化工热力学课程简介与大纲.doc

化工热力学课程简介课程名称：化工热力学/ Chemical Engineering Thermodynamics课程代码：1038021020学时/学分：72/4.5 课堂授课：56 实验学时：16课程主要内容：本课程系统地讲授将热力学原理应用于化学工程技术领域的研究方法。它以热力学第一、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，深刻阐述了各种物理和化学变化过程达到平衡的理论极限、条件和状态；利用化工热力学的基本理论对化工中能量进行分析；利用化工热力学的原理和模型对化工中涉及到的化学反应平衡原理、相平衡原理等进行分析和研究；利用化工热力学的方法对化工中涉及的物系的热力学性质和其它化工物性进行关联和推算等。适用专业：化学工程与工艺先修课程：高等数学IV，物理化学III推荐教材：1、陈钟秀, 顾飞燕，胡望明编，化工热力学（第二版），化学工业出版社, 2001年2、朱自强主编，化工热力学（第二版），化学工业出版社, 1991年参考书：1、Smith J M and Van Ness H C. Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics. 6thed.（影印版），化学工业出版社，2002年2、陈钟秀, 顾飞燕，化工热力学例题与习题，化学工业出版社, 1998年3、陈新志，蔡振云，夏薇，化工热力学习题精解，科学出版社, 2002年化工热力学课程教学大纲授课专业：化学工程与工艺 学时数：72 学分数：4.5课程讲授：56 实验学时：16一、课程的性质和目的化工热力学是化学工程学的一个重要分支，是化学工程与工艺专业必修的专业主干课程。化工热力学的原理和应用知识是从事化工过程的研究、开发以及设计等方面工作必不可少的重要理论基础，是一门理论性与工程应用性均较强的课程。化工热力学就是运用经典热力学的原理，结合反映系统特征的模型，解决工业过程（特别是化工过程）中热力学性质的计算和预测、相平衡和化学平衡计算、能量的有效利用等实际问题，为学习后续课程和解决化工过程的实际问题打下牢固的基础。二、课程教学的基本要求本课的教学环节包括课堂讲授，学生自学，习题讨论课，实验，答疑和期末考试。通过上述基本教学步骤，要求学生理解并掌握各热力学函数的物理含义，和获得各热力学函数数值的基本方法；学会各种化工过程的热、功计算，并进一步了解化工热力学在化工领域中的应用。三、课程教学内容第1章 绪论（2学时）（1）化工热力学发展简介（2）化工热力学内容和应用 （3）化工热力学的研究方法第2章 流体的P-V-T关系（8学时）（1）纯物质的P-V-T 关系 （2）真实气体的状态方程：维里方程；RK方程；SRK方程；PR方程；多常数状态方程。（3）对比态原理及其应用：对比态原理；偏心因子和普遍化第二维里系数法。（4）真实气体混合物的P-V-T关系：状态方程参数的混合规则，虚拟临界参数法。（5）液体的P-V-T性质。第3章 流体的热力学性质（6学时） （1）定组成体系热力学性质间基本关系式。 （2）单相体系热力学性质计算：焓变、熵变的计算；参比态的选择；剩余性质的定义与计算；用状态方程和普遍化关系式计算真实气热力学性质。（3）两相系统的热力学性质及热力学图表：两相系统热力学性质；热力学性质图；水的性质表。第4章 溶液的热力学性质（14学时）（1）变组成体系热力学性质间关系式和化学位。（2）偏摩尔性质与化学位的定义和物理定义，Gibbs-Duhem方程，偏摩尔性质的计算。（3）逸度和逸度系数：逸度和逸度系数的定义及物理意义；由 H、S数据、状态方程和普遍化关系计算单组分气体和液体逸度；气体混合物中组分逸度和组分逸度系数的定义和基本计算方程；由状态方程计算组分逸度系数。（4）理想溶液：理想溶液的逸度；两种标准状态（Lewis-Randall和Henry定律）及其选用；理想溶液的特点和意义。 （5）活度和活度系数：定义和物理意义。 （6）混合性质变化：定义；理想溶液的混合性质变化。（7）超额性质：定义和物理意义；超额自由焓和活度系数。第5章 化工过程的能量分析（10学时） （1）热力学第一定律与能量平衡方程：热力学第一定律；稳定流动体系能量平衡方程及其在化工过程中应用。 （2）热功转换的不等价性和热力学第二定律。 （3）熵：熵的定义及熵变计算；熵增原理；熵平衡、熵产和熵流。 （4）理想功、损失功及热力学效率：理想功定义和稳流过程理想功；损失功的定义和计算；热力学效率的定义。 （5）有效能及其计算：有效能定义；稳流体系有效能计算；有效能衡算及有效能效率。 第6章 蒸汽动力循环和制冷循环（6学时）（1）蒸汽动力循环：朗肯循环；朗肯循环的改进。（2）节流膨胀与对外作功的绝热膨胀。（3）制冷循环：蒸汽压缩制冷循环；吸收制冷循环。第7章 相平衡和化学平衡（10学时）（1）相平衡判据与相律。（2）汽液平衡相图：相特征；相图类型。（3）汽液平衡：汽液平衡的基本问题、求解类型和热力学处理方法；低压汽液平衡计算；用活度系数法进行汽液平衡计算；用状态方程法进行汽液平衡计算；闪蒸计算。（4）液液平衡：溶液的相分裂；液液平衡关系及计算。（5）化学反应平衡基础：化学平衡判据；化学反应的计量关系和反应进度；化学反应平衡常数及计算。第8章 化工热力学实验（16学时）（1）二氧化碳的PTV关系测定（4学时）加深对二氧化碳的各种热力学状态：凝结、汽化、饱和状态、临界状态等概念的感性认识；掌握测定实际气体状态变化规律的方法和技巧；掌握活塞式压力计、恒温水浴的正确使用方法。（2）气相色谱法测定无限稀释活度系数（4学时）掌握用气相色谱法测定无限稀释活度系数的原理和方法；了解实验的气路流程和色谱仪的操作方法；掌握皂膜流量计测气体流速的方法以及体积流量的校正。（3）恒（常）压下汽液平衡的测定（8学时）掌握循环法测定二元系统常压下汽液平衡数据的原理和方法；掌握阿贝折光仪的使用以及温度计的露茎校正；用最小二乘法求Van Laar方程的系数；用热力学一致性检验实验结果的可靠性。四、建议教材与教学参考书:1 陈钟秀, 顾飞燕，胡望明编，化工热力学(第二版) ，化学工业出版社, 2001年2 朱自强主编，化工热力学(第二版) ，化学工业出版社, 1991年3 Smith J M and Van Ness H C. ，Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics. 6thed.（影印版），化学工业出版社，2002年4 陈钟秀, 顾飞燕，胡望明编，化工热力学例题与习题，化学工业出版社, 1998年5 陈新志，蔡振云，夏薇，化工热力学习题精解，科学出版社, 2002年化工热力学考试大纲考试对象修完该课程所规定内容的化学工程与工艺专业本科学生。考试目的考核学生对化工热力学的基本概念、基本理论、基本技能的掌握情况和运用能力，属水平测试。考试的内容和要求一、概论二、流体的P-V-T关系1. 了解P-V-T关系是热力学性质计算的基础。2. 清楚了解、Vci、Vri等热力学函数的定义式及其物理含义。3. 掌握RK方程系数的求取方法，会用RK方程作有关P-V-T的互求计算。4. 掌握普遍化方法，能写出方法名称及基本计算式，会用普遍化方法进行PVT的计算。5. 了解CO2的PVT关系实验中质面比的意义及其用处，能正确分析该实验中带来误差的原因。三、流体的热力学性质.清楚了解MR、fiV、fiL、等热力学函数的定义式及其物理含义。.掌握单相定组成体系摩尔性质的基本关系式的使用范围，相互之间的推演，以及推导出H、U、S等热力学函数的微分计算式。.掌握用解析法、图解法求算热力学性质的主要思路、步骤，以及HT、ST的计算步骤。.掌握用普遍化方法进行热力学性质的计算方法，特别是热力学图表的使用。四、溶液的热力学性质.清楚了解i、f、M、ME 等热力学函数的定义式。.掌握均相二元体系的偏摩尔性质的计算方法（公式和图解）。.了解标准态的概念及种类？例如已知二元体系的VM-xi关系，如何确定V1、V2、V1、V2。.GE-i的第一、第二关系式及其应用。.Gibbs-Duhem方程式及其应用。五、化工过程能量分析.清楚了解Wm、Ws、(Wm)max、(Ws)max、W流等热力学函数的定义式及其计算。.清楚了解热力学第一定律的各种数学表达式及其使用范围。.正确计算各种过程的热效应和功量（包括五种基本热力学过程）。4.清楚了解熵增原理、S、Wid（封闭体系、稳流体系）、W损、a、Sg、Sf、Exph、AN等热力学函数的定义式及其计算。5.正确利用熵平衡式判断各种体系的熵变是正？是负？还是零？6.明确认识实际发生的过程不仅有方向、限度的问题，而且由于过程的不可逆性会导致能量级别的下降。7.掌握各种过程的熵变、Wid、W损、有效能、无效能的计算。六、蒸汽动力循环和制冷循环. 掌握各种循环（蒸汽动力循环、制冷循环、热泵）的补偿形式、工艺流程、以及在各种热力学图上的表示等。2. 熟悉动力循环和制冷循环中热量、制冷量、功耗和循环效率的计算。七、相平衡与化学平衡.对相律及其应用有进一步的理解；相平衡的判断式。2.掌握理想气体混合物-非理想溶液体系的汽液平衡计算方法（包括泡点、露点的计算）。3.了解活度系数与液相组成的关系式建立方法，以及该关系式的应用。4.了解汽液平衡数据是否是