受恒和转化定律。
焦耳的热功当量实验是热力
学第一定律的实验基础。
Joule
(1818 - 1889)
根据热力学第一定律热功可以
按当量转化, 而根据卡诺原理热却
不能全部变为功, 当时不少人认为
二者之间存在着根本性的矛盾 。
1850年, 德国物理学家 Rudolf J.
Clausius (1822 - 1888) 进一步研究
了热力学第一定律和克拉佩隆转述
的卡诺原理, 发现二者并不矛盾 。
他指出, 热不可能独自地, 不付任
何代价地从冷物体转向热物体, 并
将这个结论称为热力学第二定律 。
克劳胥斯在 1854年给出了热力学第
二定律的数学表达式, 1865年提出
,墒, 的概念 。
Clausius
(1822 - 1888)
1851年，英国物理学家 Lord Kelvin (1824-
l907)指出，不可能从单一热源取热使之完全变为
有用功而不产生其他影响。 这是热力学第二定律
的另一种说法。
1853年，他 把能量转化与物系的内能联系起
来，给出了热力学第一定律的数学表达式。
1875年, 美国耶鲁大学数
学物理学教授 Josiah Willard
Gibbs发表了, 论多相物质之
平衡, 的论文 。 他在熵函数的
基础上, 引出了平衡的判据；
提出热力学势的重要概念, 用
以处理多组分的多相平衡问题；
导出相律, 得到一般条件下多
相平衡的规律 。 吉布斯的工作,
把热力学和化学在理论上紧密
结合起来, 奠定了化学热力学
的重要基础 。
Gibbs
(1839 - 1903)
热力学基本定律反映了自然界的客观规律,以这
些定律为基础进行演绎, 逻辑推理而得到的热力学
关系与结论,显然具有高度的普遍性, 可靠性与实用
性,可以应用于机械工程, 化学, 化工等各个领域,由
此形成了化学热力学, 工程热力学, 化工热力学等
重要的分支 。 化学热力学主要讨论热化学, 相平衡
和化学平衡理论 。 工程热力学主要研究热能动力装
置中工作介质的基本热力学性质, 各种装置的工作
过程以及提高能量转化效率的途径 。 化工热力学是
以化学热力学和工程热力学为基础, 结合化工实际
过程逐步形成的学科 。
1.2 化工热力学的 目的和 内容
化工热力学的主要任务是以热力学第一, 第
二定律为基础,研究化工过程中各种能量的相互转
化及其有效利用的规律,研究物质状态变化与物质
性质之间的关系以及物理或化学变化达到平衡的
理论极限, 条件和状态 。
化工热力学是理论和工程实践性都较强的学
科 。
化工热力学所要解决的实际问题可以归纳为三
类：
(1) 过程进行的可行性分析和能量的有效利用；
(2) 相平衡和化学反应平衡问题；
(3) 测量、推算与关联热力学性质。
化工热力学的基本关系式包括热力学第
一定律、热力学第二定律、相平衡关系和化
学反应平衡关系。具体应用中的难点包括：
1 简化普遍的热力学关系式以解决实际
的复杂问题；
2 联系所需要的关系式和确定求解方案；
3 确定真实流体的内能、熵和逸度等热力
学性质与温度、压力、比容和热容等可测量
参数间的关系；
4 掌握热力学图表和方程的使用方法；
5 判断计算结果的准确性。
课程目标
1 理解化工热力学的基本原理
2 预测和分析化工系统的性能 。
3 根据所要解决问题的性质, 选择和使用计算
流体热力学性质的数学模型；
4 计算化工过程的能量变化；
5 计算纯流体和混合物的相平衡；
6 计算气相和液相反应的反应物和产物的平衡
组成；
7 了解热力学在化工过程中的主要实际应用 。
1.3 热力学的研究方法
宏观 经典热力学
微观 统计热力学
经典热力学只研究宏观量 （ 温度, 压力, 密度
等 ） 间的关系 。
但是宏观性质与分子有关 ；温度与分子运动
有关；密度与分子间相互作用有关 。
