2015第一学期专业基础课课程大纲之化工热力学.doc

化工热力学 Chemical engineering thermodynamics 【课程编号】BJ27316 【课程类别】专业基础课 【学分数】4 【先修课程】物理化学、高等数学、 化工原理【学时数】64 【编写日期】2010.5【适用专业】化学工程与工艺(本科)一、 教学目的、任务化工热力学是化学工程学的重要组成部分，是化工过程研究、开发和设计的理论基础。本课程任务包括：1、以热力学第一、二定律为基础，研究化工过程各种能量的相互转化及其有效利用；2、研究各种物理和化学变化过程中达到平衡的理论极限、条件和状态，为分离过程、化学反应过程提供相平衡和化学平衡数据；3、为学习后续课程及毕业后参加实际工作奠定基础。二、 课程教学的基本要求要求学生能掌握纯流体热力学性质意义及计算方法；掌握热力学第一、二定律原理在化工过程能量计算和过程热力学分析中的应用；熟悉各种溶液热力学性质定义、物理意义、计算方法及其相互关系；掌握平衡条件判据及汽液平衡和化学平衡数据计算方法；能理论联系实际，灵活分析和解决实际化工生产和设计中的有关问题。三、 教学内容和学时分配（一）总论（或绪论、概论等） 2学时（课堂讲授学时+课程实验学时）主要内容：1、 热力学发展简史；2、 化工热力学的研究方法及其发展；3、 化工热力学在化学工业上应用。；教学要求：1、了解化工热力学的主要内容；2、掌握化工热力学的研究方法有经典热力学方法和分子热力学方法。（二）第一章 流体的PVT关系 10 学时（课堂讲授学时+课程实验学时）主要内容：1、纯流体PVT 关系； 2、真实气体状态方程：维里方程；范德华方程；Redlich-Kwong方程 ； 3、对应态原理及其应用：对比态原理和二参数普遍化关系；偏心因子和三参数普遍化关系；4流体的饱和热力学性质；5真实气体混合物PVT关系：虚拟临界常数法；Amaget定律和普遍化压缩因子图。教学要求：1、熟悉纯物质的P-V-T相图及相图上的重要概念；2、掌握维里方程及其应用，掌握R-K方程、SRK方程及P-R方程等三次型状态方程；3、能应用三次型状态方程计算气体和液体的摩尔体积，了解多参数状态方程在化工过程中的应用；4、理解对比态原理，掌握偏心因子和三参数普遍化关系。学会用按Antoine方程计算饱和蒸汽压。会用二元插值法求热力学数据；5、熟悉液体的P-V-T性质的计算及真实气体混合物性质的计算。（三）第二章 均相封闭系统热力学原理及其应用 9 学时 主要内容： 1、热力学定律与热力学基本关系式；2、定组成体系热力学性质间关系式：基本方程；点函数间数学关系式 和Maxwell方程； 3、单相体系热力学性质计算：DS、DH； 4、真实气热力学性质（H，S）计算：状态方程法、普遍化法； 5、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；热力学性质图表：水蒸汽特性表和TS图。 教学要求：1、学会运用状态方程和普遍化关系式来计算能满足工程需要的流体的焓、熵等热力学性质；2、掌握由单相纯物质性质计算两相区纯物质性质的方法；3、掌握工程上常用热力学图表的使用方法。（四）第三章 均相敞开系统热力学及相平衡准则 15 学时 主要内容： 1、均相敞开系统的热力学关系； 2、相平衡准则； 3、混合过程性质的变化； 4、偏摩尔性质、：偏摩尔性质定义和物理定义；偏摩尔性质计算：解析法、作图法；Gibbs-Duhem方程； 5、逸度( fugacity )和逸度系数：逸度和逸度系数的定义及物理意义； 纯气体的逸度计算：由 PVT实验数据，由 H、S数据，由状态方程，由普遍化关系；纯液体逸度；气体混合物中组分逸度：基本计算方程，由截项维里方程计算；混合物的逸度与其组分逸度之间关系； 压力和温度对逸度的影响； 6、理想溶液与理想稀溶液； 7、活度系数； 8、超额性质。 教学要求：1、溶液的偏摩尔性质；2、气体混合物中组分i的分逸度计算；3、活度的定义和标准态的选择；4、溶液混合过程性质变化及理想混合物；5、活度系数的获取方法及主要的活度系数方程。（五）第四章 非均相系统的热力学性质计算 10学时 主要内容：1、混合物的汽液平衡； 2、状态方程法计算混合物的汽液平衡； 3、状态方程+活度系数法计算混合物的汽液平衡；4、活度系数与组成关系式：正规溶液和无热溶液；Redlich-Kister经验式；Wohl型方程：Margules方程和Van Laar方程；局部组成概念和 Wilson方程。教学要求：1、掌握不同形式的二元汽液相图，了解一般正偏差、一般负偏差和具有共沸点系统的相图特征；2、掌握汽液平衡关系式及其应用；3、掌握完全互溶体系在中低压下汽液平衡的计算方法，能借助于软件用活度系数法和状态方程法进行汽液平衡计算。（六）第五章 流动系统的热力学原理及应用 8学时 主要内容：1、热力学第一定律( the first law of thermodynamics )与能量平衡方程：热力学第一定律；敞开体系能量平衡方程 ( energy balances for open systems)；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 (the second law of thermodynamics)； 熵( entropy)：熵的定义及熵的计算，熵增原理( principle of entropy increase) ；熵平衡、熵产(entropy production)和熵流( entropy flow)； 3、理想功( ideal work)和损失功 ：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； 4、有效能定义；5、有效能效率和有效能分析；6、蒸汽动力循环（ steam power cycle）：朗肯循环；朗肯循环的改进； 7、制冷循环( refrigeration cycle)：蒸汽压缩制冷循环；吸收制冷循环； 8、气体绝热膨胀制冷原理；节流膨胀：对外作功的绝热膨胀。教学要求：1、正确理解热力学第一定律和热力学第二定律，熟练掌握这两个基本定律在工程上的应用，可以进行热量、制冷量、功耗和循环效率的计算，进一步理解合理利用能源的意义和途径；2、理解能量的可利用程度或品质的高低，明确认识能量损失不仅是数量上的损失，还包括由于过程的不可逆性所导致的能量品级的降低。四、教学重点、难点及教学方法教学重点在于对考生应用所学理论分析处理实际问题能力的培养，难点在于引导学生逐步学会独立学习，在自学过程中善于提出问题，分析问题，作出判断，解决问题。本课程采用多媒体课件进行教学。 五、 考核方式及成绩评定方式 本课程为考试课，考试形式为闭卷。评分标准（满分：100）：平时成绩占30%，（论文：10分，作业：10分，课堂表现：10分），考试成绩占70%。六、 教材及参考书目教 材：陈新志等.化工热力学.北京:化学工业出版社，2001参考书： 1朱自强等.化工热力学.北京:化学工业出版社，1991 2陈钟秀等.化工热力学.北京:化学工业出版社，1995 3Smi