动力学、热力学：新绿色溶剂及混合物助力低能耗CO2捕集分离？

动力学 热力学 过程

新的绿色溶剂及混合物

低能耗的CO2捕集分离过程

设计新的填料环－提高传质效率

流体力学性能、界面润湿性能对传质效率的影响

CO2的埋存和资源化利用

第276次香山科学会议（时间：2006年4月25日至27日）的议题为：

2006年5月国际原油价格已突破70$/桶大关

CO2驱油是有利可图的一举两得的方法

高等化工热力学

2007年9月

损失金额在250亿至1000亿美元之间

2005年的卡特里娜飓风及其 对美国新奥尔良市的影响

2005年，第13号台风“泰利”侵袭了浙江、安徽、福建、江西、河南、湖北等六个省份，导致1930.1万受灾人口，其中124人遇难，31人失踪，183.6万人紧急转移安置；倒塌房屋达9.7万间，损坏房屋27.7万间；农作物受灾面积达126.1万公顷，其中26.2万公顷绝收；直接经济损失高达154.2亿元。

H, H 函数在集合(S, p, n1, ..., nK)上定义，A, A 函数在集合(A, T, n1, ..., nK)上定义，G, G 函数在集合(G, T, p, n1, ..., nK)上定义。

2 热力学基本方程

Z Z ( X , Y , n1, , nK )

Z dZ X

KZ与Z、dY、dni、dX、Y、n、i 1 Y、n j、X、n j i、X、Y、n之间实施禁令。

300 400

空气含水率＝p/大气压

600

T 500

T/K

2005年9月16日新民晚报A30国际新闻.生活/社会 版

过去35年间强飓风数量显著增长

全球升温增长飓风势头

研究人员指出，在过去35年的时间里，全球范围内发生的强度与“卡特里娜”飓风相当的飓风数量明显上升，这一现象与全球气候变暖导致的海洋表面水温升高密切相关。美国佐治亚理工学院的柯里教授进一步解释称，随着海洋表面水温的升高，飓风的强度也随之增强，其破坏力也愈发巨大。有充分理由相信，海洋表面水温的上升与飓风的强度增强之间存在关联，全球气候变暖的趋势或许会加剧这一现象。同在柯里所在学院的彼得·韦伯斯特也持有相似观点，他认为海水表面温度越高，飓风的破坏力就越强。海面上蒸发的水蒸气最终会形成降雨，而在水蒸气释放热量的过程中，热带气旋便应运而生，这最终可能导致飓风的产生。韦伯斯特指出，海水表面温度越高，其中的水蒸气含量也随之增加，从而为飓风提供了更丰富的“燃料”。他还提到，即便海面水温仅有微小的上升，也能导致水蒸气量的急剧上升。研究人员发现，自1970年起，大西洋的洋面水温已上升了0.5摄氏度。柯里及其团队进一步研究显示，从1990年到现在，全球强飓风的次数是1970年至1985年间的两倍。所谓“强飓风”指的是4级或5级飓风，其破坏力相当可观。据《科学》杂志报道，尽管强飓风的数量有所上升，但近10年来全球飓风的总次数却呈现出减少的趋势。柯里等人的研究结论与《自然》杂志上其他科学家近期发表的研究报告相一致。该报告指出，过去30年中飓风的强度有所增强。 马震 (新华社供本报特稿)

1 引言

系统的热力学特性分为两大类：一类是强度性质，包括温度、压力和组成等，这些性质并不随系统内物质数量的变化而变化；另一类是广延性质，例如体积、焓和熵等，这些性质则与系统内物质的数量直接相关。

1 引言

相律:

系统的不同热力学特性并非各自孤立，它们之间存在着紧密的关联。相律这一概念，旨在明确系统中的独立变量数量，也就是所谓的自由度。

F K R R'2

U HTS V ,n j S p,n j

对H、G、Vp、p以及S和n j的T进行限制，确保其符合规定的n j标准。

dU TdS pdV i dni

i 1

dH TdS Vdp i dni

i 1

dA SdT pdV i dni

i 1

dG SdT Vdp i dni

i 1

此举措严禁对特定内容进行篡改，同时对于相关术语亦应保持原貌，不得随意替换。

美国、中国、俄罗斯、日本、德国，均不得擅自修改。

二氧化碳排放总量（以亿吨为单位）分别为：48.81、26.68、21.03、10.93和8.78。

人均消耗量分别为19.23吨、2.27吨、14.11吨、8.79吨以及10.96吨。

超过八成的排放源自化石燃料的燃烧；在这些排放中，大约有四成是由火力发电厂所排放的。

建设节约型社会是我们别无选择的道路！

按照热力学第二 定律，可做功

W Q(1 T2 / T3 )

物料 T1

物料 T2

相平衡热力学的应用

新型分离技术：如何打破平衡限制？ 醋酸＋乙醇 醋酸乙酯＋水

移除

渗透蒸发膜分离技术，通过无孔分离膜与多孔支撑层的组合，巧妙地利用了不同分子在同一材料中传递性质的差异，从而实现了对物料的有效分离，并有效收集滞留物。

渗透物

相平衡热力学的应用

减灾如何从我做起？

1、日常生活中养成节能习惯

随着生活水平的提高，能源消耗总量急剧上升

2、少用或不用化石燃料？

替代能源的开发周期长，费用大，远水解不了近渴！

3、节能降耗、技术进步？

能够降低全球变暖的进程，有助于加速替代能源的研发进程，且有望在百年内解决二氧化碳排放的难题，然而，这一切的关键在于成本问题。

i 1

dG SdT Vdp i dni

i 1

2 热力学基本方程

在研究平衡态时，针对一个均质系统，若忽略除压力以外的其他广义力，要确立其平衡状态，除了需要知道系统中各物质的具体数量，还必须明确两个相互独立的状态变量。

U U (S , V , n1, , nK )

J. M. Prausnitz，美国两院院士，荣获总统科学奖，担任加州伯克利大学化工系教授，是流体分子热力学的开拓者，同时也是华东理工大学的名誉教授。

在《流体相平衡的分子热力学》第三版的中译本前言中，阿尔伯特·爱因斯坦在其自传中提及，尽管物理学的大多数领域都会随着时间的推移发生变迁，然而热力学却具有普遍性和恒久性；他指出，众多理论在科学的历史长河中犹如流星般短暂，但他坚信热力学将永存于世。本书专注于热力学在实际中的应用，旨在提升我们对相平衡的量化认识，尤其是化工领域中常见的流体相平衡问题。自1969年首版问世以来，本书已在全球范围内，包括中国在内的众多工业化学家和化学工程师中获得了广泛的应用。我对这本书能够被翻译成中文感到无比喜悦，这将为尊贵的中国同仁提供更便捷的阅读途径。他们如同我一般，被热力学所展现的迷人魅力以及其在化工流程与产品合理设计中的应用所深深吸引。在第一版前言中，我曾引用过一句拉丁谚语：“洞悉事物之本质，实为一大乐事。”第三版的中译本不仅将为中国读者提供一项实用的工程参考，更将让他们领略热力学之魅力，体验其中蕴含的智慧与愉悦。

系统的表征包括：首先是无模型法，即直接利用实验所得数据；其次是采用有模型法，通过构建分子热力学模型来进行。

2 热力学基本方程

考虑均相只做体积功的系统。

dU TdS pdV i dni

i 1

dH TdS Vdp i dni

i 1

dA SdT pdV i dni

节能降耗的理论基础——热力学

为了提高热机效率而建立起来的科学

热力学第一定律：能量守恒

混乱是自发的，恢复次序 是有条件和需要代价的。

热力学第二定律指出，能量以功的形式可以完全转化为热能，然而，热能却无法完全转化为功。热力学第三定律则阐明，绝对零度是无法实现的。

所得少于所当得，所费 多于所当费，都是浪费。

热力学的两大应用领域

x ( )

求解：

摩尔分数 x1 , x2 , , xK 和p(或T)

1 引言

数学和纯热力 学的抽象世界 数学问题的求解

物理问题向抽 象世界映射

抽象结果的物 理意义

现实世界 问题 热力学解决实际问题的三个步骤 答案

1 引言

在解决流体相平衡的热力学问题时，首先需要(1)确立适用于该问题的通用关系式，接着(2)输入一定数量的强度性质来描述系统，然后(3)根据相律确定独立变量的数量并输入，最后(4)输出所需的从属变量以解决实际问题。

台风、飓风的能量来自何方？

台风、飓风的频发和破坏力愈来愈大与什么有关？

气温 升高

海面温 度升高

夏秋季

空气含 水量高

10 1

水蒸气 凝结释 放能量

低气压 中心

热能转变 为空气运 动量

形成台风 和灾害

p / MPa

1 2 3

0.1

人类活动的加强 导致温室气体排 放急剧增加

0.01 0.001 200

水的蒸 汽压

化工过程分析关注能量的有效应用，而相平衡热力学则探讨相分离现象的极端情况。

原料I经过提纯过程，成功去除了有害的反应物；原料II中的未反应物质得以循环利用；最终，产物经过纯化处理，达到了产品标准。

副产物

化工生产的第一阶段和第三阶段均需进行分离作业，包括精馏、吸收、萃取等，而在一家典型的化工企业中，分离设备的投资额通常占据了总投资额的40%至80%。

1 引言

相平衡热力学的宗旨在于：构建一个通用的关系式，用以描述相平衡状态下各种强度性质之间的相互联系。

若函数f涉及参数T、p以及x的两个不同取值，以及I的两个不同函数，则其值应小于或等于零。

p (α 相) T

实际问题通常表现为： 已知：

摩尔分数 x1 和T(或p) , x2 , , x K

x ( )

(β 相)

参考书

胡英所著的《近代化工热力学》由上海科技文献出版社出版于1993年；胡英等人编写的《应用统计力学》由化学工业出版社出版于1990年；胡英的《流体的分子热力学》则由高等教育出版社出版于1980年。J.M. Prausnitz等人所著的《流体相平衡分子热力学》第三版由Prentice-Hall, Inc.于1999年出版，其中文版也已问世。S.I. Sandler的《化学与工程热力学》第三版由John Wiley & Sons, Inc.于1999年发行。M. Kurata的《聚合物溶液热力学》由Harwood Academic Publisher GmbH于1982年出版。朱自强等人编写的《流体相平衡原理及其应用》由浙江大学出版社于1990年出版。李以圭的《金属溶剂萃取热力学》由清华大学出版社出版于1988年。朱自强所著的《超临界流体技术——原理和应用》由化学工业出版社出版于2000年。李以圭等人编写的《电解质溶液热力学》由清华大学出版社出版于2005年。J. M. Smith等人所著的《化学工程热力学导论》第七版由McGraw-Hill于2004年出版。