《化工熱力學(xué)》課程教學(xué)大綱

1、化工熱力學(xué)課程教學(xué)大綱課程代碼：040310課程名稱：化工熱力學(xué)/ Chemical Engineering Thermodynamics學(xué)時/學(xué)分：48/3先修課程：物理化學(xué)適用專業(yè)：化學(xué)工程與工藝 本科開課院系：化學(xué)化工學(xué)院 化學(xué)工程與工藝系教 材：陳鐘秀，顧飛燕，胡望明編. 化工熱力學(xué). 北京：化學(xué)工業(yè)出版社2004主要參考書：1金克新，趙傳鈞，馬沛生化工熱力學(xué). 天津：天津大學(xué)出版社20032 陳新志，蔡振云，胡望明化工熱力學(xué). 北京：化學(xué)工業(yè)出版社20013 Smith J M and Van Ness H C. Introduction to Chemical Engineerin

2、g Thermodynamics. 4th ed. McGraw-Hill. New York1996一、課程的性質(zhì)和任務(wù)化工熱力學(xué)是化學(xué)工程學(xué)科的一個重要分支，也是化學(xué)工程與工藝專業(yè)必修的專業(yè)基礎(chǔ)課程?；崃W(xué)是將熱力學(xué)原理應(yīng)用于化學(xué)工程技術(shù)領(lǐng)域，其主要任務(wù)是以熱力學(xué)第一、第二定律為基礎(chǔ)，研究化工過程中各種能量的相互轉(zhuǎn)化及其有效利用，研究各種物理和化學(xué)變化過程達(dá)到平衡的理論極限、條件和狀態(tài)。本課程將熱力學(xué)的理論應(yīng)用于化工生產(chǎn)中的真實(shí)流體和混合體系，解決化工過程中的熱力學(xué)問題，培養(yǎng)學(xué)生從熱力學(xué)的基本定律和定義出發(fā)，利用有限的資料解決工程問題的能力。它是化工過程研究、開發(fā)與設(shè)計的理論基礎(chǔ)。要求

3、通過本課程的學(xué)習(xí)，要求掌握常用的幾種氣體狀態(tài)方程，掌握流體熱力學(xué)性質(zhì)的計算方法，熟悉化工過程的熱力學(xué)分析方法及其在化工節(jié)能領(lǐng)域的應(yīng)用，掌握汽液平衡的計算方法，熟悉化學(xué)反應(yīng)平衡的計算，了解物性數(shù)據(jù)估算等關(guān)鍵內(nèi)容。二、課程的內(nèi)容和基本要求緒言 要求：了解課程性質(zhì)、任務(wù)、要求、學(xué)習(xí)注意點(diǎn)。第一章 真實(shí)流體的PVT關(guān)系流體的PVT關(guān)系是化工工藝設(shè)計計算和研究熱力學(xué)問題的基礎(chǔ)，重點(diǎn)講解加壓下真實(shí)氣體及其混合物的PVT關(guān)系的計算方法。1.1 真實(shí)氣體狀態(tài)方程要求：掌握有關(guān)狀態(tài)方程的理論基楚、適用范圍和計算方法，掌握真實(shí)氣體對理想氣體的偏差，范德化方程，維里方程，R-K方程及其改良形式，多參數(shù)方程等。1.2

4、 對比態(tài)原理及應(yīng)用要求：掌握對比狀態(tài)原理，以偏心因子為第三參數(shù)的通用關(guān)系式，能正確使用三參數(shù)通用關(guān)系式計算真實(shí)氣體的壓縮因子、PVT關(guān)系。1.3 真實(shí)氣體混合物的PVT關(guān)系 要求：掌握臨界參數(shù)法，混合物的維里方程，混合物的狀態(tài)方程，能正確選用恰當(dāng)?shù)姆椒ń鉀Q真實(shí)氣體混合物的PVT關(guān)系問題。1.4 液體的PVT關(guān)系 要求：熟悉液體的狀態(tài)方程、通用關(guān)系式。第二章 純流體的熱力學(xué)性質(zhì)重點(diǎn)講解真實(shí)流體熱力學(xué)函數(shù)計算的原理和方法，純物質(zhì)的逸度和逸度系數(shù)，熱力學(xué)圖表。2.1 熱力學(xué)性質(zhì)間的基本關(guān)系 要求：掌握熱力學(xué)第一、第二定律及熱力學(xué)函數(shù)的定義，熟悉熱力學(xué)基本方程式，熟悉重要的熱力學(xué)函數(shù)關(guān)系式。2.2 純

5、流體熱力學(xué)性質(zhì)計算 要求：掌握參比態(tài)的概念，剩余函數(shù)定義，真實(shí)流體焓和熵的計算原理，剩余焓、剩余熵的計算方法，內(nèi)能、自由能、自由焓的計算方法。2.3 逸度和逸度系數(shù)要求：掌握逸度和逸度系數(shù)的定義，純氣體逸度的計算，純液體逸度的計算，壓強(qiáng)對逸度的影響。2.4 熱力學(xué)圖表 要求：掌握溫熵圖，壓焓圖，理解圖中主要曲線的熱力學(xué)特征，熟悉熱力學(xué)圖表的使用方法。第三章 流體混合物的熱力學(xué)性質(zhì) 重點(diǎn)講解變組成體系的熱力學(xué)性質(zhì)，偏摩爾性質(zhì)，混合流體的組分分逸度和分逸度系數(shù)，理想溶液，活度和活度系數(shù)計算方程。3.1 變組成體系熱力學(xué)基本方程 要求：掌握開放體系熱力學(xué)第一定律。 3.2 偏摩爾性質(zhì) 要求：掌握偏摩

6、爾量的性質(zhì)及加和公式。 3.3 混合物逸度和逸度系數(shù)要求：掌握混合物中組份的分逸度和分逸度系數(shù)的概念和計算方法。3.4 理想溶液要求：掌握理想溶液的模型，掌握理想溶液中的偏摩爾熱力學(xué)函數(shù)與摩爾函數(shù)的關(guān)系，熟悉L-R定則。3.5 活度與活度系數(shù) 要求：掌握活度及活度系數(shù)定義，溶液的超額性質(zhì)，掌握如何從超額函數(shù)推算活度系數(shù)，掌握液相活度系數(shù)估算方程，重點(diǎn)熟悉Margules方程、Van Laar方程、Wilson方程和NRTL方程。第四章 壓縮與冷凍 重點(diǎn)講解開放體系的熱力學(xué)第一定律，壓縮過程重要技術(shù)參數(shù)計算，單級蒸汽壓縮制冷循環(huán)，火用概念及應(yīng)用。4.1 開放體系熱力學(xué)第一定律 要求：掌握穩(wěn)流過程

7、的熱力學(xué)第一定律及表達(dá)式。4.2 壓縮過程 要求：掌握壓縮過程的熱力學(xué)分析，掌握單級壓縮機(jī)工作參數(shù)的計算，了解多級壓縮過程。4.3 蒸汽壓縮制冷循環(huán) 要求：掌握節(jié)流過程的熱力學(xué)特性，掌握蒸汽壓縮制冷循環(huán)工作參數(shù)的計算方法，了解其它形式的制冷，冷凍劑和制冷劑的選擇。4.4 火用概念及應(yīng)用 要求：熟悉火用的概念，熟悉封閉體系和穩(wěn)流體系火用的計算，了解合理用能的概念。第五章 相平衡計算 重點(diǎn)講解相平衡的基本關(guān)系式和分類，相平衡的表示方法，根據(jù)相平衡的條件正確判別平衡類型，并選用適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行相平衡計算，重點(diǎn)講解汽相是理想氣體、液相是非理想溶液體系的相平衡計算。5.1 相平衡概念及分類 要求：掌握相平

8、衡的基本關(guān)系式和分類，相平衡的表示方法，5.2 汽液相平衡計算 要求：掌握選用適當(dāng)?shù)姆椒ㄟM(jìn)行相平衡計算，重點(diǎn)掌握汽相是理想氣體、液相是非理想溶液體系的相平衡計算。5.3 熱力學(xué)一致性檢驗 要求：掌握熱力學(xué)一致性檢驗的原理，掌握面積校核法，微分校核法。第六章 化學(xué)反應(yīng)平衡 重點(diǎn)講解化學(xué)反應(yīng)進(jìn)度，平衡常數(shù)及計算，復(fù)雜反應(yīng)體系的化學(xué)反應(yīng)平衡計算。6.1 化學(xué)反應(yīng)平衡基礎(chǔ) 要求：掌握化學(xué)反應(yīng)計量系數(shù)和反應(yīng)度概念及表達(dá)式，。6.2 平衡常數(shù)與平衡組成 要求：掌握標(biāo)準(zhǔn)自由焓變和平衡常數(shù)的關(guān)系。6.3 復(fù)雜體系的化學(xué)反應(yīng)平衡 要求：掌握復(fù)雜反應(yīng)體系的自由度分析，掌握化學(xué)反應(yīng)平衡計算中的平衡常數(shù)法、總自由焓極

9、值法。第七章 物性數(shù)據(jù)估算 重點(diǎn)講解流體熱力學(xué)性質(zhì)的估算方法。7.1 基本物性參數(shù)估算 要求：了解臨界常數(shù)、正常沸點(diǎn)等熱力學(xué)性質(zhì)的估算方法。7.2 其他熱性質(zhì)估算要求：了解流體蒸汽壓、流體熱化學(xué)性質(zhì)的估算方法。三、教學(xué)時數(shù)分配課 程 內(nèi) 容講課實(shí)驗習(xí)題課討論課課程設(shè)計上機(jī)小計緒言11第一章 真實(shí)流體的PVT關(guān)系1.1 真實(shí)氣體狀態(tài)方程221.2 對比態(tài)原理及應(yīng)用221.3 真實(shí)氣體混合物的PVT關(guān)系221.4 液體的PVT關(guān)系11第二章 純流體的熱力學(xué)性質(zhì)2.1 熱力學(xué)性質(zhì)間的基本關(guān)系112.2 純流體熱力學(xué)性質(zhì)計算332.3 逸度和逸度系數(shù)222.4 熱力學(xué)圖表22第三章 流體混合物的熱力學(xué)

10、性質(zhì)3.1 變組成體系熱力學(xué)基本方程11 3.2 偏摩爾性質(zhì)11 3.3 混合物逸度和逸度系數(shù)223.4 理想溶液223.5 活度與活度系數(shù)2222第四章 壓縮與冷凍4.1 開放體系熱力學(xué)第一定律114.2 壓縮過程114.3 蒸汽壓縮制冷循環(huán)224.4 火用概念及應(yīng)用22第五章 相平衡計算5.1 相平衡概念及分類115.2 汽液相平衡計算555.3 熱力學(xué)一致性檢驗22第六章 化學(xué)反應(yīng)平衡6.1 化學(xué)反應(yīng)平衡基礎(chǔ)116.2 平衡常數(shù)與平衡組成116.3 復(fù)雜體系的化學(xué)反應(yīng)平衡22第七章 物性數(shù)據(jù)估算7.1 基本物性參數(shù)估算117.2 其他熱性質(zhì)估算1122共計4448四、對學(xué)生能力培養(yǎng)的要求

11、1學(xué)會如何利用熱力學(xué)原理解決與化工過程相關(guān)的實(shí)際問題，使學(xué)生學(xué)會用熱力學(xué)的基本原理與方法，提高解決實(shí)際問題的能力。2在課程學(xué)習(xí)中建立與化工熱力學(xué)相關(guān)的工程概念；3使學(xué)生利用真實(shí)體系（純氣體、氣體混合物、液體）的PVT關(guān)系解決實(shí)際體系的相關(guān)參數(shù)的計算問題，如摩爾體積、比容等的計算；4使學(xué)生利用剩余焓和剩余熵概念解決實(shí)際體系的熱力學(xué)函數(shù)，包括內(nèi)能、焓、熵、自由能、自由焓等的計算；5使學(xué)生學(xué)會壓縮過程參數(shù)的計算方法，學(xué)會壓縮制冷循環(huán)參數(shù)計算及制冷劑選擇等方法；6使學(xué)生學(xué)會逸度及逸度系數(shù)、活度及活度系數(shù)的計算原理及方法，學(xué)會根據(jù)實(shí)際平衡體系的條件選擇相平衡的計算方法，學(xué)會熱力學(xué)一致性校核。7使學(xué)生初步學(xué)會化學(xué)反應(yīng)平衡體系的計算方法；五、說明1本課程與其它課程的聯(lián)系與分工 本課程的先修課程為“物理化學(xué)”，本課程內(nèi)容的基礎(chǔ)概念和基本定律在“物理化學(xué)”課程中已經(jīng)學(xué)過，本課程是“物理化學(xué)”課程的深化，“物理化學(xué)”課程的研究對象主要為理想體系、純物質(zhì)、封閉體系，本課程研究對象為真實(shí)體系、混合物、開放體系；本課程的內(nèi)容為后續(xù)