Part3Chemicalengineering

Unit11

ChemicalandProcessThermodynamicsByLuBeiliCollegeofMaterialEngineeringPart3Chemicalengineering

U

I.ApplicationsofThermodynamics

Therearetwomajorapplicationsofthermodynamics,bothofwhichareimportanttochemicalengineers:譯：熱力學(xué)有兩個主要的應(yīng)用，兩者對化學(xué)工程師都很重要。I.ApplicationsofThermody(ⅰ)Thecalculationofheatandworkeffectsassociatedwithprocessesaswellasthecalculationofthemaximumworkobtainablefromaprocessortheminimumworkrequiredtodriveaprocess.(ⅱ)Theestablishmentofrelationshipsamongthevariables(變量)describingsystemsatequilibrium.譯:

（1）與過程相聯(lián)系的熱效應(yīng)和功效應(yīng)的計算，以及從過程得到的最大功或驅(qū)動過程所需的最小功的計算。（2）描述處于平衡的系統(tǒng)的各變量之間的關(guān)系的確定。(ⅰ)Thecalculationofheatand

Thefirstapplicationissuggested

bythenamethermodynamics,whichimpliesheatinmotion.Mostofthesecalculatingcanbemadebythedirectimplementation

（實施）ofthefirstandsecondlaws.譯：第一種應(yīng)用由熱力學(xué)這個名詞可聯(lián)想到，熱力學(xué)表示運動中的熱。直接利用第一和第二定律可完成許多（熱效應(yīng)和功效應(yīng)的）計算。

ThefirstapplicatExamplesarecalculatingtheworkofcompressingagas,performinganenergybalanceonanentireprocessoraprocessunit,determiningtheminimumworkofseparatingamixtureofethanol（乙醇）andwaterorevaluating（評估）theefficiencyofanammoniasynthesisplant.譯：例如：計算壓縮氣體的功，對一個完整過程或某一過程單元進行能量衡算，確定分離乙醇和水混合物所需的最小功，或者評估一個氨合成工廠的效率。Examplesarecalculatingt

Theapplicationofthermodynamicstoaparticularsystemresultsin（引出）

thedefinitionofusefulpropertiesandtheestablishmentofanetworkofrelationshipsamongthepropertiesandothervariablessuchaspressure,temperature,volume,andmolfraction.譯：熱力學(xué)在特殊體系中的應(yīng)用，引出了一些有用的函數(shù)的定義以及這些函數(shù)和其它變量（如壓強、溫度、體積和摩爾分?jǐn)?shù)）關(guān)系網(wǎng)絡(luò)的確定。TheapplicationofForexample,theheatofvaporizing（汽化）aliquidcanbecalculatedfrommeasurements（測量）ofthevaporpressureatseveraltemperaturesanddensitiesoftheliquidandvaporphasesatseveraltemperatures譯：例如，一種液體的汽化熱，可以通過測量幾個溫度的蒸汽壓和幾個溫度下液相和汽相的密度得以計算。

Forexample,theheatof

2.TheNatureofThermodynamics

Thelawsofthermodynamicshaveanempirical(經(jīng)驗的)orexperimentalbasis,andinthedelineationofitsapplicationstherelianceupon（依賴，依靠）

experimentalmeasurementstandsout（突出）.譯：熱力學(xué)定律有著經(jīng)驗或?qū)嶒灮A(chǔ)，在描述其應(yīng)用時，依賴實驗測量顯得很明顯。2.TheNatureofThermodynami

2.TheNatureofThermodynamicsThus,thermodynamicsmightbebroadlydefinedasameansofextendingourexperimentallygainedknowledgeofasystemorasaframeworkforviewingandcorrelatingthebehaviorofthesystem.譯：因此，熱力學(xué)廣義上可以定義為：拓展我們實驗所得的體系知識的一種手段（方法），或定義為：觀察和關(guān)聯(lián)一個體系的行為的框架。2.TheNatureofThermodynamiBecauseofitsexperimentalfoundation,thermodynamicsdealswithmacroscopic(宏觀的)properties,orpropertiesofmatterinbulk,asopposedtomicroscopic(微觀的)propertieswhichareassignedtotheatomsandmoleculesconstitutingmatter.譯：由于熱力學(xué)的實驗基礎(chǔ)，熱力學(xué)討論的是宏觀函數(shù)或大量的物質(zhì)的函數(shù)，而不是微觀函數(shù)，微觀函數(shù)涉及到的是組成物質(zhì)的原子或分子。2.TheNatureofThermodynamicsBecauseofitsexperi

Macroscopicpropertiesareeitherdirectlymeasurableorcalculablefromdirectlymeasurablepropertieswithoutresourcetoaspecifictheory.譯：宏觀函數(shù)要么可以直接測量，要么可以從直接測量的函數(shù)計算得到，而不需要借助于某一具體的理論。譯：宏觀函數(shù)要么可以直接測量，要么可以從直接測量Itisnosmallwonder(難怪，不足為奇)thatthestudyofthermodynamicscanbetechnicallyrewarding,intellectually（智力上)stimulating,and,forsome,apleasurableexperience.譯：難怪人們說，熱力學(xué)的研究在學(xué)術(shù)上是有意義的，智力上可以得到激發(fā)，同時，對一些人來說，是一種愉快的經(jīng)歷。Itisnosmallwonder(難怪，不足

3.TheThermodynamicLaws(1)TheFirstLawThefirstlawofthermodynamicsissimplyastatement(描述)oftheconservation(保持)ofenergy.譯：第一定律.熱力學(xué)第一定律是能量守恒的簡單的一種描述。3.TheThermodynamicLaws譯：第

3.TheThermodynamicLaws(1)TheFirstLawAsshowninFig3-1,thesumofalltheenergyleavingaprocessmustequalthesumofalltheenergyentering,inthesteadystate(穩(wěn)態(tài)).Thelawsofconservationofmassandenergyarefollowedimplicitly(絕對地，含蓄地，固有地，)byengineersdesigningandoperatingprocessesofallkinds.譯：如圖3-1所示，穩(wěn)態(tài)時離開一個過程的所有能量的總和必須與所進入該過程的能量總和相等。工程師在設(shè)計和操作各種過程時絕對遵循質(zhì)量和能量守恒定律。3.TheThermodynamicLaws譯：如(2)TheSecondLawTherearemanydifferentstatementsofthesecondlawasappliedtocyclesinwhichheatisconvertedintowork.Atthispoint,amoregeneralstatementisdesirable:Theconversionofenergyfromoneformtoanotheralwaysresultsinanoveralllossinquality.譯：第二定律第二定律應(yīng)用于熱轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ难h(huán)，有多種不同的描述?；谶@一點，需要一種更加普通的描述：從一種形式的能量到另一種形式的能量的轉(zhuǎn)換，總是導(dǎo)致質(zhì)量上總量的損失。(2)TheSecondLaw譯：第二定律Anotheris:Allsystemstendtoapproachequilibrium(disorder無序).Thesestatementspointoutthedifficultyinexpressingthesecondlaw.Itcannotreallybedonesatisfactorilywithoutdefininganothertermdescribingqualityordisorder.譯：另一種描述為：所有系統(tǒng)都有接近平衡（無序）的趨勢。這些表達(dá)方式指出了在表達(dá)第二定律時的困難之處。如果不定義另一個專門描述質(zhì)量或無序的術(shù)語，第二定律的表達(dá)就不能令人滿意。Anotheris:AllsystemstThattermisentropy(熵).Thispropertyofstate（狀態(tài)）

quantifies(量化，定量）

thelevel（程度）ofdisorderinafluid,body,orsystem.Absolutezeroentropyisdefinedasthestateofapure,crystallinesolidatabsolutezerotemperature.譯：這個術(shù)語為熵。這個狀態(tài)函數(shù)對流體、物質(zhì)或系統(tǒng)中的無序程度進行了定量化。絕對零熵值的定義是絕對零度時純凈的結(jié)晶固體的狀態(tài)。ThattermisentropyIngeneral,thereisaprogression(連續(xù)，不斷)ofdecreasingentropyfromfeedstock(原料)toproducts.However,thisisanuphill(向上的)struggle(努力、奮斗)

inasmuchas(因為)thenaturaltendencyisforentropytoincreaseassystemsapproachequilibrium.譯：總之，將原料轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品的過程中，熵值不斷減小。然而，因為隨著系統(tǒng)接近平衡，熵的增加是自發(fā)的趨勢，所以減少熵值是艱難的工作。Ingeneral,thereisaprogThedrivingforceforthedecreasinginentropyrequiredofproductionisaconcomitant(伴隨的)increaseinentropybyagreateramountintherestoftheuniverse.譯：生產(chǎn)過程所需熵減的驅(qū)動力是伴隨著的宇宙其余部分熵的劇增。ThedrivingforcefoWhereastheentropydecreaseresidesin(存在于)theconversionoffeedstockuntoproducts,thegreaterincreaseisindicatedbytheconversionoffuels,electricity,air,andwater,intocombustion(燃燒)products,wastewater,andwasteheat.譯：熵減存在于原料向產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化過程，反之（whereas然而，卻，其實，反之）燃料、電、空氣以及水向燃燒產(chǎn)品、廢水和無用的熱量的轉(zhuǎn)化意味著熵值的大大增加。Whereastheentropydecreas

ThebottomlinesofFig.3-1describethesecondlaw,justasthemiddlelinedescribesthefirstlaw.Thetotalentropyofallstreamsleavingaprocessmustalwaysexceedthatofallstreamsentering.譯：正象圖3-1中中線部分描述第一定律一樣，圖中的底線部分描述了第二定律。離開一個過程的所有的物流的熵值的總和，總是超過進入該過程的物流的熵值的總和。ThebottomlinesofThroughthislawtheexistenceofaheretofore(至今，以前)unrecognizedproperty,theentropy,isrevealed（被動）,anditisshownthatthispropertydeterminesthedirectionofspontaneous（自發(fā)的）

change.譯：通過這一定律，揭示了以前未認(rèn)可的函數(shù)—

—

熵的存在，可以看出，該函數(shù)確定了自發(fā)變化的方向。Throughthislawtheexist(3)TheThirdlaw

Thethirdlawofthermodynamicsprovidesanabsolutescaleofvaluesforentropybystatingthatforchangesinvolvingonlyperfectcrystallinesolidsatabsolutezero,thechangesofthetotalentropyiszero.譯：第三定律熱力學(xué)第三定律規(guī)定了熵的絕對值，描述如下：對于那些處在絕對零度的完美晶體的變化來說，總的熵的變化為零。(3)TheThirdlaw譯：第三定律EndEndPart3Chemicalengineering

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ChemicalandProcessThermodynamicsByLuBeiliCollegeofMaterialEngineeringPart3Chemicalengineering

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I.ApplicationsofThermodynamics

Therearetwomajorapplicationsofthermodynamics,bothofwhichareimportanttochemicalengineers:譯：熱力學(xué)有兩個主要的應(yīng)用，兩者對化學(xué)工程師都很重要。I.ApplicationsofThermody(ⅰ)Thecalculationofheatandworkeffectsassociatedwithprocessesaswellasthecalculationofthemaximumworkobtainablefromaprocessortheminimumworkrequiredtodriveaprocess.(ⅱ)Theestablishmentofrelationshipsamongthevariables(變量)describingsystemsatequilibrium.譯:

（1）與過程相聯(lián)系的熱效應(yīng)和功效應(yīng)的計算，以及從過程得到的最大功或驅(qū)動過程所需的最小功的計算。（2）描述處于平衡的系統(tǒng)的各變量之間的關(guān)系的確定。(ⅰ)Thecalculationofheatand

Thefirstapplicationissuggested

bythenamethermodynamics,whichimpliesheatinmotion.Mostofthesecalculatingcanbemadebythedirectimplementation

（實施）ofthefirstandsecondlaws.譯：第一種應(yīng)用由熱力學(xué)這個名詞可聯(lián)想到，熱力學(xué)表示運動中的熱。直接利用第一和第二定律可完成許多（熱效應(yīng)和功效應(yīng)的）計算。

ThefirstapplicatExamplesarecalculatingtheworkofcompressingagas,performinganenergybalanceonanentireprocessoraprocessunit,determiningtheminimumworkofseparatingamixtureofethanol（乙醇）andwaterorevaluating（評估）theefficiencyofanammoniasynthesisplant.譯：例如：計算壓縮氣體的功，對一個完整過程或某一過程單元進行能量衡算，確定分離乙醇和水混合物所需的最小功，或者評估一個氨合成工廠的效率。Examplesarecalculatingt

Theapplicationofthermodynamicstoaparticularsystemresultsin（引出）

thedefinitionofusefulpropertiesandtheestablishmentofanetworkofrelationshipsamongthepropertiesandothervariablessuchaspressure,temperature,volume,andmolfraction.譯：熱力學(xué)在特殊體系中的應(yīng)用，引出了一些有用的函數(shù)的定義以及這些函數(shù)和其它變量（如壓強、溫度、體積和摩爾分?jǐn)?shù)）關(guān)系網(wǎng)絡(luò)的確定。TheapplicationofForexample,theheatofvaporizing（汽化）aliquidcanbecalculatedfrommeasurements（測量）ofthevaporpressureatseveraltemperaturesanddensitiesoftheliquidandvaporphasesatseveraltemperatures譯：例如，一種液體的汽化熱，可以通過測量幾個溫度的蒸汽壓和幾個溫度下液相和汽相的密度得以計算。

Forexample,theheatof

2.TheNatureofThermodynamics

Thelawsofthermodynamicshaveanempirical(經(jīng)驗的)orexperimentalbasis,andinthedelineationofitsapplicationstherelianceupon（依賴，依靠）

experimentalmeasurementstandsout（突出）.譯：熱力學(xué)定律有著經(jīng)驗或?qū)嶒灮A(chǔ)，在描述其應(yīng)用時，依賴實驗測量顯得很明顯。2.TheNatureofThermodynami

2.TheNatureofThermodynamicsThus,thermodynamicsmightbebroadlydefinedasameansofextendingourexperimentallygainedknowledgeofasystemorasaframeworkforviewingandcorrelatingthebehaviorofthesystem.譯：因此，熱力學(xué)廣義上可以定義為：拓展我們實驗所得的體系知識的一種手段（方法），或定義為：觀察和關(guān)聯(lián)一個體系的行為的框架。2.TheNatureofThermodynamiBecauseofitsexperimentalfoundation,thermodynamicsdealswithmacroscopic(宏觀的)properties,orpropertiesofmatterinbulk,asopposedtomicroscopic(微觀的)propertieswhichareassignedtotheatomsandmoleculesconstitutingmatter.譯：由于熱力學(xué)的實驗基礎(chǔ)，熱力學(xué)討論的是宏觀函數(shù)或大量的物質(zhì)的函數(shù)，而不是微觀函數(shù)，微觀函數(shù)涉及到的是組成物質(zhì)的原子或分子。2.TheNatureofThermodynamicsBecauseofitsexperi

Macroscopicpropertiesareeitherdirectlymeasurableorcalculablefromdirectlymeasurablepropertieswithoutresourcetoaspecifictheory.譯：宏觀函數(shù)要么可以直接測量，要么可以從直接測量的函數(shù)計算得到，而不需要借助于某一具體的理論。譯：宏觀函數(shù)要么可以直接測量，要么可以從直接測量Itisnosmallwonder(難怪，不足為奇)thatthestudyofthermodynamicscanbetechnicallyrewarding,intellectually（智力上)stimulating,and,forsome,apleasurableexperience.譯：難怪人們說，熱力學(xué)的研究在學(xué)術(shù)上是有意義的，智力上可以得到激發(fā)，同時，對一些人來說，是一種愉快的經(jīng)歷。Itisnosmallwonder(難怪，不足

3.TheThermodynamicLaws(1)TheFirstLawThefirstlawofthermodynamicsissimplyastatement(描述)oftheconservation(保持)ofenergy.譯：第一定律.熱力學(xué)第一定律是能量守恒的簡單的一種描述。3.TheThermodynamicLaws譯：第

3.TheThermodynamicLaws(1)TheFirstLawAsshowninFig3-1,thesumofalltheenergyleavingaprocessmustequalthesumofalltheenergyentering,inthesteadystate(穩(wěn)態(tài)).Thelawsofconservationofmassandenergyarefollowedimplicitly(絕對地，含蓄地，固有地，)byengineersdesigningandoperatingprocessesofallkinds.譯：如圖3-1所示，穩(wěn)態(tài)時離開一個過程的所有能量的總和必須與所進入該過程的能量總和相等。工程師在設(shè)計和操作各種過程時絕對遵循質(zhì)量和能量守恒定律。3.TheThermodynamicLaws譯：如(2)TheSecondLawTherearemanydifferentstatementsofthesecondlawasappliedtocyclesinwhichheatisconvertedintowork.Atthispoint,amoregeneralstatementisdesirable:Theconversionofenergyfromoneformtoanotheralwaysresultsinanoveralllossinquality.譯：第二定律第二定律應(yīng)用于熱轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ难h(huán)，有多種不同的描述。基于這一點，需要一種更加普通的描述：從一種形式的能量到另一種形式的能量的轉(zhuǎn)換，總是導(dǎo)致質(zhì)量上總量的損失。(2)TheSecondLaw譯：第二定律Anotheris:Allsystemstendtoapproachequilibrium(disorder無序).Thesestatementspointoutthedifficultyinexpressingthesecondlaw.Itcannotreallybedonesatisfactorilywithoutdefininganothertermdescribingqualityordisorder.譯：另一種描述為：所有系統(tǒng)都有接近平衡（無序）的趨勢。這些表達(dá)方式指出了在表達(dá)第二定律時的困難之處。如果不定義另一個專門描述質(zhì)量或無序的術(shù)語，第二定律的表達(dá)就不能令人滿意。Anotheris:AllsystemstThattermisentropy(熵).Thispropertyofstate（狀態(tài)）

quantifies(量化，定量）

thelevel（程度）ofdisorderinafluid,body,orsystem.Absolutezeroentropyisdefinedasthestateofapure,crystallinesolidatabsolutezerotemperature.譯：這個術(shù)語為熵。這個狀態(tài)函數(shù)對流體、物質(zhì)或系統(tǒng)中的無序程度進行了定量化。絕對零熵值的定義是絕對零度時純凈的結(jié)晶固體的狀態(tài)。ThattermisentropyIngeneral,thereisaprogression(連續(xù)，不斷)ofdecreasingentropyfromfeedstock(原料)toproducts.However,thisisanuphill(向上的)struggle(努力、奮斗)

inasmuchas(因為)thenaturaltendencyisforentropytoincreaseassystemsapproachequilibrium.譯：總之，將原料轉(zhuǎn)變?yōu)楫a(chǎn)品的過程中，熵值不斷減小。然而，因為隨著系統(tǒng)接近平衡，熵的增加是自發(fā)的趨勢，所以減少熵值是艱難的工作。Ingeneral,thereisaprogThedrivingforceforthedecreasinginentropyrequiredofproductionisa