《化工熱力學》課程教學大綱

1、化工熱力學課程教學大綱課程代碼： 070402 課程性質(zhì)： 專業(yè)必修 總學時： 56 學時 總學分： 3.5 開課學期： 5 適用專業(yè)： 化學工程與工藝 先修課程： 物理化學、化工原理 后續(xù)課程： 化學反應(yīng)工程 大綱執(zhí)筆人： GHHG 參加人： FGHHGF 審核人： FGHGF 編寫時間： 2012 年 8 月編寫依據(jù)： 化學工程與工藝 專業(yè)人才培養(yǎng)方案（ 2010 ）年版一、課程介紹化工熱力學是化學工程的重要分支和基礎(chǔ)學科，是化工工藝專業(yè)及相關(guān)專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)課。化工熱力學的原理和應(yīng)用知識，是從事化工過程的研究、開發(fā)以及設(shè)計等方面工作必不可少的重要理論基礎(chǔ)，是一門理論性與工程應(yīng)用性均較強的課

2、程?；?#160;熱力學就是運用經(jīng)典熱力學的原理，結(jié)合反映系統(tǒng)特征的模型，解決工業(yè)過程（特別是化工過程）中熱力學性質(zhì)的計算和預測、相平衡和化學平衡計算、能量的有效利用等實際問題。為學習后續(xù)課程和解決化工過程的實際問題打下牢固的基礎(chǔ)。二、本課程教學在專業(yè)人才培養(yǎng)中的地位和作用化工熱力學是化學工程學科的一個重要分支，也是化學工程與工藝專業(yè)必修的專業(yè)基礎(chǔ)課程?；崃W是將熱力學原理應(yīng)用于化學工程技術(shù)領(lǐng)域，其主要任務(wù)是以熱力學第一、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變化過程達到平衡的理論極限、條件和狀態(tài)。本課程將熱力學的理論應(yīng)用于化工生產(chǎn)中的真實流體和

3、混合體系，解決化工過程中的熱力學問題，培養(yǎng)學生從熱力學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)。三、本課程教學所要達到的基本目標通過本課程的學習，要求掌握常用的幾種氣體狀態(tài)方程，流體熱力學性質(zhì)的計算方法，并熟悉化工過程的熱力學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。四、學生學習本課程應(yīng)掌握的方法與技能通過本課程學習，要求學生：1學會如何利用熱力學原理解決與化工過程相關(guān)的實際問題，使學生學會用熱力學的基本原理與方法，提高解決實際問題的能力。2在課程學習中建立與化工熱力學相關(guān)

4、的工程概念；3學會利用真實體系（純氣體、氣體混合物、液體）的PVT關(guān)系解決實際體系的相關(guān)參數(shù)的計算問題，如摩爾體積、比容等的計算；4學會利用剩余焓和剩余熵概念解決實際體系的熱力學函數(shù)，包括內(nèi)能、焓、熵、自由能、自由焓等的計算；5學會壓縮過程參數(shù)的計算方法，學會壓縮制冷循環(huán)參數(shù)計算及制冷劑選擇等方法；6. 學會用熱力學分析法有針對性地分析各種化工過程的用能情況。7學會逸度及逸度系數(shù)、活度及活度系數(shù)的計算原理及方法，8學會根據(jù)實際平衡體系的條件選擇相平衡的計算方法，學會熱力學一致性校核。9初步學會化學反應(yīng)平衡體系的計算方法。五、本課程與其他課程的聯(lián)系與分工本課程的先修課程為“物理化學”，課程內(nèi)容的

5、基礎(chǔ)概念和基本定律在“物理化學”課程中已經(jīng)學過，可以說是“物理化學”課程的深化，“物理化學”課程的研究對象主要為理想體系、純物質(zhì)、封閉體系，而本課程研究對象為真實體系、混合物、開放體系；為進一步學習后續(xù)的專業(yè)課（如化學反應(yīng)工程、畢業(yè)設(shè)計等課程）奠定理論基礎(chǔ)。六、本課程的教學內(nèi)容與目的要求【第一章】 緒論（共2學時）1、教學目的和要求：了解化工熱力學的過去，現(xiàn)在和將來2、教學內(nèi)容：（1） 簡要發(fā)展史（2） 化工熱力學的主要內(nèi)容（3） 化工熱力學研究方法及其發(fā)展（4） 化工熱力學的重要性3、教學重點和難點：什么叫熱力學，化工熱力學與化學熱力學的區(qū)別，4、本章思考題：化工熱力學的應(yīng)用【第二章】 流體

6、的 p -V -T 關(guān)系（共8學時）1、教學目的和要求：能熟練掌握流體（特別是氣體）的各種類型的P、V、T 關(guān)系（包括狀態(tài)方程法和對應(yīng)狀態(tài)法）及其應(yīng)用、優(yōu)缺點和應(yīng)用范圍。2、教學內(nèi)容：（1） 通過純物質(zhì)的p V T 圖、p V 圖和p T 圖，了解純物質(zhì)的p V T 關(guān)系。（2） 掌握維里方程的幾種形式及維里系數(shù)的物理意義。（3） 熟練運用二階舍項的維里方程進行pVT 計算。（4） 理解立方型狀態(tài)方程的普遍特點。（5） 重點掌握RK 方程一般形式和迭代形式的使用。熟練運用RK 方程進行氣體的pVT計算。（6） 掌握RKS 和PR 方程。并能運用RKS 和PR 方程進行純流體的pVT 計算。（7

7、） 掌握偏心因子的概念。（8） 理解對比態(tài)原理的基本概念和簡單對比態(tài)原理。（9） 熟練掌握三參數(shù)的對應(yīng)狀態(tài)原理和壓縮因子圖的使用。（10） 熟練運用普遍化狀態(tài)方程式解決實際流體的pVT 計算。（11） 初步了解液體的pVT 關(guān)系。（12） 掌握混合物的pVT 關(guān)系。重點掌握kay 規(guī)則、氣體混合物的第二維里系數(shù)和立方型狀態(tài)方程的混合規(guī)則。3、教學重點和難點：（1）能正確分析純物質(zhì)的p V T 行為。（2）狀態(tài)方程主要包括維里方程和立方型狀態(tài)方程，各有優(yōu)缺點，使用范圍不同。（3）對比態(tài)法也是處理p V T 關(guān)系的重要方法，它又包括兩種三參數(shù)壓縮因子圖和普遍化的狀態(tài)方程。（4）處理混合物的p V

8、T 關(guān)系時，需要使用合適的狀態(tài)方程及其對應(yīng)的混合規(guī)則。（5）液體的p V T 關(guān)系比較特殊，除了狀態(tài)方程外還有一系列的經(jīng)驗關(guān)系式。4、本章思考題：（1）狀態(tài)方程的分類及應(yīng)用范圍區(qū)分（2）對比態(tài)法處理p V T 關(guān)系【第三章】 純物質(zhì)的熱力學性質(zhì)（共4學時）1、教學目的和要求：通過本章學習，掌握各熱力學性質(zhì)間的關(guān)系，進而學會計算一個實際過程的焓變和熵變，并學會一些熱力學性質(zhì)圖表的應(yīng)用。2、教學內(nèi)容：（1） 熟練掌握并使用熱力學基本方程。（2） 掌握麥克斯韋關(guān)系式及其應(yīng)用。重點掌握熵變隨壓力和體積的變化關(guān)系。（3） 掌握理想氣體焓變和熵變的計算方法。（4） 理解剩余性質(zhì)的概念。重點掌握剩余性質(zhì)與流

9、體pVT 的關(guān)系。（5） 重點掌握剩余性質(zhì)的計算并熟練運用剩余性質(zhì)進行高壓下焓變和熵變的計算。（6） 掌握蒸汽壓的概念，熟練運用安托尼方程計算純物質(zhì)的蒸汽壓。（7） 理解蒸發(fā)焓、蒸發(fā)熵的概念。能熟練運用C-C方程和經(jīng)驗關(guān)聯(lián)式計算蒸發(fā)焓。（8） 熟練使用T-S 圖等，進行熱力學性質(zhì)計算。（9） 使用水蒸汽表進行水蒸汽的熱力學性質(zhì)計算。3、教學重點和難點：（1）重點：理想氣體焓變和熵變的計算方法、剩余性質(zhì)的概念、剩余性質(zhì)與流體pVT 的關(guān)系（2）難點：剩余性質(zhì)與流體pVT 的關(guān)系、使用T-S 圖等，進行熱力學性質(zhì)計算4、本章思考題：（1）剩余性質(zhì)進行高壓下焓變和熵變的特點（2）使用水蒸汽表進行水蒸

10、汽的熱力學性質(zhì)計算【第四章】熱力學第一定律及其應(yīng)用（共4學時）1、教學目的和要求：掌握熱力學第一定律與能量平衡方程：熱力學第一定律；穩(wěn)定流動體系能量平衡方程及其在化工過程中應(yīng)用；氣體壓縮過程。2、教學內(nèi)容：（1）熱力學第一定律能量轉(zhuǎn)化與守恒方程；（2）穩(wěn)流過程的能量平衡（3）氣體壓縮過程3、教學重點和難點：（1）重點：熱力學第一定律分析、穩(wěn)流過程的能量平衡、氣體壓縮過程的分析及計算（2）難點：穩(wěn)流過程的能量平衡、氣體壓縮過程的分析及計算4、本章思考題：通過本章學習，掌握熱力學第一定律及其具體應(yīng)用。掌握穩(wěn)流過程的能量平衡和氣體壓縮過程的分析，學會使用熱力學定律分析和解決問題?！镜谖逭隆繜崃ρh(huán)熱

11、力學第二定律及其應(yīng)用（共6學時）1、教學目的和要求：掌握熱力學第二定律及熵的概念，熱力學第二定律應(yīng)用于閉系，建立開系的熵平衡式，研究水蒸氣動力循環(huán)與冷凍循環(huán)，并作簡單的能量分析。2、教學內(nèi)容：（1）熱力學第二定律（2）熵增、熵產(chǎn)生與熵平衡；（3）熱力學圖表及其應(yīng)用（4）水蒸氣動力循環(huán)（5）制冷與熱泵3、教學重點和難點：（1）重點：學會使用熱力學定律分析和解決問題。掌握熱力學能量的基本分析方法。正確計算各種循環(huán)的吸熱量、放熱量、凈功量及熱效率或制冷系數(shù)，并會分析影響各種循環(huán)熱效率或制冷系數(shù)的主要因素，掌握提高循環(huán)熱效率的具體方法和途徑。（2）難點：計算各種循環(huán)的吸熱量、放熱量、凈功量及熱效率或制

12、冷系數(shù)，4、本章思考題：提高循環(huán)熱效率的具體方法和途徑【第六章】化工過程熱力學分析（共10學時）1、教學目的和要求：了解掌握熱力學分析法及其在化工生產(chǎn)和化工節(jié)能降耗過程中的應(yīng)用；2、教學內(nèi)容：（1）化工生產(chǎn)涉及的能量分析；（2）化工單元過程的熱力學分析；（3）三種常規(guī)的過程熱力學分析法；（4）節(jié)能理論進展和合理用能。3、教學重點和難點：（1）重點：熟練掌握熱力學分析法在化工生產(chǎn)和化工節(jié)能降耗過程中的應(yīng)用，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及現(xiàn)代化的夾點技術(shù)簡介。（2）難點：熱力學分析法在化工生產(chǎn)和化工節(jié)能降耗過程中的應(yīng)用4、本章思考題：合理用能的概念及現(xiàn)代化的

13、夾點技術(shù)【第七章】溶液熱力學基礎(chǔ)（共6學時）1、教學目的和要求：通過本章的學習，掌握敞開系統(tǒng)均相混合物的基本熱力學關(guān)系及計算。2、教學內(nèi)容：（1） 變組成系統(tǒng)的熱力學關(guān)系式。（2） 偏摩爾性質(zhì)的定義及計算。（3） Gibbs-Duhm 方程。（4） 混合過程性質(zhì)變化。（5） 逸度和逸度系數(shù)的概念及計算。（6） 理想混合物的概念。（7） 活度和活度系數(shù)的概念及計算。（8） 活度系數(shù)標準態(tài)的選擇。（9） 超額性質(zhì)的定義及計算。（10） 超額性質(zhì)與活度系數(shù)的關(guān)系。（11） 溶液理論及活度系數(shù)模型。第三章研究了純物質(zhì)和均相定組成混合物的熱力學性質(zhì)，由此可解決均相封閉系統(tǒng)的熱力學計算問題。熱力學更多的實

14、際應(yīng)用是涉及多組元混合物的均相敞開系統(tǒng)。由于混合物的組成常因為質(zhì)量傳遞或化學反應(yīng)而發(fā)生變化，所以在用熱力學來描述混合物時必須考慮組成對其性質(zhì)的影響。本章主要討論化工生產(chǎn)中涉及到的流體混合物的熱力學概念及計算。3、教學重點和難點：（1）重點：本章內(nèi)容較多，是整個課程中最重要的一章。尤其是偏摩爾性質(zhì)的定義及計算、混合過程性質(zhì)變化、逸度和逸度系數(shù)的概念及計算、活度和活度系數(shù)的概念及計算、超額性質(zhì)與活度系數(shù)的關(guān)系以及偏摩爾性質(zhì)的約束關(guān)系式Gibbs-Duhm 方程等都是本章的重點內(nèi)容，應(yīng)該熟練掌握。（2）難點：偏摩爾性質(zhì)的定義及計算、混合過程性質(zhì)變化、逸度和逸度系數(shù)的概念及計算4、本章思考題：偏摩爾性

15、質(zhì)的約束關(guān)系式及Gibbs-Duhm 方程的應(yīng)用【第八章】流體相平衡（共6學時）1、教學目的和要求：本章從多角度討論汽液平衡，詳細介紹平衡理論、計算方法和實際應(yīng)用，同時將簡要介紹氣液平衡、液液平衡、固液平衡等有關(guān)內(nèi)容。2、教學內(nèi)容：(1) 相平衡基礎(chǔ)；(2) 互溶系統(tǒng)的汽液平衡關(guān)系式；(3) 中、低壓下汽液平衡；(4) 高壓汽液平衡；(5) 汽液平衡一致性檢驗(6) 平衡與穩(wěn)定性準則(7) 液液平衡相圖和基本計算(8) 氣液平衡的相關(guān)理論和計算(9) 基團貢獻法估算相平衡相和相最初開始接觸時，由于組分在兩相中的濃度梯度的存在，會發(fā)生質(zhì)量傳遞；或者相態(tài)之間存在溫度壓力的差別，進而發(fā)生能量的交換。

16、總之，當各相的性質(zhì)達到穩(wěn)定，不再隨時間而變化，就叫做達到了相平衡。實際上，相平衡是一種動態(tài)的平衡，在相界面處，時刻存在著物質(zhì)分子的流入和流出，只不過在相平衡時，流入流出的物質(zhì)在種類和數(shù)量上，時刻保持相等。在熱力學上，相平衡問題更多的在討論各平衡相的組成之間的關(guān)系。3、教學重點和難點：（1）重點：各類相平衡的基本理論和計算方法（包括汽液平衡、氣液平衡、固液平衡、液液平衡）。汽液平衡數(shù)據(jù)的熱力學一致性檢驗方法。平衡和穩(wěn)定性的基本準則。（2）難點：各類相平衡的基本理論和計算方法（包括汽液平衡、氣液平衡、固液平衡、液液平衡）。4、本章思考題：平衡和穩(wěn)定性的基本準則；【第九章】化學反應(yīng)平衡（共6學時）1

17、、教學目的和要求：熟悉化學平衡判據(jù)、反應(yīng)進度、化學平衡常數(shù)，了解均相與非均相化學反應(yīng)平衡，復雜化學反應(yīng)平衡計算。2、教學內(nèi)容：（1）化學計量學和反應(yīng)進度（2）均相化學反應(yīng)平衡（3）非均相化學反應(yīng)平衡（4）復雜化學反應(yīng)平衡3、教學重點和難點：（1）重點：反應(yīng)進度的定義及使用、平衡常數(shù)的求得及反應(yīng)方向判斷、復雜化學反應(yīng)平衡的分析和計算。（2）難點：復雜化學反應(yīng)平衡的分析和計算 4、本章思考題：均相與非均相化學反應(yīng)中的平衡分析；七、本課程教學時數(shù)分配表章節(jié)標題學時分配講授實踐一緒論2二流體的壓力、體積、溫度關(guān)系：狀態(tài)方程式 8三純流體的熱力學性質(zhì)計算4四熱力學第一定律及其應(yīng)用4五熱力循環(huán)熱力學第二定

18、律及其應(yīng)用6六化工過程熱力學分析10七溶液熱力學基礎(chǔ)6八流體相平衡6九化學反應(yīng)平衡6復習、習題課4共計56八、教材和主要參考資料1、指定教材：化工熱力學（第三版）.朱自強，吳有庭 主編，化學工業(yè)出版社，2010年；2、主要參考資料：（1）化工熱力學（第二版）.朱自強，徐汛 主編，化學工業(yè)出版社，1991年； （2）化工熱力學（第三版）.陳新志，蔡振云，胡望明，錢超編著，化學工業(yè)出版社，2010年；（3）陳鐘秀, 顧飛燕. 化工熱力學例題與習題. 北京:化學工業(yè)出版社, 1998年；（4）Smith J M, Van Ness H C, Abbott M M. Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics, 6th ed. New York: McGraw-Hill, 2