化工热力学
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课程评价
spContent=化工热力学课程是化工学科的基础课,是分离工程、化工设计等课程的基础。天津大学的3名教授、2名副教授组成了强大的教学团队,全面解读课程的原理、概念、模型,通过典型应用分析化工热力学在工程中的应用。相信你在享受热力学逻辑美的同时,又能深刻体会其强大的应用功能。
—— 课程团队
课程概述

化工热力学课程是化学工程领域重要的学科分支,是化学工程与工艺专业及相关专业(如:分子科学与工程专业、过程装备与控制工程专业)的专业基础课。在该课程中,不仅要学习化工热力学的基本原理、概念、模型等知识,而且需要学会结合化工原理、数学等相关知识处理化学工程体系中有关能量计算和物质平衡计算的问题。总之,该课程是化工过程和装置开发、研究、设计的理论基础和计算必备工具,是化学反应工程、分离工程、化工设计、化工安全、化学工艺学等课程的基础。

本课程的目的是使学生能够掌握,并利用化工热力学的原理和模型对化工中涉及到的体系相行为、化学反应行为、能量转换等进行分析研究,利用物系的热力学性质和其它化工物性进行关联和计算。

授课目标

1. 掌握与化工过程中流体热力学性质相关的基本概念和理论,熟练掌握化工热力学基本定律,化工过程中热力学性质间的基本关系和计算模型。

2. 能够应用热力学函数关系、流体平衡理论和模型、热力学基本定律等知识对化工过程中的能量计算、物质平衡计算等工程问题进行识别、分析和表达,并获得有效结论。

3. 能够根据化学工艺要求,结合流体pVT关系、流体平衡模型和理论,提出化工过程管道、换热设备、塔设备等设计方案,并能在设计环节中体现创新意识,考虑社会、健康、安全以及环境等因素。

4. 能够针对化工实验结果数据,选择合适的热力学理论和模型进行分析和解释,获得有效结论。

        5. 能够根据系统设计需求,进行团队合作,撰写实验和设计方案,能够清晰的进行陈述发言表达自己的设计思想,与他人进行沟通和交流。

课程大纲

第一周 绪论及流体的pvt关系

1.3 课程学习的方法和要求

2.3 维里型状态方程

2.4 立方型状态方程(van der Waals,RK)

2.7 立方型状态方程迭代求解

2.6 立方型状态方程数值求解

2.5 其他立方型状态方程

1.1 热力学学科的发展

1.2 热力学课程

2.1 流体的pvt关系概述

2.2 流体的状态方程概述

第一周 单元作业

第一周 单元测验

第二周 流体的pvt关系

2.8 多参数状态方程

2.12 混合规则及虚拟临界参数

2.15 液体pvt关系

2.10 偏心因子与其对应状态原理

2.11 普遍化状态方程

2.14 立方型状态方程混合规则

2.16 流体pvt关系总结

2.13 维里方程混合规则

2.9 对应状态原理简介

第二周 单元作业

第二周 单元测验

第三周 纯流体的热力学性质

3.2 Maxwell关系式

3.1 热力学基本方程

3.3 热容

3.5 理想气体熵变的计算

3.4 理想气体焓变的计算

3.6 剩余性质

第三周测验题

第三周 单元作业

第四周 纯流体的热力学性质

3.8 剩余熵的计算

3.10 过程焓变和熵变计算举例

3.11 热力学性质图

3.9 蒸发焓和蒸发熵

3.12 水蒸气表

3.7 剩余焓的计算

第四周 单元测验

第四周 单元作业

第五周 热力学基本定律

4.8  气体的压缩

4.2 热力学第二定律

4.3 能量的质量和级别,4.4 理想功、损失功与热力学效率,4.4 理想功、损失功与热力学效率,4.7  合理用能的基本原则

4.1  热力学第一定律

第五周 单元作业

第五周 单元测验

第六周 气体膨胀、制冷循环和热泵循环

4.11  制冷循环

4.9  气体的膨胀

4.12  热泵及其应用,4.14  制冷剂和载冷剂的选择

第六周 单元作业

第六周 单元测验

第七周    均相流体混合物的热力学性质

5.1 理想混合物与非理想混合物

5.4 偏摩尔性质的计算

5.5 变组成混合物的热力学性质

5.2 非理想混合物系的热力学性质

5.3 偏摩尔热力学性质的关系

第七周 作业

第七周 测验

第八周   均相流体混合物的热力学性质

第八周 测验

5.8 活度和活度系数

5.11 活度系数方程参数的获取及活度系数与溶液的非理想行为

5.7 混合物的逸度和逸度系数

5.6 纯流体的逸度和逸度系数

5.9 活度系数模型

5.10 局部组成型活度系数方程

第八周 作业

分享报告

第九周 相平衡

6.2 互溶系统的VLE关系式

6.6 低压下汽液平衡计算及举例

6.3 (γ-Φ)法VLE关系式化简

6.5 中低压下的泡露点计算(泡点温度计算)

6.1 相平衡基础

6.4 中低压下的泡露点计算(泡点压力计算)

第九周 单元作业

第九周 单元测试

第十周 相平衡

6.7 烃类系统K值法

6.9 闪蒸计算及举例

6.11 二元及三元液液平衡相图

6.12 液液平衡计算

6.10 高压汽液平衡(HP-VLE)

6.8 烃类系统K值法计算举例

第十周 单元作业

第十周 单元测试

预备知识

物理化学(上册)相关热力学基本概念:热力学基本函数的定义、体系-环境、广度性质-强度性质、理想气体行为、理想溶液性质、相平衡基本概念

证书要求
  1. 完成所有课程的学习;

  2. 完成课程视频中的测试题(20分);

  3. 完成至少5次主观题作业(8-10次作业);(完成1、2、3即可获得证书)(40分);

  4. 至少在课程讨论中回复不少于10次(10分);

  5. 完成至少1次分享报告;分享报告可以在线或离线进行。可以是PPT文件,也可以是专门录制的视频,或者在线进行分享(30分)。


优秀学员要求:

   5.1 分享报告得分(采用大众评分)为前20%的学员,可以免做3中的所有作业,并可直接获得优秀学员证书。所有分享报告资料必须公开分享;

   5.2 完成1、2、3、4中的作业,并且总分超过85分可以获得优秀学员证书;

   5.3 其它对课程有特殊贡献的学员,可以获得10-20分的加分,包括推广课程、积极帮助其他学员,以及积极帮助改进课程的学员。

   5.4 总优秀率不超过35%

参考资料

教材:化工热力学(通用型)第二版(十一五规划教材),马沛生、李永红主编,化学工业出版社,2009

参考书:

1. Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics, 6th Edition, Smith J.M., Van Ness H. C., Abbott M.M., McGraw-Hill, Inc., 2001.

2. Chemical and Engineering Thermodynamics, 3rd Edition, Sandler, S. I., John Wiley & Sons, Inc., NY (1999)

3. 陈钟秀,顾飞燕等编,《化工热力学》,化学工业出版社,2001

4. 陈新志,蔡振云,胡望明编,《化工热力学》,科学出版社,2001

5. 冯新等编,《化工热力学》,化工出版社,2009年

6. Molecular thermodynamics of fluid-phase equilibria, Prausnitz, J M,Rudiger N L, de Azevedo E D, N.J. Prentice,  Hall PTR, c1999.

7. 马沛生,《化工数据》,北京,中国石化出版社