《化工热力学》课程教学大纲

课程名称：化工热力学

英文名称： Chemical Engineering Thermodynamics

适用专业：化学工程与工艺

课程类型：专业必修课

课程性质：专业基础课

制定单位：化工教研室

制定时间：2013年8月

一 、使用说明：

1、课程性质、目的及任务

化工热力学》是化学工程与工艺专业本科生的一门重要的专业基础课, 也是该专业的主干课程。热力学是一门研究能量、物质和它们之间相互作用规律的科学。在化工生产以及化工过程的开发设计中有重要的意义, 它不但成为化工过程各环节进行理论分析的依据, 而且提供了有效的计算方法, 成为化学工程学的重要组成部分, 是化学工程与工艺专业学生必须掌握的专业基础知识。其主要任务是培养学生运用热力学原理分析和解决化工生产中有关能量转换、相变和化学变化的实际问题的能力，初步掌握化学过程设计与研究中获取物性数据，对化工过程进行有关计算的方法。也为后继专业课的学习和进行化工过程研究、开发与设计奠定必要的理论基础。

本课程是在物理化学等先修课的基础上讲解的，本课程应在学生学过物理化学，经过工厂认识实习，并具备化工过程与设备的知识基础（在时间安排上，至少比化工原理迟一学期）上讲授。

2、课程学时、学分、主要教学环节

（1）每周3学时，共计17周（两学期），51学时

（2）学分：3分

（3）主要教学环节

A．课堂讲授，辅导，作业，习题课。课堂讨论或课堂练习作用是使学生加深对课程内容中重点、难点的理解，掌握正确的处理方法，澄清错误概念，培养学生分析问题和解决问题的能力。

B．课后作业：每周约2.5小时。

3、课程与其它课程的联系

化工热力学是化学工程与工艺类专业基础课，它以物理化学等为基础，是由化学热力学和工程热力学组合而成的一门学科，它为分离工程、反应工程及系统工程等打下理论基础。学习本课程还需要高等数学、计算机语言、化工原理等课程的有关知识。本课程是化工设计、化学过程与设备、化工分离过程与设备、化工过程控制和毕业设计的基础。

4、教材

朱自强主编，《化工热力学》第三版，化学工业出版社，2009

5、主要参考书

[1] 教材:陈钟秀、顾飞燕，化工热力学，化学工业出版社，2001(第2版)。

[2] 朱自强,徐汛编，化工热力学，化学工业出版社，1991

[3] 陈新志等，化工热力学，化学工业出版社，2001

[4] M. Smith,(美)史密斯，化工热力学导论，第三版，化学工业出版社，1982

[5] 张联科主编，化工热力学，化学工业出版社，1980

[6] J.M. Smith,(美)史密斯，化工热力学导论习题解答，化学工业出版社，1986

[7] 陈钟秀,顾飞燕编，化工热力学例题与习题，化学工业出版社,1998

[8] 雷一东、葛喜臣，化工热力学，重庆大学出版社，1989。

6、考核方式

作业成绩、平时成绩、期终闭卷考试成绩，分别占10%、20%、70%。

二、课程内容

（一）、课程教学的要求

本课程要求学生能掌握纯流体热力学性质（P、V、T、H、S）意义及计算方法；掌握热力学第一、二定律原理在化工过程能量计算和过程热力学分析中的应用；熟悉各种溶液热力学性质定义、物理意义、计算方法及其相互关系；掌握平衡条件、平衡判据及汽液平衡数据和化学平衡数据计算方法。另外还要做到：

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。

（二）、教学安排：

第一章 绪论（1学时）

基本要求：目的使学生了解化工热力学研究对象及其在化工中应用。

重 点：化工热力学研究的特点

难 点：通过大量举例使学生深刻认识化工热力学的重要作用

基本内容：1．化工热力学研究范围和研究方法

2．化工热力学在化学工业上应用

3．名词和定义

第二章 流体的PVT关系（6学时）

基本要求：目的使学生了解流体PVT关系 它是热力学性质的基础。PVT是可直接测量性质，其它热力学性质由PVT数据计算得到。

重点：R-K方程和以偏心因子为第三参数的普遍化法。要求学生对此有清楚的了解，掌握其计算方法。

难点：P-V图、P-T图上点线面的关系，各种状态方程的特点，对比态原理思想的理解。

基本内容：1．纯流体PVT关系：P-V图、P-T图。

2．真实流体状态方程：维里方程、范德华方程、Redlich-Kwong方程。

3．状态方程的选用

4．对比态原理：对比态原理、偏心因子概念。

5．多组分流体的pVT关系

6. 液体的PVT性质

第三章 流体的热力学性质（6学时）

基本要求：要求学生结合复习物理化学基本热力学概念，掌握定组成体系热力学性质间基本关系式，清楚理解剩余性质概念及计算，学会由单相纯物质性质计算两相区纯物质性质的方法，掌握工程上常用热力学图表的使用方法。

重点：定组成体系热力学性质间关系式，剩余性质

难点：剩余性质概念及计算，水蒸汽特性表的应用

基本内容：1．定组成体系热力学性质间关系式：基本方程、点函数间数学关系式、Maxwell方程。

2．单相体系热力学性质计算：dS方程, dH方程, dU方程和dA方程；剩余性质； 真实气热力学性质 （H，S）计算：状态方程法、普遍化法。

3．两相系统的热力学性质及热力学图表：两相系统热力学性质；热力学性质图表：水蒸汽特性表和T-S图，可介绍利用免费软件steam table得到水蒸汽特性表上的数据。

第四章 溶液的热力学性质（10学时）

基本要求：要求学生对偏摩尔性质、化学位、逸度、混合性质变化、超额性质和标准态等概念正确理解。掌握均相流体混合物热力学性质关系式，超额性质与活度系数关系式，学会逸度和逸度系数计算方法。

重点：利用偏摩尔性质的定义，Gibbs-Duhem方程，灵活推导偏摩尔性质与混合物性质间的关系。各种逸度系数的计算。

难点：偏摩尔性质、标准态概念的正确理解。混合物性质与组分性质之间的关系及计算。

基本内容：1．变组成体系热力学性质间关系式和化学位。

2．偏摩尔性质：偏摩尔性质定义和物理定义；偏摩尔性质计算：解析法、作图法； Gibbs-Duhem方程

3．逸度和逸度系数：逸度和逸度系数的定义及物理意义；纯气体的逸度计算：由 PVT实验数据，由 H、S数据，由状态方程，由普遍化关系；纯液体逸度；气体混合物中组分逸度：基本计算方程，由截项维里方程计算；混合物的逸度与其组分逸度之间关系；压力和温度对逸度的影响。

4. 理想溶液：理想溶液的逸度，二种标准状态：Lewis-Randall和Henry定律；理想溶液的特点，理想溶液的意义。

5．混合性质变化：定义，理想溶液的混合性质变化。

6．活度和活度系数：定义，物理意义。

7．超额性质：定义，物理意义；超额自由焓和活度系数。

第五章 化工过程的能量分析（10学时）

基本要求：热力学两个定律及其在工程上应用。使学生不仅对过程的方向和限度有明确概念，对过程的不可逆性导致能的降级也要有明确的认识。

重点：能量平衡方程重点：讲授清楚表达式中各项意义，计算基准，掌握正确建立能量守恒式方法，正确计算热效应和功；熵和第二定律部分重点：讲清楚熵增原理、熵平衡（熵产和熵流）理想功、损失功和 等概念及计算方法。

难点：熵增原理概念、各种效率

基本内容：1．热力学第一定律与能量平衡方程：热力学第一定律；敞开体系能量平衡方程；稳定流动体系能量平衡方程及其在化工过程中应用。

2．热功转换的不等价性和热力学第二定律。

3．熵：熵的定义及熵的计算；熵增原理；熵平衡、熵产和熵流。

4．理想功和损失功：理想功定义和稳流过程理想功、损失功的定义和计算、热力学效率。

5．及其计算：定义；的计算：稳流体系计算，几种常见的计算式；衡算及效率。

第六章蒸汽动力循环和制冷循环（6学时）

基本要求：使学生能用热力学第一、二定律进行此二种循环热效应、制冷量、功耗和循环效率的计算。通过对热效率、直接加热和利用制冷原理的供热效率等计算，让学生理解合理利用能源的意义和途径。

重点：制冷原理的正确理解。理解同样的制冷原理可用于制冷和供热。

难点：蒸汽动力循环和制冷循环在T-S图的表示。

基本内容：1．蒸汽动力循环：朗肯循环、朗肯循环的改进。

2．制冷循环：蒸汽压缩制冷循环、吸收制冷循环。

3．气体绝热膨胀制冷原理：节流膨胀、对外作功的绝热膨胀。

第七章 相平衡（10学时）

基本要求：要求学生结合物理化学内容，掌握平衡条件和判据，相律及其应用。掌握完全互溶体系在中低压下汽液平衡的计算方法，会应用活度系数与液相组成关系式。让学生自编程序进行二元或三元汽液平衡计算，或利用用现成的软件计算。

重点：掌握平衡条件和判据，相律及其应用。

难点：活度系数模型，相平衡计算

基本内容：1.相平衡判据与相律：相平衡判据、相律及其应用。

2．汽液平衡的基本问题及求解类型、汽液平衡热力学处理方法。

3．汽液平衡计算：低压汽液平衡计算、中压汽液平衡计算、闪蒸计算。

4．活度系数与组成关系式：正规溶液和无热溶液； Van Laar方程；局部组成概念和 Wilson方程。

5.其它相平衡：液液平衡、气液平衡、固液相平衡、超临界流体中固体（或液体）的溶解度简单介绍（应用举例）

第八章 化学反应平衡（6学时）

基本要求：要求学生掌握反应进度概念，对用逸度系数、活度系数等处理化学平衡的计算方法有初步了解。

重点：相平衡计算

难点：相平衡计算

基本内容：1．化学反应的计量关系和反应进度。

2．化学反应平衡常数及有关计算。

3．工艺参数与平衡组成关系。