化工热力学知识点.doc

一、课程简介化工热力学是化学工程学科的一个重要分支，是化工类专业学生必修的基础技术课程。化工热力学课程结合化工过程阐述热力学基本原理、定理及其应用，是解决工业过程（特别是化工过程）中热力学性质的计算和预测、相平衡计算、能量的有效利用等实际问题的。二、教学目的培养学生运用热力学定律和有关理论知识，初步掌握化学工程设计与研究中获取物性数据；对化工过程中能量和汽液平衡等有关问题进行计算的方法，以及对化工过程进行热力学分析的基本能力，为后续专业课的学习及参加实际工作奠定基础。三、教学要求化工热力学是在基本热力学关系基础上，重点讨论能量关系和组成关系。本课程学习需要具备一定背景知识，如高等数学和物理化学等方面的基础知识。采用灵活的课程教学方法，使学生能正确理解基本概念，熟练掌握各种基本公式的应用领域及应用技巧，掌握化学工程设计与研究中求取物性数据与平衡数据的各种方法。以课堂讲解、自学和作业等多种方式进行。四、教学内容第一章 绪论本章学习目的与要求：了解化工热力学的发展简史、主要内容及研究方法。第二章 流体的P-V-T关系本章学习目的与要求：了解纯物质PVT的有关相图中点、线、面的物理意义，掌握临界点的物理意义及其数学特征；理解理想气体的基本概念和数学表达方法，掌握采用状态方程式计算纯物质PVT性质的方法；了解对比态原理，掌握用三参数对比态原理计算纯物质PVT性质的方法；了解真实气体混合物PVT性质的计算方法。第一节 纯物质的PVT关系 1. 主要内容： P-V相图，流体。2. 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及其数学特征。第二节 气体的状态方程式 1. 主要内容：理想气体状态方程，维里方程，R-K方程。2. 基本概念和知识点：理想气体的数学表达方法，维里方程，van der Waals方程，R-K方程。 3. 能力要求：掌握采用状态方程式计算纯物质PVT性质的方法。第三节 对比态原理及其应用 1. 主要内容：三参数对比态原理，普遍化状态方程。2. 基本概念和知识点：对比态原理，以作为第三参数的对比态原理，普遍化第二维里系数。 3. 能力要求：了解对比态原理，掌握用三参数对比态原理计算纯物质PVT性质的方法。第四节 真实气体混合物的PVT关系 1. 主要内容：混合规则，气体混合物的虚拟临界参数，气体混合物的第二维里系数。2. 基本概念和知识点：气体混合物的虚拟临界参数，气体混合物的第二维里系数。 3. 能力要求：了解真实气体混合物PVT性质的计算方法。第三章 纯物质（流体）的热力学性质本章学习目的与要求：理解Maxwell关系式，掌握热力学性质间的基本关系式和用P-V-T推算其他热力学性质的关系式；理解热容和剩余性质的概念，了解蒸发焓与蒸发熵的计算方法，掌握用状态方程和三参数对应态原理计算焓变与熵变的方法；了解热力学性质图、表的制作原理，会使用热力学性质图或表进行计算。第一节 热力学性质间的关系1. 主要内容：热力学基本方程，Maxwell关系式。 2. 基本概念和知识点：热力学基本方程，Maxwell关系式及应用。 3. 能力要求：理解Maxwell关系式，掌握热力学性质间的基本关系式和用P-V-T推算其他热力学性质的关系式。 第二节 焓变与熵变的计算1. 主要内容：热容，理想气体的H、S随T、P的变化，真实气体的H、S随T、P的变化，真实气体焓变与熵变的计算。 2. 基本概念和知识点：热容，剩余性质，真实气体焓变与熵变的计算，蒸发焓与蒸发熵。 3. 能力要求：理解热容和剩余性质的概念，了解蒸发焓与蒸发熵的计算方法，掌握用状态方程和三参数对比态原理计算焓变与熵变的方法。 第三节 纯物质两相系统的热力学性质及热力学图表1. 主要内容：两相系统的热力学性质，热力学性质图表。2. 基本概念和知识点：两相系统的热力学性质，热力学性质图表。3. 能力要求：了解热力学性质图、表的制作原理，会使用热力学性质图或表进行计算。 第四章 均相混合物热力学性质本章学习目的与要求：理解化学位的概念，掌握变组成体系的热力学基本方程；理解偏摩尔性质的概念，掌握偏摩尔性质的热力学关系、Gibbs-Duhem方程及计算方法；理解混合过程性质变化的概念，掌握混合过程性质变化的计算方法；理解逸度和逸度系数的概念，掌握纯物质逸度系数的计算方法，了解混合物组元逸度系数和液体逸度的计算方法；理解理想溶液和标准态的概念，掌握理想溶液混合性质变化的计算方法；理解活度、活度系数和标准态、超额性质的概念，掌握超额Gibbs自由能的计算方法；了解正规溶液模型和局部组成型方程，掌握Wohl 型方程和Wilson方程的计算方法。第一节 变组成体系的热力学关系 1. 主要内容：变组成体系的热力学关系式。2. 基本概念和知识点：均相敞开系统的热力学基本关系式，化学位。3. 能力要求：理解化学位的概念，掌握均相敞开系统的热力学基本关系式。第二节 偏摩尔性质 1. 主要内容：偏摩尔性质，偏摩尔性质的热力学关系，偏摩尔性质的计算，Gibbs-Duhem方程。2. 基本概念和知识点：偏摩尔性质，偏摩尔性质的热力学关系，偏摩尔性质的计算，Gibbs-Duhem方程。 3. 能力要求：理解偏摩尔性质的概念，掌握偏摩尔性质的热力学关系、Gibbs-Duhem方程及计算方法。第三节 混合过程性质变化 1. 主要内容：混合过程性质变化，混合过程的焓变化。2. 基本概念和知识点：混合过程性质变化，混合过程的焓变化。3. 能力要求：理解混合过程性质变化的概念，掌握混合过程性质变化的计算方法。第四节 逸度和逸度系数 1. 主要内容：逸度和逸度系数的定义，逸度和逸度系数的计算。 2. 基本概念和知识点：逸度和逸度系数，逸度和逸度系数的计算。 3. 能力要求：理解逸度和逸度系数的概念，掌握纯物质逸度系数的计算方法，了解混合物组元逸度系数和液体逸度的计算方法。 第五节 理想溶液 1. 主要内容：理想溶液，理想溶液的混合性质变化。2. 基本概念和知识点：理想溶液和标准态，理想溶液的混合性质变化。3. 能力要求：理解理想溶液和标准态的概念，掌握理想溶液混合性质变化的计算方法。第六节 活度和活度系数 1. 主要内容：活度和活度系数，活度系数标准态的选择，超额性质。2. 基本概念和知识点：活度和活度系数，活度系数标准态的选择，超额性质。3. 能力要求：理解活度、活度系数和标准态、超额性质的概念，掌握超额Gibbs自由能的计算方法。第七节 活度系数模型 1. 主要内容：正规溶液模型，Wohl 型方程，局部组成型方程。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：了解正规溶液模型和局部组成型方程，掌握Wohl 型方程和Wilson方程的计算方法。 第五章 相平衡 本章学习目的与要求：理解相平衡判据和相律；掌握用活度系数法表示的汽液平衡计算通式；了解中、低压下二元汽液平衡相图，理解中、低压下泡点和露点的计算过程，掌握低压下汽液平衡的计算方法；了解烃类系统的K值法和闪蒸计算的方法；掌握汽液平衡数据的热力学一致性检验的方法。第一节 相平衡基础 1. 主要内容：相平衡判据，相律。2. 基本概念和知识点：相平衡判据，相律。3. 能力要求：理解相平衡判据和相律。第二节 互溶系统的汽液平衡关系式 1. 主要内容：状态方程法，活度系数法。2. 基本概念和知识点：状态方程法，活度系数法。3. 能力要求：掌握用活度系数法表示的汽液平衡计算通式。第三节 中低压下汽液平衡 1. 主要内容：中、低压下二元汽液平衡相图，中、低压下泡点和露点的计算，低压下汽液平衡的计算。2. 基本概念和知识点：中、低压下泡点和露点的计算，低压下汽液平衡的计算，烃类系统的K值法和闪蒸计算。3. 能力要求：了解中、低压下二元汽液平衡相图，理解中、低压下泡点和露点的计算过程，掌握低压下汽液平衡的计算方法，了解烃类系统的K值法和闪蒸计算的方法。 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：掌握汽液平衡数据的热力学一致性检验的方法。第六章 化工过程能量分析本章学习目的与要求：掌握不同体系的能量平衡式，并能进行有关计算；理解热力学第二定律的定性表述方式，掌握用熵增原理及熵平衡式进行分析和计算的方法；理解理想功、损耗功与热力学效率的概念，掌握理想功、损耗功与热力学效率的计算方法；理解有效能和有效能效率等的概念，掌握有效能和有效能效率的计算；了解能量衡算法、理想功与损耗功法、有效能衡算法在过程热力学分析中的应用。第一节 热力学第一定律 1. 主要内容：封闭系统的热力学第一定律，稳流系统的热力学第一定律及其应用。2. 基本概念和知识点：能量守恒的基本式，封闭系统和稳流系统的热力学第一定律及其应用。3. 能力要求：掌握不同体系的能量平衡式，并能进行有关计算。第二节 热力学第二定律 1. 主要内容：熵与熵增原理，熵产生与熵平衡式。2. 基本概念和知识点：熵与熵增原理，熵产生与熵平衡式。3. 能力要求：理解热力学第二定律的定性表述方式，掌握用熵增原理及熵平衡式进行分析和计算的方法。第三节 理想功、损耗功与热力学效率 1. 主要内容：理想功，损耗功，热力学效率。2. 基本概念和知识点：理想功，损耗功，热力学效率。3. 能力要求：理解理想功、损耗功与热力学效率的概念，掌握理想功、损耗功与热力学效率的计算方法。第四节 有效能 1. 主要内容：有效能，稳流过程有效能计算，有效能损失，有效能效率。2. 基本概念和知识点：有效能，稳流过程中物理有效能的计算，有效能损失，有效能效率。3. 能力要求：理解有效能和有效能效率等的概念，掌握有效能和有效能效率的计算。 第五节 化工过程能量分析及合理用能 1. 主要内容：能量衡算法，理想功与损耗功法，有效能衡算法。2. 基本概念和知识点：能量衡算法，理想功与损耗功法，有效能衡算法。3. 能力要求：了解能量衡算法、理想功与损耗功法、有效能衡算法在过程热力学分析中的应用。 第七章 压缩、膨胀、蒸气动力循环与制冷循环 本章学习目的与要求：了解气体的压缩过程，掌握压缩功的计算方法；理解膨胀过程，掌握膨胀过程中功的计算方法；了解蒸气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 气体的压缩 1. 主要内容：等温压缩，绝热压缩，多变压缩。2. 基本概念和知识点：等温压缩，绝热压缩，多变压缩。3. 能力要求：了解气体的压缩过程，掌握压缩功的计算方法。第二节 膨胀过程 1. 主要内容：节流膨胀，绝热做功膨胀。2. 基本概念和知识点：节流膨胀，绝热做功膨胀。3. 能力要求：理解膨胀过程，掌握膨胀过程中功的计算方法。第三节 蒸气动力循环 1. 主要内容：Rankine循环及其热效率，蒸汽参数对热效率的影响，Rankine循环的改进。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循环的改进。3. 能力要求：了解蒸气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：理想制冷循环，蒸气压缩制冷循环。2. 基本概念和知识点：理想制冷循环，蒸气压缩制冷循环。3. 能力要求：了解制冷循环过程。建议教学时间分配表 章 节 内 容 学时数 备 注 理论部分 第一章 绪论 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 均相混合物热力学性质 10 第五章 相平衡 8 第六章 化工过程能量分析 12 第七章 *压缩、膨胀、蒸气动力循环与制冷循环 4 此章节内容可适当调整 总学时 教学46学时；机动 2 学时 共48学时 五、选用教材及参考书目1.选用教材及参考书目马沛生主编的化工热力学， 第1版 北京：化学工业出版社，2005. 6（1 ）朱自强，徐汛.化工热力学第二版 ，北京：化学工业出版社，1991 .6（2 ）陈新志，蔡振云，胡望明.化工热力学第二版， 北京：化学工业出版社，2005.8（3 ）施云海.化工热力学学习指导及模拟试题集萃，上海：华东理工大学出版社，2007.3（4 ）陈新志，蔡振云，夏薇.化工热力学习题精解，北京：科学出版社，2002（5 ）童景山.化工热力学，北京：清华大学出版社，1995六、执行大纲使用说明1根据学科发展，可适当调整相关内容。2教学方法本课程主要采用课堂讲授、自学和作业的方式授课。本课程的主要教学环节如下：（1）课堂讲授：讲授是本课的重要教学环节，是主要的教学方式之一，采用讲授和自学、PPT课件和板书相结合