化学热力学在科研及工业生产中的应用.docx

化学热力学在科研及工业生产中的应用化学热力学在科研及工业生产中的应用 化学热力学是物理化学和热力学的一个分支学科，它主要研究物质系统在各种条件下的物理和化学变化中所伴随着的能量变化，从而对化学反应的方向和进行的程度作出准确的判断。因此，学热力学在材料学、生命科学等方面有着极其重要的作用。同时，在工业生产中，化学反应对热量的需求，直接影响到能源的成本，因此，在研发中找到一个合适的节能的反应路线就显得非常重要，而化学热力学在其中就扮演着不可或缺的角色。 药物研究、环境保护、工业生产 正文： 一. 化学热力学在药物研究中的作用 1.药物晶型的研究 晶型不同的药物起理化性质不同，且生物利用度也有所差别。对药物热力学参数如熔解热、熔化热、熵及自由能等研究，有助于选择适当的药物品行。苄青霉素是一种应用广泛的抗生素，其钠盐注射剂在临床上具有优势，目前我国苄青霉素钠盐钠盐的收率很低。很有必要研究钠盐多晶型问题，然后测定相应晶型的结晶热力学数据，有助于提高苄青霉素钠盐结晶产率。研究普鲁卡因青霉素结晶过程的热力学问题，对其结晶动力学、反应动力学等理论研究及工业放大化设计提供了重要的理论依据。 2.对药物分散作用的研究 分散作用的热力学，对分散作用很有帮助。胡道德等研究了对吗氯贝胺与聚氯酮等形成的无定形固体分散体，可以提高药物的体外溶解速度，有助于开发吗氯贝胺高生物利用度的新型剂。青蒿素为新型抗疟疾药物，李国栋等研究聚乙二醇和青篙素分散作用的热力学，发现发散作用是焓反应起支配作用，并认为药物和载体之间具有氢键、范德华力等综合作用，为青蒿素制剂研究提供了重要参数。 二、化学热力学在环境保护方面的作用 自人类开辟工业化发展道路以来，直至今日，能源危机和气候变化已成为困扰人类的两大难题。传统工业化道路主要以煤炭、石油、铀等非再生资源为发展条件，主要发达国家已经完成了工业化历程，而包括中国、印度等发展中国家在内的数十亿人口正在踏上工业化进程，人类一直依赖的能源环境现在却面临枯竭。传统工业化道路也带来全球气候异常和生态平衡遭破坏的危机，海平面上升、臭氧层空洞、空气污染、极端天气现象等，都是其负面效应的体现。 现代化的先进、繁荣以加剧能源危机和气候危机为代价，本以为可充分享受工业化便利的个人，也越来越多地受现代社会带来的环境污染、身体受损、精神负担的困扰。这和能源的不合理以及低效使用密不可分。而能源和化学热力学则有着千丝万缕的联系。我们就以化学热力学中的熵增的概念加以说明。 能和熵，从这两个概念的建立到上个世纪初，人们相信能源在经济和社会发展中的重要作用，能量主宰了宇宙中的一切。但是随着时代的发展，熵概念的重要性越来越突显出来了。人们越来越多的把它和无效能量，混乱度，废物，污染联系在一起。认识到了熵的重要意义，我们再用熵增这个概念对环境污染加以说明。 熵增加就是意味着系统的能从数量上讲虽然守恒，但是品质却越来越差，越来越不中用，被用来做功的可能性越来越小，不可用程度越来越高，这个就是能量的“退化”。而被转化成了无效状态的能量构成了我们所说的污染。许多人以为污染是生产的副产品，但实际上它只是世界上转化成无效能量的全部有效能量的总和。耗散了的能量就是污染。既然根据热力学第一定律，能量既不能被产生又不能被消灭，而根据热力学第二定律，能量只能沿着一个方向即耗散的方向转化，那么污染就是熵的同义词。 因此，我们需要对热力学加以研究，提高能源的利用率。从而，减少熵增，保护我们的环境。 三、化学热力学在工业生产方面的应用 化工生产中应用化学热力学的过程有很多，其主要目的一是使原料、中间产品和产品完成预期的状态变化，以满足后续工序加工和产品使用的要求，例如在合成氨工厂中，氮氢混合气进入合成塔前，必须经过压缩，将气体压力升高到合成塔的操作压力。再者是为了实现能量的传递和转化，以满足某种过程的需要，并有效地利用能量。例如通过热力过程循环把合成氨厂中各种工艺余热转化为机械功。化工生产中常用的热力过程大致如下： 流体的压缩过程 这是流体的升压过程，其目的是供给能量以克服流体输送过程中受到的阻力，或满足后续工序的要求。 气体压缩过程的功耗，可用压缩机的等熵效率估算：也可用压缩机的等温效率估算热力学过程 流体的膨胀过程 这是流体的降压过程。流体膨胀的目的：降低流体的压力，以适应后续工序的需要。如锅炉的蒸汽压力高于用汽设备的使用压力时，降压才能使用。降低气体的温度，以获得低温或使气体液化，如制冷和制冷温度时的气体降压。通过降压释放能量，对外做工，如蒸汽通过汽轮机(透平)喷嘴降压后，动能增加，推动叶轮旋转并输出轴功。流体膨胀过程的可逆轴功是流体 我们可以通过对热力学过程的研究来对各个过程进行优化，从而达到降低成本，提高产率的目的。如化工生产的制冷循环，我们可以通过对其的研究来获得低温以发生预期的变化，或充分利用低温位热为目的。例如小型工厂中用吸收制冷装置回收利用低温位热，以节约电能。再如，在化工生产中,通过热泵循环提高热的温位，热能可以循环使用或回收利用。对于温度降低不大的过程，例如沸点上升不大的蒸发和组分沸点差很小的精馏，都可通过热泵循环以节约能耗。这无不说明化学热力学在工业生产中的重要作用。 无论在我们的科研工作还是工业生产中，化学热力学都有着不可替代的重要作用。我们通过对化学热力学中各定律的可以为我们科研工作提供重要参数，在工业生产中降低生产成本，提高产物产率，因此，化学热力学的研究与应用都具有十分广泛的意义。 1.环境保护与热力学 2.药物研究中的化学热力学方法应用 3.热力学原理在工业生产中的应用