化工热力学教学大纲.doc

化工热力学教学大纲一、课程基本信息课程中文名称：化工热力学课程英文名称：Chemical Engineering Thermodynamics课程编号：06131050课程类型：学科基础课总 学 时：54学 分：3 适用专业：化学工程与工艺先修课程：物理化学、化工原理开课院系：化工与制药学院二、课程的性质与任务 化工热力学是化学工程学的一个重要分支，是化工类专业必修的专业基础课程。它是化工过程研究、开发与设计的理论基础，是一门理论性与应用性均较强的课程。该门课系统地介绍了将热力学原理应用于化学工程技术领域的研究方法。它以热力学第一、第二定律为基础，研究化工过程中各种能量的相互转化及其有效利用，深刻阐述了各种物理和化学变化过程达到平衡的理论极限、条件和状态。设置本课程，为了使考生能够掌握化工热力学的基本概念、理论和专业知识；能利用化工热力学的原理和模型对化工中涉及到的化学反应平衡原理、相平衡原理等进行分析和研究；能利用化工热力学的方法对化工中涉及的物系的热力学性质和其它化工物性进行关联和推算；并学会利用化工热力学的基本理论对化工中能量进行分析等。三、课程教学基本要求通过本课程学习，要求1正确理解化工热力学的有关基本概念和理论；2理解各个概念之间的联系和应用；3掌握化工热力学的基本计算方法；4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。四、理论教学内容和基本要求教学内容第一章 绪论1.1 热力学发展简史1.2 化工热力学的主要研究内容1.3 化工热力学的研究方法及其发展1.4 化工热力学在化工中的重要性第二章 流体的p-V-T关系2.1 纯物质的p V T关系2.2 气体的状态方程2.2.1理想气体状态2.2.2 维里方程2.2.3 立方型状态方程2.2.4 多参数状态方程2.3 对应态原理及其应用2.3.1 对比态原理2.3.2 三参数对应态原理2.3.3 普遍化状态方程2.4 真实气体混合物的p-V-T关系2.4.1 混合规则2.4.2气体混合物的虚拟临界性质2.4.2 气体混合的第二维里系数2.4.3 混合物的状态方程2.5液体的p V -T关系 2.5.1 饱和液体体积 2.5.2 压缩液体（过冷液体）体积 2.5.3 液体混合物的p V -T关系第三章 纯流体的热力学性质3.1 热力学性质间的关系3.1.1 热力学基本方程3.1.2 Maxwell关系式3.2焓变与熵变的计算 3.2.1 热容3.2.2 理想气体的H、S、随T、p的变化3.2.3 真实气体的H、S随T、p的变化3.2.4 真实气体的焓变、熵变的计算3.2.5 蒸发焓与蒸发熵3.3 纯物质两相系统的热力学性质及热力学图表3.3.1 两相系统的热力学性质3.3.2 热力学性质图表第四章 均相混合物热力学性质4.1变组成系统的热力学关系4.2 偏摩尔性质4.2.1 偏摩尔性质的引入及定义4.2.2 偏摩尔性质的热力学关系4.2.3 偏摩尔性质的计算4.2.4 Gibbs-Duhm方程 4.3 混合过程性质变化4.3.1 混合过程性质变化4.3.2 混合过程的焓变化4.4 逸度和逸度系数4.4.1 逸度和逸度系数的定义4.4.2 混合物的逸度与其组元逸度之间的关系4.4.3 温度和压力对逸度的影响4.4.4 逸度和逸度系数的计算4.4.5 液体的逸度 4.5 理想混合物 4.5.1 理想混合物的提出 4.5.2 理想混合物的混合性质变化4.6 活度和活度系数4.6.1 活度和活度系数4.6.2 活度系数标准态的选择4.6.3 超额性质4.7 活度系数模型 4.7.1 正规溶液模型 4.7.2 Whol型方程4.7.3 Redlish-Kister经验式4.7.4 无热溶液模型4.7.5 局部组成型方程第五章 相平衡5.1 相平衡基础 5.1.1 平衡判据 5.1.2 相律5.2 互溶系统的汽液平衡关系式 5.2.1 状态方程法 5.2.2 活度系数法 5.2.3 方法比较5.3 中低压下汽液平衡 5.3.1中低压下二元汽液平衡相图 5.3.2中低压下泡点、露点计算 5.3.3 低压下汽液平衡的计算 5.3.2 烃类的K值法和闪蒸计算5.4 高压下汽液平衡 5.4.1 高压下汽液平衡相图 5.4.2 高压下汽液平衡计算5.5 汽液平衡热力学一致性检验5.5.1 积分检验法（面积检验法） 5.5.2 微分检验法（点检验法）5.6 平衡与稳定性5.7 其他类型的相平衡 5.7.1 液液平衡 5.7.2 汽液液平衡 5.7.3 气液平衡 5.7.4 固液平衡 5.7.5 汽固平衡和超临界流体在固体（或液体）中的溶解度第六章 化工过程能量分析6.1 热力学第一定律能量转化与守恒方程 6.1.1 能量的种类 6.1.2 热力学第一定律能量守恒的基本式 6.1.3 封闭系统的热力学第一定律 6.1.4 稳流系统的热力学第一定律及其应用6.2 热力学第二定律 6.2.1 熵与熵增原理 6.2.2 熵产生和熵平衡 6.2.3 热机与能量品位6.3 理想功、损失功和热力学效率 6.3.1 理想功 6.3.2 损失功 6.3.3 热力学效率6.4 有效能 6.4.1 有效能定义 6.4.2 稳流过程有效能计算 6.4.3 不可逆过程的有效能损失 6.4.4 有效能效率6.4 化工过程能量分析及合理用能第七章 压缩、膨胀、动力循环与制冷循环7.1 气体的压缩7.2 膨胀过程 7.2.1 节流膨胀 7.2.2 绝热作功膨胀7.3 蒸汽动力循环7.3.1 Rankine循环及其热效率 7.3.2 蒸汽参数对热效率的影响7.3.3 Rankine循环的改进7.4 制冷循环7.4.1 理想制冷循环7.4.2 蒸汽压缩制冷循环7.4.3 吸收式制冷循环7.4.4 喷射式制冷循环7.4.5 热泵及其应用7.4.6 深冷循环与气体液化7.5 制冷剂的选择第八章 物性数据的估算（选讲）第九章 环境热力学（选讲）基本要求第一章 绪论了解：化工热力学的主要内容理解：“化工热力学”与“物理化学”的主要区别掌握：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。第二章 流体的p-V-T关系了解：（1）维里方程的几种形式（2）维里系数的物理意义（3）多参数状态方程（4）Lydersen 三参数压缩因子图（5）液体的PVT关系理解：（1）RK方程的迭代形式及应用（2）对比态原理（3）气体混合物的虚拟临界参数掌握：（1）偏心因子（2）三参数压缩因子图（3）Pitzer 普遍化压缩因子图（4）普遍化第二维里系数 （5）液体的纯经验的PVT关系 （6）Kay规则重难点：（1）立方型状态方程的普遍特点及计算（2）三参数压缩因子图（3）气体混合物的第二维里系数及应用（4）R-K方程的混合规则第三章 纯流体的热力学性质通过本章学习，掌握各热力学性质间的关系，进而学会计算一个实际过程的焓变和熵变，并学会一些热力学性质图表的应用。了解：（1）Helmholtz方程（2）敞开系统热力学基本方程（3）Maxwell关系式（4）理想气体焓变和熵变计算（次重点）（5）理想气体焓和熵随温度、压力的变化关系式理解：（1）封闭系统热力学基本方程（2）麦克斯韦关系式的用途（3）剩余性质的概念（重点）（4）利用维里方程计算剩余性质掌握：（1）剩余焓、剩余熵与P、V、T的关系式（2）对于一个实际过程，设计焓变和熵变的计算途径（3）利用状态方程计算焓变和熵变（重点）（4）利用R-K方程计算剩余性质（5）利用普遍化关联式计算焓变和熵变（重点）（6）利用普遍化第二维里系数计算剩余焓和剩余熵（7）利用Pitzer三参数焓熵图计算剩余焓和剩余熵（8）蒸发焓与蒸发熵（重点）（9）T-S图的形状和构成（10）T-S图的制作及使用：（11）水蒸气表的构成及使用第四章 均相混合物热力学性质通过本章学习，能理解流体混合物的相关热力学性质，正确理解和使用混合物中组元的逸度与活度的概念，为相平衡的计算打下基础。了解：（1）变组成系统的热力学基本方程（2）偏摩尔量的定义及提出的意义（3）理想混合物的定义（4）理想混合物的相关热力学性质（5）逸度与逸度系数的概念（重点）（6）逸度系数与PVT的关系式（7）活度的定义（8）活度系数（9）正规混合物的概念及方程适用条件（10）无热混合物的概念及方程适用条件（11）半经验型活度系数方程（重点）理解：（1）化学势（位）的概念（2）混合性质的概念（重点） （3）混合性质与偏摩尔量的关系（4）理想溶液及其标准态（重点）（5）利用R-K方程计算纯物质的逸度系数（6）利用普遍化的第二维里系数计算逸度系数（7）利用三参数普遍化逸度系数图计算逸度系数（8）温度对逸度的影响（9）压力对逸度的影响（11）活度系数标准态的选择（12）超额性质的定义（13）局部组成的概念（14）基团贡献法掌握：（1）偏摩尔量的计算（重点）（2）作图法计算偏摩尔量（3）二元截距法计算偏摩尔量（4）吉布斯杜亥姆方程（重点）（5）混合体积变化和混合焓变的计算（6）纯液体逸度的计算式（7）Margulas方程的应用及适用条件（8）Van Laar方程的应用及适用条件（9）基于局部组成的活度系数方程（重点）（10）Wilson 方程（11）NRTL方程第五章 相平衡通过本章学习，能学会应用化工热力学的知识处理汽液平衡计算（主要是泡、露点的计算），并能处理一些简单的液液平衡问题。了解：（1）平衡判据（重点）（2）相对挥发度（3）相平衡常数（4）泡、露点的概念（5）汽液平衡相图的类型、构成等（6）高压汽液平衡相图的特点（7）“逆向”现象（8）汽液平衡一致性校验的依据（重点）（9）液液平衡判据（重点） （10）各种二元及三元的液液平衡相图（11）汽液液平衡（12）气液平衡（13）固液平衡理解：（1）相平衡的五个判据（2）相律（重点）（3）高压汽液平衡的几个基本关系式（4）高压相平衡计算（次重点）（5）二元液液平衡计算的基本关系式及简单计算（6）三元液液平衡的计算（次重点） （7）三元液液平衡计算的基本关系式 掌握：（1）低压下汽液平衡的表达式及计算（2）中低压下泡、露点计算（重点）（3）K值法（重点）（4）状态方程法计算高压汽液平衡（5）活度系数法计算高压汽液平衡（6）K值法计算高压汽液平衡第六章 化工过程能量分析通过本章学习，能够了解热力学分析中的基本概念及基本方法，会应用热力学第一定律等分析实际问题。了解：（1）稳流系统的热力学第一定律（2）熵与熵增原理（3）理想功的概念及定义 （4）损失功的概念（5）热力学效率（重点）理解：（1）可逆轴功 （2）实际轴功（3）熵产生（4）熵流（5）能级（6）热力学死态及有效能的概念（7）有效能与理想功的关系掌握：（1）稳流系统的热力学第一定律的表达式及简化形式（2）轴功的计算（3）热量衡算（4）熵平衡方程式（5）物理有效能的概念（6）化学有效能的概念（7）有效能平衡方程式及有效能分析（重点）第七章 压缩、膨胀、动力循环与制冷循环通过本章学习，了解基本的冷冻循环及深度冷冻循环，并能运用热力学性质图表进行简单的冷冻计算。了解：（1）制冷循环的原理（重点）（2）逆卡诺循环制冷的循环过程（3）吸收式制冷循环（次重点） （4）吸收式制冷的循环途径与实现制冷的原理（5）制冷工质的选择（次重点）（6）深度制冷的概念（次重点）（7）深度制冷的概念及用途 （8）林德循环的过程及实现深度制冷的原理（9）克劳特循环的过程及实现深度制冷的原理理解：（1）制冷能力、制冷系数等概念（2）蒸汽压缩制冷循环（重点）（3）蒸汽压缩制冷循环的途径与实现制冷的原理掌握：应用热力学性质图表计算制冷问题第八章 物性数据的估算（选讲）第九章 环境热力学（选讲）五、实验教学内容和基本要求（无）六、课外教学内容和基本要求（无）七、有关教学环节的要求1熟知考试大纲对课程提出的总要求和各章的知识点。2应掌握各知识点要求达到的能力层次，并深刻理解对各知识点的考核目标。3注