化工热力学知识点

一、课程介绍化学热力学是化学工程领域的重要领域，是化学工程专业学生必不可少的基础技术课程。化学热力学过程与化学过程相结合，描述了热力学的基本原理、定理及其应用，解决了工业过程(尤其是化学过程)热力学特性的计算和预测、相平衡计算、能源的有效利用等实际问题。二、教育目的训练学生利用热力学定律和相关理论知识从化学工程设计和研究中获取物理数据。如何计算化学过程的能量和汽液平衡等相关问题，以及化学过程热力学分析的基本能力，为参与后续专业课程的学习和实际工作提供了基础。三、教育要求化学热力学以基本热力学关系为基础，着重讨论能源关系和构成关系。本课程必须具备高级数学或物理化学等特定背景知识。灵活的课程教学方法，使学生能够正确理解基本概念，掌握各种基本公式的应用领域和应用技术，在化学工程设计和研究中查找物理数据，掌握平衡数据的各种方法。上课说明、自学、作业等多种方式进行。四、教育内容第一章简介本章的学习目的和要求：了解化学热力学的简要历史、主要内容及研究方法。第二章流体的P-V-T关系本章的学习目的和要求：对相图中点、线、面物理意义的纯物质PVT的理解，掌握临界点的物理意义和数学特性；了解理想气体的基本概念和数学表示方法，掌握使用状态方程计算纯物质PVT特性的方法。了解对比状态原理，掌握了利用三参数比较状态原理计算纯物质PVT特性的方法。了解实际气体混合物PVT特性的计算方法。第一节纯物质的PVT关系1.主要内容：P-V相图、流体。基本概念和知识点：临界点。3.能力要求：掌握临界点的物理意义和数学特性。第二节气体状态方程1.主要内容：理想气体状态方程、维方程、R-K方程。2.基本概念和知识点：理想气体的数学表示方法，维里方程，van der Waals方程，R-K方程。3.能力要求：掌握使用状态方程计算纯物质PVT特性的方法。第三节比较状态原理及其应用1.主要内容：三参数比较状态原理，广义状态方程。2.基本概念和知识点：比较状态原理，作为第三参数的比较状态原理，广义二维内部系数。3.能力要求：了解对比状态的原理，掌握使用三参数对比状态的原理计算纯物质的PVT特性的方法。第4节实际气体混合物的PVT关系1.主要内容：混合规则、气体混合物的虚拟临界参数、气体混合物的二维内部系数。2.基本概念和知识点：气体混合物的虚拟临界参数，气体混合物的二维内部系数。3.能力要求：了解实际气体混合物PVT特性的计算方法。第三章纯物质(流体)的热力学性质本章的学习目的和要求：理解麦克斯韦关系，掌握热力学性质之间的基本关系，使用P-V-T计算其他热力学性质的关系；了解热容量和剩余特性的概念，了解蒸发焓和蒸发熵的计算方法，利用状态方程和三参数对应状态原理确定焓和熵变化的计算方法；了解热力学特性图和表构建原理后，使用热力学特性图或表进行计算。第一节热力学性质的关系1.主要内容：热力学基本方程，麦克斯韦关系。2.基本概念和知识点：热力学基本方程、麦克斯韦关系及应用。3.能力要求：了解Maxwell关系，了解热力学特性之间的基本关系，使用P-V-T计算其他热力学特性的关系。第二节焓变化和熵变化计算1.主要内容：热容量、理想气体的h，t，p的s变化、实际气体的h，t，p的s变化、实际气体焓变化和熵变化计算。2.基本概念和知识点：热容量、剩余特性、实际气体焓变化和熵变化计算、蒸发焓和蒸发熵。3.能力要求：了解热容量和剩余特性的概念，了解蒸发焓和蒸发熵的计算方法，掌握使用状态方程和三参数对比状态原理计算焓和熵变化的方法。第三节纯物质两相体系的热力学性质和热力学图1.主要内容：两相系统的热力学特性，热力学特性图。2.基本概念和知识点：两相系统的热力学特性，热力学特性图。3.能力要求：了解热力学特性图、表构建原理，并使用热力学特性图或表计算。第四章均质混合物的热力学性质本章的学习目的和要求：理解化学位置的概念，掌握变分组成体系的热力学基本方程。了解部分摩尔特性的概念，掌握部分摩尔特性的热力学关系、Gibbs-后血红素方程和计算方法。了解混合过程特性变化的概念，掌握计算混合过程特性变化的方法。理解日化和日化系数的概念，掌握纯物质日化系数的计算方法，了解混合物组元日化系数和液体日化的计算方法；了解理想溶液和标准状态的概念，掌握计算理想溶液混合特性变化的方法；理解活动、活动系数和标准状态、过剩特性的概念，掌握过剩吉布斯自由能计算方法。了解正则解模型和局部构造方程，了解如何计算Wohl类型方程和Wilson方程。第一节可变配置系统的热力学关系1.主要内容：可变配置系统的热力学关系。2.基本概念和知识点：都是上演系统的热力学基本关系，化学位置。3.能力要求：理解化学位置的概念，掌握菌相开放系统的热力学基本关系。第二节部分摩尔特性1.主要内容：部分摩尔特性，部分摩尔特性的热力学关系，部分摩尔特性计算，Gibbs-后血红素方程。2.基本概念和知识点：部分摩尔特性，部分摩尔特性的热力学关系，部分摩尔特性计算，Gibbs-后血红素方程。3.能力要求：了解部分摩尔性的概念，掌握部分摩尔性的热力学关系、Gibbs-后血红素方程和计算方法。第三节混合过程的特性变化1.主要内容：混合过程的特性变化，混合过程的焓变化。2.基本概念和知识点：混合过程的特性变化，混合过程的焓变化。3.能力要求：了解混合过程的特性变化概念，掌握计算混合过程特性变化的方法。第四节轶事和轶事系数1.主要内容：后日图和后日图的定义，后日图和后日图的系数计算。2.基本概念和知识点：日化和日化系数、日化和日化系数计算。3.能力要求：了解日化和日化系数的概念，掌握纯物质日化系数的计算方法，了解混合物组元日化系数和液体日化的计算方法。第五节理想解决方案1.主要内容：理想溶液，理想溶液的混合特性变化。2.基本概念和知识点：理想溶液和标准状态，理想溶液的混合特性变化。3.能力要求：了解理想溶液和标准状态的概念，掌握计算理想溶液混合特性变化的方法。第六节活动和活动系数1.主要说明：活动和活动系数、活动系数标准状态的选择、超出特性。2.基本概念和知识点：活动和活动系数、活动系数标准状态的选择、超额性质。3.能力要求：了解活动、活动系数和标准状态、超性质的概念，掌握超吉布斯自由能的计算方法。第七节活动系数模型1.主要内容：正则溶液模型、Wohl类型方程、局部本构方程。2.基本概念和知识点：正规溶液、Wohl型方程、Wilson方程。3.能力要求：了解正则解模型和局部构造方程，掌握计算Wohl型方程和Wilson方程的方法。第五章相平衡本章的学习目的和要求：了解相平衡标准和相法；掌握活动系数法表示的汽液平衡计算公式。了解中低压二元汽液平衡相图，了解中低压气泡点和露点计算过程，掌握低压汽液平衡计算方法；了解烃系统的k值方法和闪速计算方法。掌握汽液平衡数据的热力学一致性测试方法。第一节相位平衡基础1.主要内容：相平衡标准，相律。2.基本概念和知识点：相平衡标准，相规律。能力要求：了解相平衡标准和相定律。第二节互溶系统的汽液平衡关系1.主要内容：状态方程法、活动系数法。2.基本概念和知识点：状态方程法、活动系数法。能力要求：掌握用活动系数法表示的汽液平衡计算公式。第3节中低压汽液平衡1.主要内容：中低压二元汽液平衡相图、中低压气泡点和露点计算、低压汽液平衡计算。2.基本概念和知识点：中低压发泡剂和露点计算，低压汽液平衡计算，碳氢系统的k值方法和闪蒸计算。3.能力要求：了解中低压二元汽液平衡相图，了解中低压发泡点和露点计算过程，了解低压汽液平衡计算方法，了解碳氢系统的k值方法和闪蒸计算方法。第四节汽液平衡数据的热力学一致性检验1.主要内容：积分检验法。2.基本概念和知识点：等温汽液平衡数据，等压汽液平衡数据。3.能力要求：掌握汽液平衡数据热力学一致性测试的方法。第六章化学过程的能量分析本章的学习目的和要求：能够掌握其他系统的能量平衡并进行相关计算。理解热力学第二定律的定性表示，掌握熵增原理和利用熵平衡的分析计算方法。理解理想工作、损失工作和热力学效率的概念，掌握理想工作、损失工作和热力学效率的计算方法。理解有效能源和有效能源效率等概念，掌握有效能源和有效能源效率的计算；理解能量平衡算法、理想工作和损失公法、有效能量平衡算法在工艺热力学分析中的应用。热力学第一定律1.主要内容：封闭系统的热力学第一定律，稳定系统的热力学第一定律及其应用。2.基本概念和知识点：能量保存的基本，封闭系统和正常流系统的热力学第一定律及其应用。3.能力要求：确定不同系统的能量平衡并执行相关计算。第二节热力学第二定律1.主要内容：熵和熵增原理、熵产生和熵平衡。2.基本概念和知识点：熵和熵的增长原理，熵生成和熵的平衡。3.能力要求：了解热力学第二定律的定性表示，掌握熵增原理和熵平衡的分析计算方法。第三节理想工作、损失工作和热力学效率1.主要内容：理想工作，损耗工作，热力学效率。2.基本概念和知识点：理想工作，损失工作，热力学效率。3.能力要求：了解理想力、损失力和热力学的效率，掌握计算理想力、损失力和热力学效率的方法。第四节有效能量1.主要内容：有效能量，正常流动过程可以有效计算，有效能量损失，有效能效。2.基本概念和知识点：有效能量，在正常流动过程中物理有效能量的计算，有效能量损失，有效能量效率。3.能力要求：了解有效能源和有效能源效率等概念，了解有效能源和有效能源效率的计算。第五节化学过程的能量分析和合理的能源使用1.主要内容：能量平衡算法、理想功率和损耗公法、有效能量平衡算法。2.基本概念和知识点：能量平衡算法、理想的电力和损失公法、有效的能量平衡算法。3.能力要求：了解能量平衡算法、理想工作和损失公法、有效能量平衡算法在工艺热力学分析中的应用。第七章压缩、膨胀、蒸汽动力循环和制冷循环本章的学习目的和要求：了解气体压缩过程，掌握压缩作业计算方法。了解膨胀过程，了解膨胀过程中工作的计算方法。了解蒸汽动力循环的基本过程，掌握Rankine循环的热力学分析方法。了解制冷循环过程。第一节气体压缩1.主要内容：等温压缩、绝热压缩、可变压缩。2.基本概念和知识点：等温压缩、绝热压缩、可变压缩。3.能力要求：了解气体的压缩过程，掌握压缩工作计算方法。第二节扩展过程1.主要内容：节流膨胀，绝热工作膨胀。2.基本概念和知识点：节流膨胀，绝热工作扩展。3.能力要求：了解膨胀过程，了解膨胀过程中工作的计算方法。第三节蒸汽动力循环1.主要内容：朗金循环及其热效率，蒸汽参数对热效率的影响，朗金循环改善。2.基本概念和知识点：Rankine循环及其热效率、蒸汽参数对热效率的影响、Rankine循环改善。3.能力要求：了解蒸汽动力循环的基本过程，掌握Rankine循环的热力学分析方法。第四节*制冷循环1.主要内容：理想的制冷循环、蒸汽压缩制冷循环。2.基本概念和知识点：理想的制冷循环，蒸汽压缩制冷循环。能力要求：了解制冷循环过程。建议的培训时数分配表章节内容学生窗口数非州理论部分第一章引言1第二章流体的P-V-T关系5第三章纯物质(流体)的热力学性质6第四章均质混合物的热力学性质10第五章相平衡8第六章