化工热力学知识点.docx
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化工热力学知识点
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，vanderWaals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ω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课件和板书相结合的方式进行教学。
课后，学生可以上网浏览该课程网站进行自主学习。
（2）作业：
在本课的学习过程中，作业是必不可少的。
按教学要求，除选用教材各章后所附的习题以外，还可根据教学进度和学生的实际情况，补充一定量的练习题，来加深对知识的理解和掌握。
3．考核方式
（1）本课程考试一般采用闭卷形式进行。
（2）考试内容以教学大纲为依据，主要考查基本知识、基本理论和基本计算。
难度适中，题量适度，对未作具体教学要求的内容可不作为考试要求。
4.成绩评定：
平时成绩（30%）与期末考试成绩（70%）相结合。
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