化工热力学课程教学大纲.doc

化工热力学课程教学大纲课程名称：化工热力学 课程类型: 专业课总 学 时： 54 讲课学时： 54 实验学时：0学分： 3适用对象: 化学工程、化学工艺、有机化工、石油加工技术先修课程：物理化学、化工工艺学、化工原理、高等数学、计算机语言一、 课程性质、目的与任务化工热力学是化学工程的重要分支和基础学科，是化工工艺专业及相关专业的专业基础课。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、教学基本要求 设置本课程，为了使学生能够掌握化工热力学的基本概念；能利用化工热力学的原理和模型计算化工中涉及热力学数据，能够利用相平衡原理和化学反应平衡原理分析问题；学习能量分析的基本方法。 通过本课程学习，要求学生：（1）理解化工热力学的基本概念和基本原理；（2）根据所要解决问题的性质，选择和使用计算流体热力学性质的数学模型；（3）计算化工过程的能量变化；（4）计算纯流体和混合物的相平衡和化学反应平衡；（5）了解热力学在化工过程中的主要实际应用。三、教学内容及要求 教学内容教学要求1 绪论（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掌握化工热力学的基本概念，了解化工热力学研究范围和研究方法，了解化工热力学在化学工程中的应用情况。2 流体的PVT关系（1）纯流体PVT 关系 （2）真实气体状态方程：维里方程；RK方程；SRk方程；PR方程；多参数状态方程。（3）对比态原理及其应用：对比态原理；偏心因子和三参数普遍化关系。（4）混合规则（5）液体的P-V-T性质（6）流体的饱和热力学性质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。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。3.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。4.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。3 流体的热力学性质 （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。 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。4 化工过程的能量分析 （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。（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。 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。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。5 蒸汽动力循环和制冷循环 （1）蒸汽动力循环：朗肯循环；朗肯循环的改进。 （2）制冷循环：蒸汽压缩制冷循环；吸收制冷循环。 （3）节流膨胀与对外作功的绝热膨胀 掌握将热力学第一定律应用于动力循环和制冷循环中，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。6 溶液的热力学性质 （1）变组成体系热力学性质间关系式和化学位。 （2）偏摩尔性质的定义和物理定义。 （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）；理想溶液的特点和意义。（5）混合性质变化：定义；理想溶液的混合性质变化。（6）活度和活度系数：定义和物理意义。 （7）超额性质：定义和物理意义；超额自由焓和活度系数。 （8）利用互联网资源查找和计算热力学数据。1.正确理解偏摩尔性质、化学位、逸度、混合性质变化、超额性质和标准态等概念。2.掌握均相流体混合物热力学性质关系式，会使用活度系数关系式。3.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，学会逸度和逸度系数计算方法。学会利用网上资源查找和计算热力学数据。7.相平衡（1） 相平衡判据与相律 （2） 汽液平衡的基本问题、求解类型和热力学处理方法 （3） 汽液平衡计算：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） 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；局部组成概念和Wilson方程。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。8.化学平衡化学反应平衡基础：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熟悉化学平衡判据、反应进度、化学平衡常数及其对气体反应的应用。四、课程的重点和难点1 绪论重点：明确化工热力学的主要任务 难点：认识化工热力学的重要作用2 流体的PVT关系重点 ：PR方程，以偏心因子为第三参数的普遍化法。 难点： P-V图、P-T图上点线面的关系，各种状态方程的特点，对比态原理的理解。3 流体的热力学性质 重点：剩余性质的概念与计算难点 :根据实际需要选择合适的计算方法 4 化工过程的能量分析重点：稳定流动体系能量平衡方程中各项意义，计算基准及其在工程上的应用。难点：正确理解热力学第二定律。5 蒸汽动力循环和制冷循环重点：正确理解制冷原理，理解同样的制冷原理可用于制冷和供热。 难点：蒸汽动力循环和制冷循环在T-S图和P-H图上的表示。 6 溶液的热力学性质 重点：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。逸度系数的计算。 难点 ：利用互联网资源查找热力学数据。查找和学会互联网上计算热力学性质的免费软件，分析计算结果的准确性。7 相平衡和化学平衡重点：中低压下汽液平衡的计算难点：相平衡计算 五、学时分配序号章节教学内容总学时学时分配讲授实验上机CAI备注1第一章绪论222第二章流体的PVT关系663第三章 流体的热力学性质664第四章化工过程的能量分析10105第五章蒸汽动力循环和制冷循环886第六章溶液的热力学性质10107第七章相平衡668第八章化学反应平衡66合计5454六、课程考核办法1.本课程为必修考试科目；2.本课程采用总评成绩评定方法，期末考试卷面成绩占70%，平时成绩占30%。七、教材与主要参考书教材： 陈钟秀, 顾飞