化工热力学
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课程评价
spContent=化工热力学是化工专业最重要的必修课程之一,学生可以掌握纯流体热力学性质计算方法;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。
—— 课程团队
课程概述


本课程是化学工程学的重要组成部分,是化工过程研究、开发和设计的理论基础。本课程是在学生学过物理化学,完成化工厂生产实习,并具备化工过程和设备的知识(时间安排上,至少比化工原理迟一学期)基础上讲授。本课程任务是以热力学第一、二定律为基础,研究化工过程各种能量的相互转化及其有效利用,培养学生节约能源、合理利用能源的观点;研究各种物理和化学变化过程中达到平衡的理论极限、条件和状态,为分离过程、化学反应过程提供相平衡和化学平衡数据;使学生掌握热力学性质数据的获取方法(查阅文献、建立数学模型、利用实验数据等),培养学生树立工程观点,养成实事求是、科学严谨的工作作风,提高理论联系实际的工程实践能力;为学习后续课程及毕业后参加实际工作奠定基础。


授课目标
本课程任务是以热力学第一、二定律为基础,研究化工过程各种能量的相互转化及其有效利用,培养学生节约能源、合理利用能源的观点;研究各种物理和化学变化过程中达到平衡的理论极限、条件和状态,为分离过程、化学反应过程提供相平衡和化学平衡数据;使学生掌握热力学性质数据的获取方法。
课程大纲
教学内容
第一章标题(总学时)绪  论(2学时)
第一章基本要求使学生了解化工热力学研究对象及其在化工中应用
第一章教学内容及学时分布第一节化工热力学研究范围和研究方法
第二节化工热学在化学工业上应用
第三节名词和定义
 
第二章标题(总学时)流体的p-V-T 关系和状态方程(6学时)
第二章基本要求使学生了解流体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
第二章教学内容及学时分布第一节纯流体PVT关系
1、P-V图
2、P-T图
第二节真实流体状态方程
1、维里方程
2、范德华方程
3、Redlich-Kwong方程
第三节状态方程的选用
第四节对比态原理
1、对比态原理
2、偏心因子概念
第五节多组分流体的pVT关系
第六节液体的PVT性质
 
第三章标题(总学时)纯流体的热力学性质计算 (6学时)
第三章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
第三章教学内容及学时分布第一节定组成体系热力学性质间关系式
1、基本方程
2、点函数间数学关系式
3、Maxwell方程
第二节单相体系热力学性质计算
1、ds方程
2、dH方程和 du方程
3、剩余性质
4、真实气热力学性质(H,S)计算
5、状态方程法、普遍化法
第三节两相系统的热力学性质及热力学图表
1、两相系统热力学性质
2、热力学性质图表
3、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






第四章标题(总学时)溶液热力学性质的计算 (13学时)
第四章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
第四章教学内容及学时分布第一节变组成体系热力学性质间关系式和化学位
第二节偏摩尔性质
1、偏摩尔性质定义和物理定义
2、偏摩尔性质计算
3、解析法、作图法
4、Gibbs-Duhem方程
第三节逸度和逸度系数
1、逸度和逸度系数的定义及物理意义
2、纯气体的逸度计算
3、由 PVT实验数据,由 H、S数据,由状态方程,由普遍化关系
4、纯液体逸度
5、气体混合物中组分逸度
6、基本计算方程,由截项维里方程计算
7、混合物的逸度与其组分逸度之间关系
8、压力和温度对逸度的影响
第四节理想溶液
1、理想溶液的逸度,二种标准状态
2、Lewis-Randall和Henry定律
3、理想溶液的特点,理想溶液的意义
第五节混合性质变化
1、定义
2、理想溶液的混合性质变化
第六节活度和活度系数
1、定义
2、物理意义
第七节超额性质
1、定义
2、物理意义
3、超额自由焓和活度系数






第五章标题(总学时)相平衡(12学时)
第五章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
第五章教学内容及学时分布第一节相平衡判据与相律
1、相平衡判据、相律及其应用
第二节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
第三节偏摩尔性质定义和物理定义
1、低压汽液平衡计算
2、中压汽液平衡计算
3、闪蒸计算
第四节活度系数与组成关系式
1、正规溶液和无热溶液
2、 Van   Laar方程
3、局部组成概念和 Wilson方程
第五节其它相平衡
1、液液平衡
2、气液平衡
3、固液相平衡(介绍陆小华老师的科研工作)
4、超临界流体中固体(或液体)的溶解度简单介绍






第六章标题(总学时)化工过程能量分析(10学时)
第六章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
第六章教学内容及学时分布第一节热力学第一定律与能量平衡方程
1、热力学第一定律
2、敞开体系能量平衡方程
3、稳定流动体系能量平衡方程及其在化工过程中应用
第二节热功转换的不等价性和热力学第二定律
第三节
1、熵的定义及熵的计算
2、熵增原理
3、熵平衡、熵产和熵流
第四节理想功和损失功
1、理想功定义和稳流过程理想功
2、 损失功的定义和计算
3、热力学效率
第五节有效能及其计算
1、有效能定义
2、有效能的计算
3、稳流体系有效能计算
4、几种常见的有效能计算式
5、有效能衡算及有效能效率






第七章标题(总学时)压缩、膨胀、动力循环与制冷循环 (7学时)
第七章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。
第七章教学内容及学时分布第一节蒸汽动力循环
1、朗肯循环
2、朗肯循环的改进
第二节制冷循环
1、蒸汽压缩制冷循环
2、吸收制冷循环
第三节气体绝热膨胀制冷原理
1、节流膨胀
2、对外作功的绝热膨胀


预备知识

先修 物理化学

证书要求

参考资料

朱自强,吴有庭,化工热力学,化学工业出版社,2010

李永红,马沛生,化工热力学(通用型)第二版,化学工业出版社,2011.

Smith JM, Van Ness HC, Abbott, MM, Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics (7th edition), McGraw-Hill Companies, 2005


南京工业大学
授课老师
冯新

冯新

教授