1、06131050 學科基礎課 543化學工程與工藝 物理化學、化工原理 化工與制藥學院化工熱力學教學大綱一、課程基本信息 課程中文名稱：化工熱力學 課程英文名稱 ： Chemical Engineering Thermodynamics 課程編號： 課程類型： 總 學 時： 學 分： 適用專業： 先修課程： 開課院系：二、課程的性質與任務 化工熱力學是化學工程學的一個重要分支， 是化工類專業必修的 專業基礎課程。它是化工過程研究、開發與設計的理論基礎，是一門 理論性與應用性均較強的課程。 該門課系統地介紹了將熱力學原理應 用于化學工程技術領域的研究方法。 它以熱力學第一、 第二定律為基 礎，研

2、究化工過程中各種能量的相互轉化及其有效利用， 深刻闡述了 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。設置本課程， 為了使考生能夠掌握化工熱力學的基本概念、 理論 和專業知識；能利用化工熱力學的原理和模型對化工中涉及到的化學 反應平衡原理、 相平衡原理等進行分析和研究； 能利用化工熱力學的 方法對化工中涉及的物系的熱力學性質和其它化工物性進行關聯和 推算；并學會利用化工熱力學的基本理論對化工中能量進行分析等。三、課程教學基本要求 通過本課程學習，要求 1正確理解化工熱力學的有關基本概念和理論； 2理解各個概念之間的聯系和應用； 3掌握化工熱力學的基本計算方法； 4能理論聯系實際，靈活

3、分析和解決實際化工生產和設計中的 有關問題。四、理論教學內容和基本要求教學內容第一章 緒論熱力學發展簡史 化工熱力學的主要研究內容 化工熱力學的研究方法及其發展 化工熱力學在化工中的重要性 第二章 流體的 p- V- T關系 純物質的 p V T 關系 氣體的狀態方程2.2.1理想氣體狀態2.2.2維里方程2.2.3立方型狀態方程2.2.4多參數狀態方程對應態原理及其應用2.3.1對比態原理2.3.2三參數對應態原理2.3.3普遍化狀態方程真實氣體混合物的 p- V- T關系2.4.1混合規則2.4.2氣體混合物的虛擬臨界性質2.4.2氣體混合的第二維里系數2.4.3混合物的狀態方程液體的p

4、V -T 關系2.5.1飽和液體體積2.5.2壓縮液體（過冷液體）體積2.5.3液體混合物的 p V -T 關系第三章純流體的熱力學性質熱力學性質間的關系3.1.1熱力學基本方程3.1.2 Maxwell 關系式 焓變與熵變的計算熱容 理想氣體的 H、S、隨 T、p 的變化 真實氣體的 H、S隨 T、p 的變化 真實氣體的焓變、熵變的計算 蒸發焓與蒸發熵3.2.13.2.23.2.33.2.4逸度和逸度系數的定義 混合物的逸度與其組元逸度之間的關系 溫度和壓力對逸度的影響 逸度和逸度系數的計算 液體的逸度4.4.43.2.5純物質兩相系統的熱力學性質及熱力學圖表3.3.1兩相系統的熱力學性質3

5、.3.2熱力學性質圖表 第四章 均相混合物熱力學性質 變組成系統的熱力學關系偏摩爾性質4.2.1偏摩爾性質的引入及定義4.2.2偏摩爾性質的熱力學關系4.2.3偏摩爾性質的計算4.2.4 Gibbs-Duhm 方程 混合過程性質變化4.3.1混合過程性質變化4.3.2混合過程的焓變化逸度和逸度系數4.4.14.4.24.4.34.4.5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質變化 活度和活度系數活度和活度系數 活度系數標準態的選擇 超額性質4.6.24.6.34.6.1活度系數模型4.7.1正規溶液模型4.7.2 Whol 型方程4.7.3 Redlish-Kiste

6、r 經驗式4.7.4無熱溶液模型4.7.5局部組成型方程第五章相平衡相平衡基礎5.1.1平衡判據5.1.2相律互溶系統的汽液平衡關系式5.2.1狀態方程法5.2.2活度系數法5.2.3方法比較中低壓下汽液平衡5.3.1中低壓下二元汽液平衡相圖5.3.2中低壓下泡點、露點計算5.3.3低壓下汽液平衡的計算5.3.2烴類的 K 值法和閃蒸計算高壓下汽液平衡5.4.1高壓下汽液平衡相圖5.4.2高壓下汽液平衡計算汽液平衡熱力學一致性檢驗5.5.1積分檢驗法（面積檢驗法）5.5.2微分檢驗法（點檢驗法）平衡與穩定性其他類型的相平衡5.7.1液液平衡5.7.2汽液液平衡5.7.3氣液平衡5.7.4固液平

7、衡5.7.5汽固平衡和超臨界流體在固體（或液體）中的溶解度 第六章 化工過程能量分析熱力學第一定律能量轉化與守恒方程6.1.1能量的種類6.1.2熱力學第一定律能量守恒的基本式6.1.3封閉系統的熱力學第一定律6.1.4穩流系統的熱力學第一定律及其應用熱力學第二定律6.2.1熵與熵增原理6.2.2熵產生和熵平衡6.2.3熱機與能量品位理想功、損失功和熱力學效率6.3.1理想功6.3.2損失功6.3.3熱力學效率有效能6.4.1有效能定義6.4.2穩流過程有效能計算6.4.3不可逆過程的有效能損失6.4.4有效能效率化工過程能量分析及合理用能第七章 壓縮、膨脹、動力循環與制冷循環氣體的壓縮膨脹過

8、程7.2.1節流膨脹7.2.2絕熱作功膨脹蒸汽動力循環7.3.1 Rankine 循環及其熱效率7.3.2蒸汽參數對熱效率的影響7.3.3 Rankine 循環的改進制冷循環維里方程的幾種形式維里系數的物理意義 多參數狀態方程Lydersen 三參數壓縮因子圖液體的 PVT關系7.4.1理想制冷循環7.4.2蒸汽壓縮制冷循環7.4.3吸收式制冷循環7.4.4噴射式制冷循環7.4.5熱泵及其應用7.4.6深冷循環與氣體液化制冷劑的選擇第八章 物性數據的估算（選講）第九章 環境熱力學（選講）基本要求第一章 緒論 了解：化工熱力學的主要內容 理解：“化工熱力學”與“物理化學”的主要區別 掌握：化工熱

9、力學的研究方法有經典熱力學方法和分子熱力學方 法。第二章 流體的 p- V- T關系了解：（1）（2）（3）（4）（5） 理解：（1）RK方程的迭代形式及應用（2）對比態原理（ 3）氣體混合物的虛擬臨界參數 掌握：（1）偏心因子2）三參數壓縮因子圖3）Pitzer 普遍化壓縮因子圖4）普遍化第二維里系數Helmholtz 方程 敞開系統熱力學基本方程Maxwell 關系式 理想氣體焓變和熵變計算（次重點） 理想氣體焓和熵隨溫度、壓力的變化關系式封閉系統熱力學基本方程 麥克斯韋關系式的用途 剩余性質的概念（重點） 利用維里方程計算剩余性質5）液體的純經驗的 PVT關系 6）Kay規則重難點：（1

10、）立方型狀態方程的普遍特點及計算（2）三參數壓縮因子圖（3）氣體混合物的第二維里系數及應用（4）R-K方程的混合規則 第三章 純流體的熱力學性質 通過本章學習， 掌握各熱力學性質間的關系， 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圖表的應用。了解：（1）（2）（3）（4）（5） 理解：（1）（2）（3）（4） 掌握：1）剩余焓、剩余熵與 P、V、T 的關系式2）對于一個實際過程，設計焓變和熵變的計算途徑 3）利用狀態方程計算焓變和熵變（重點）（4）利用 R-K 方程計算剩余性質5）利用普遍化關聯式計算焓變和熵變（重點）6）利用普遍化第二維里系數計算剩余焓和剩余熵7）利用 P

11、itzer 三參數焓熵圖計算剩余焓和剩余熵8）蒸發焓與蒸發熵（重點）（ 9） T-S 圖的形狀和構成了解： （1） （2） （3） （4） （5） （6） （7） （8） （9）化學勢（位）的概念 混合性質的概念（重點） 混合性質與偏摩爾量的關系 理想溶液及其標準態（重點） 利用 R-K 方程計算純物質的逸度系數 利用普遍化的第二維里系數計算逸度系數 利用三參數普遍化逸度系數圖計算逸度系數 溫度對逸度的影響 壓力對逸度的影響10）T-S 圖的制作及使用：11）水蒸氣表的構成及使用第四章 均相混合物熱力學性質 通過本章學習，能理解流體混合物的相關熱力學性質，正確理解 和使用混合物中組元的逸度與活

12、度的概念，為相平衡的計算打下基 礎。變組成系統的熱力學基本方程 偏摩爾量的定義及提出的意義 理想混合物的定義 理想混合物的相關熱力學性質 逸度與逸度系數的概念（重點） 逸度系數與 PVT的關系式 活度的定義 活度系數 正規混合物的概念及方程適用條件（ 10）無熱混合物的概念及方程適用條件（11）半經驗型活度系數方程（重點） 理解：（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）（8）（9） （11）活度系數標準態的選擇（12）超額性質的定義（13）局部組成的概念（14）基團貢獻法掌握：（1）偏摩爾量的計算（重點）（2）作圖法計算偏摩爾量（3）二元截距法計算偏摩爾量（4）吉布斯杜亥姆方程（重點）（5）

13、混合體積變化和混合焓變的計算（6）純液體逸度的計算式（ 7） Margulas 方程的應用及適用條件（ 8） Van Laar 方程的應用及適用條件（9）基于局部組成的活度系數方程（重點）（ 10） Wilson 方程（11）NRTL方程第五章 相平衡通過本章學習，能學會應用化工熱力學的知識處理汽液平衡計算 主要是泡、露點的計算） ，并能處理一些簡單的液液平衡問題。了解：（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）“（8）（9）（10）（11）平衡判據（重點） 相對揮發度 相平衡常數 泡、露點的概念 汽液平衡相圖的類型、構成等 高壓汽液平衡相圖的特點逆向”現象 汽液平衡一致性校驗的依據（重點）

14、液液平衡判據（重點）各種二元及三元的液液平衡相圖 汽液液平衡氣液平衡固液平衡（12）（13）理解：相平衡的五個判據 相律（重點） 高壓汽液平衡的幾個基本關系式 高壓相平衡計算（次重點） 二元液液平衡計算的基本關系式及簡單計算 三元液液平衡的計算（次重點） 三元液液平衡計算的基本關系式穩流系統的熱力學第一定律 熵與熵增原理 理想功的概念及定義 損失功的概念 熱力學效率（重點）可逆軸功 實際軸功 熵產生 熵流 能級 熱力學死態及有效能的概念 有效能與理想功的關系（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7） 掌握： （1）低壓下汽液平衡的表達式及計算中低壓下泡、露點計算（重點）3）K值法（重點）（ 4

15、）狀態方程法計算高壓汽液平衡（5）活度系數法計算高壓汽液平衡（6）K值法計算高壓汽液平衡 第六章 化工過程能量分析通過本章學習，能夠了解熱力學分析中的基本概念及基本方法， 會應用熱力學第一定律等分析實際問題。了解：（1）（2）（3）（4）（5） 理解：（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）制冷循環的原理（重點） 逆卡諾循環制冷的循環過程 吸收式制冷循環（次重點） 吸收式制冷的循環途徑與實現制冷的原理 制冷工質的選擇（次重點） 深度制冷的概念（次重點） 深度制冷的概念及用途 林德循環的過程及實現深度制冷的原理 克勞特循環的過程及實現深度制冷的原理掌握：1）穩流系統的熱力學第一定律的表達式及簡

16、化形式 2）軸功的計算（3）熱量衡算（4）熵平衡方程式（5）物理有效能的概念（6）化學有效能的概念（7）有效能平衡方程式及有效能分析（重點）第七章 壓縮、膨脹、動力循環與制冷循環通過本章學習， 了解基本的冷凍循環及深度冷凍循環， 并能運用 熱力學性質圖表進行簡單的冷凍計算。了解：（1）（2）（3）（4）（5）（6）（7）（8）（9）理解：（1）制冷能力、制冷系數等概念（2）蒸汽壓縮制冷循環（重點）（3）蒸汽壓縮制冷循環的途徑與實現制冷的原理掌握： 應用熱力學性質圖表計算制冷問題 第八章 物性數據的估算（選講） 第九章 環境熱力學（選講）五、實驗教學內容和基本要求（無）六、課外教學內容和基本要求（無）七、有關教學環節的要求1熟知考試大綱對課程提出的總要求和各章的知識點。2應掌握各知識點要求達到的能力層次，并深刻理解對各知識 點的考核目標。3注意對考生應試能力