热力学化工本大纲.doc

化学与化工系化学工程与工艺专业
《化工热力学》课程（08216）教学大纲

一、课程基本信息
课程中文名称: 化工热力学
课程代码：08216
学分与学时：3.5学分，54学时
课程性质：必修
授课对象：化学工程与工艺本科
二、课程教学目标与任务
化工热力学是化学工程的分支学科之一,是化学工程、化学工艺类及其相近专业的一门主干课,是学生在具备了物理化学、化工原理等基础知识后必修的技术基础课。
本课程的任务是概括、深化热力学的基本定律和有关的理论知识，研究化工过程中各种能量的相互转化和有效利用，研究各种物理化学变化过程达到平衡的理论极限、条件或状态。目标是使学生获得巩固的专业理论基础知识，培养和提高学生从事化工生产、设计和科学研究工作的理论分析能力。
三、学时安排
课程内容与学时分配表
章 节
内 容
学 时
第一章
绪论
2
第二章
流体的P-V-T关系
8
第三章
纯流体的热力学性质
8
第四章
流体混合物的热力学性质
12
第五章
化工过程的能量分析
10
第六章
相平衡
8
第七章
化学反应平衡
6
四、课程教学内容与基本要求
第一章　绪论
一、教学目的：通过本章学习，能够了解化学热力学研究的对象及其在化学工程中的应用，热力学的研究方法。
二、基本要求：
1.了解化工热力学的主要内容，化工热力学研究范围和研究方法，化工热力学在化学工程中的应用情况。
2.理解“化工热力学”与“物理化学”的主要区别
3.掌握化工热力学的基本概念
三、重点:明确化工热力学的主要任务和化工热力学研究的特点
难点:认识化工热力学的重要作用
四、教学方法：课堂讲授。
五、主要内容：化学热力学研究的对象及其在化学工程中的应用，热力学的研究方法。
第二章 流体的p-V-T关系
一、教学目的：通过本章学习，在了解纯物质p-V-T行为的基础上，掌握常见的状态方程。
二、基本要求：
1.了解维里方程的几种形式和物理意义，多参数状态方程，Lydersen 三参数压缩因子图，液体的PVT关系，液体的P-V-T 性质的计算，相互作用参数的含义和取值
2.理解纯物质的P-V-T相图及相图上的重要概念，R-K方程的迭代形式及应用，对比态原理，气体混合物的虚拟临界参数
3.掌握偏心因子，三参数压缩因子图，Pitzer 普遍化压缩因子图，普遍化第二维里系数，，R-K方程，Kay规则，用Antoine方程计算饱和蒸汽压，真实气体混合物性质的计算
三、重点:（1）立方型状态方程的普遍特点及计算
（2）三参数压缩因子图
（3）气体混合物的第二维里系数及应用
（4）R-K方程的混合规则
难点:（1）P-V图、P-T图上点线面的关系，
（2）各种状态方程的特点，
（3）对比态原理的理解。
四、教学方法：课堂讲授。
五、主要内容：纯物质的P－V－T关系，气体的状态方程，对比态原理及其应用，真实气体混合物的P－V－T关系，液体的P－V－T。
第三章 纯流体的热力学性质
一、教学目的:通过本章学习，掌握各热力学性质间的关系，进而学会计算一个实际过程的焓变和熵变，并学会一些热力学性质图表的应用。
二、基本要求：
1.了解:焓、内能、吉布斯函数、亥姆霍茨函数的定义式，Maxwell关系式、能量方程导数式，理想气体焓变和熵变计算，理想气体焓和熵随温度、压力的变化关系式
2.理解封闭系统热力学基本方程，麦克斯韦关系式的用途，剩余性质的概念，利用维里方程计算剩余性质
3.掌握剩余焓、剩余熵与P、V、T的关系式，对于一个实际过程，设计焓变和熵变的计算途径，利用状态方程计算焓变和熵变，利用R-K方程计算剩余性质，利用普遍化关联式计算焓变和熵变，利用普遍化第二维里系数计算剩余焓和剩余熵，利用Pitzer三参数焓熵图计算剩余焓和剩余熵，蒸发焓与蒸发熵（重点），T-S图的形状和构成，T-S图的制作及使用，水蒸气表的构成及使用
三、重点:（1）定组成体系热力学性质间关系式
（2）剩余性质的概念与计算
（3）利用状态方程计算焓变和熵变
（4）利用普遍化关联式计算焓变和熵变蒸发焓与蒸发熵
难点:（1）剩余性质概念及计算
（2）根据实际需要选择合适的计算方法
（3）水蒸汽特性表的应用
四、教学方法：课堂讲授。
五、主要内容：热力学性质间的关系，热力学性质的计算，逸度与逸度系数，两相系统的热力学性质及热力学图表。
第四章 流体混合物热力学性质
一、教学目的:通过本章学习，能理解流体混合物的相关热力学性质，正确理解使用混合物中组元的逸度与活度的概念，为相平衡的计算打下基础。
二、基本要求：
1.了解变组成系统的热力学基本方程，偏摩尔量的定义及提出的意义 ，理想混合物的定义，理想混合物的相关热力学性质，逸度与逸度系数的概念，逸度系数与PVT的关系式，温度、压力对逸度和活度的影响，了解由状态方程和混合规则推导混合物中组分逸度系数关系式的过程，活度的定义，活度系数，半经验型活度系数方程
2.理解化学势（位）的概念，混合性质的概念，混合性质与偏摩尔量的关系，理想溶液及其标准态，逸度及逸度系数、活度及活度系数的定义式，由状态方程和混合规则推导混合物中组分逸度系数关系式的过程，活度系数标准态的选择，超额性质的定义。
3.掌握均相流体混合物热力学性质关系式，偏摩尔量的定义及计算，作图法计算偏摩尔量，二元截距法计算偏摩尔量，Gibbs- Duhem 方程，混合体积变化和混合焓变的计算，利用R-K方程计算纯物质的逸度系数，利用普遍化的第二维里系数计算逸度系数，利用三参数普遍化逸度系数图计算逸度系数，纯液体逸度的计算式，超额性质与活度系数关系式，活度系数与组成关联式，Margulas方程、Van Laar方程的应用及适用条件，Wilson 方程。
三、重点:（1）偏摩尔量的定义及计算
（2）利用偏摩尔性质的定义， Gibbs- Duhem 方程，灵活推导偏摩尔性质与混合物性质间的关系。
（3）理想溶液及其标准态
（4）逸度与逸度系数的概念
（5）各种逸度系数的计算。
（6）半经验型活度系数方程
难点: （1）偏摩尔性质、标准态概念的正确理解。
（2）混合物性质与组分性质之间的关系及计算。
（3）利用偏摩尔性质的定义和Gibbs-Duhem方程推导偏摩尔性质与混合物性质间的关系。
（4）逸度系数的计算。
四、教学方法：课堂讲授。
五、主要内容：变组成体系热力学性质间的关系，化学位和偏摩尔性质，混合物的逸度与逸度系数，理想溶液和标准态，活度与活度系数，混合过程性质变化，超额性质，活度系数与组成的关系。
第五章 化工过程能量分析
一、教学目的：通过本章学习，能够了解热力学分析中的基本概念及基本方法，会应用热力学第一定律等分析实际问题。
二、基本要求：
1.了解热力学第一定律和热力学第二定律，熵与熵增原理，热力学效率、有效能效率，制冷工质的选择，热力学图表的形成方法，各种热力学循环在工业上的应用，合理用能的意义、基本原则和途径。
2.理解可逆轴功、实际轴功，熵流、熵产生，有效能与理想功的关系，有效能损失，能量的可利用程度或品质的高低，过程热力学分析的三种基本方法及化工各过程的节能原理
3.掌握开系稳流过程的能量平衡式及熵平衡式及在各种特定条件下的简化，掌握热机效率的计算，轴功的计算，热量衡算，理想功、损耗功、有效能和无效能的概念及计算，热力学图表的应用，有效能平衡方程式及有效能分析。熟练掌握热力学第一定律和热力学第二定律在工程上的应用，掌握能量平衡方程：△E=Q-W。
三、重点：（1）能量平衡方程表达式中各项意义，计算基准，建立能量守恒式的方法及其在工程上的应用
（2）热效应和功的计算；
（3）熵增原理、熵平衡(熵产和熵流)
（4）理想功、损失功和有效能等概念及计算方法。
（5）热力学效率、有效能效率（重点）
（6）有效能平衡方程式及有效能分析
难点：（1）正确理解热力学第二定律。
（2）熵增原理概念、各种效率
四、教学方法：课堂讲授。
五、主要内容：能量平衡方程，功热间的转化，熵函数，理想功、损失功及热力学效率，（火用）与（火无），（火用）衡算及（火用）效率。
第六章 相平衡
一、教学目的：通过本章学习，能学会应用化工热力学的知识处理汽液平衡计算（主要是泡、露点的计算）。
二、基本要求：
1.了解平衡判据，相对挥发度，相平衡常数，泡、露点的概念，一般正偏差、一般负偏差和具有共沸点系统的相图特征
2.理解相平衡的条件和三个判据，相律及其应用
3.掌握汽液平衡关系式及其应用，活度系数与液相组成关系式，Margulas、Van Laar、Wilson 方程中参数的确定方法，用Margulas、Van Laar、Wilson 方程计算液相活度系数，完全互溶体系在中低压下汽液平衡的计算方法 ，中低压下泡、露点计算，汽-液平衡数据的热力学检验
三、重点:（1）平衡条件和判据，相律及其应用
（2）中低压下泡、露点计算
难点:（1）活度系数模型
（2）相平衡计算
四、教学方法：课堂讲授。
五、主要内容：相平衡的判据与相律，汽液平衡的相图，汽液平衡的计算，液液平衡，气液平衡，含盐体系的相平衡，三元水盐体系的相图及其应用。
第七章 化学反应平衡
一、教学目的：通过本章学习，能学会应用化工热力学的知识处理化学平衡计算（主要是平衡体系为混合理想溶液的计算）。
二、基本要求：
1.了解平衡常数的影响因素，用逸度系数、活度系数等处理化学平衡的计算方法，了解复杂体系的化学反应平衡
2.理解化学反应的计量关系，化学平衡判据，化学反应平衡常数的概念及计算方法
3.掌握反应进度概念，平衡反应的平衡组成计算。
三、重点：化学平衡的计算（平衡常数法，总自由焓极值法）。
难点：独立反应的确定。
四、教学方法：课堂讲授。
五、主要内容：化学反应平衡基础，平衡常数与平衡组成间的关系，工艺参数对化学平衡组成的影响， 反应系统的相律和DUHEM理论，复杂体系的化学反应平衡。
五、课程教学方式与考核方式
1.教学方式
课堂讲授为主，辅以课后作业。
2.考核方式
闭卷考试。
六、参考教材及教学参考资料
参考教材：
陈钟秀、顾飞燕，化工热力学（第二版），化学工业出版社，2005-11。
参考资料：
[1] 朱自强、徐汛合编，化工热力学（第二版），化学工业出版社，2004。
[2] 陈新志、蔡振云等编，化工热力学（第三版），化学工业出版社，2009。
[3] 冯新、宣爱国等编，化工热力学，化学工业出版社，2009。
七、实验教学内容与要求
无
八、实习教学内容与要求
同其他课程合并实习。