化工热力学教学大纲

　　一、课程目标
　　化工热力学是化学工程学科的一个重要分支，是高等院校化工类专业必修的专业基础课程。化工热力学的原理和应用知识是从事化工过程研究、开发与设计等方面工作必不可少的重要理论基础，是一门理论性与工程应用性均较强的课程。化工热力学就是运用经典热力学的原理，结合反映系统特征的模型，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、相平衡和化学平衡计算、能量的有效利用等实际问题，为学习后续课程和解决化工过程的实际问题打下牢固的基础。
　　二、基本要求
　　本课程是化学工程与工艺专业高年级学生必修的专业基础理论课。化工热力学是由化学热力学和工程热力学组合而成的一门学科，它以物理化学等为基础，是学生在具备了物理化学、化工原理等基础知识之后必修的技术基础课，通过本课程的学习为化工设计、分离工程、化学反应工程及系统工程等打下理论基础。在化工热力学的模型推导以及性质计算中，需要具备高等数学（微积分、数值分析）和计算机语言等方面的有关知识。
　　本课程的任务是概括、深化热力学的基本定律和有关的理论知识，研究化工过程中各种能量的相互转化和有效利用，以及各种物理、化学变化过程达到平衡的理论极限、条件或状态。通过本课程的学习，要求学生正确理解化工热力学的有关基本概念和理论，掌握热力学基本定律及其在炼油化工生产中的应用；具体掌握流体热力学性质的计算及应用，熟悉热、功和有效能的计算，学会初步运用热力学分析法来评价过程或装置能量的利用情况；了解液相活度系数典型模型及其发展，重点掌握真实溶液的热力学性质及多组分体系相平衡关系的计算方法，为分离工程、化工设计打下牢固的基础，同时可使学生获得巩固的专业理论基础知识，培养和提高学生从事化工生产、设计和科学研究工作的理论分析能力。
　　三、教学内容与学时分配建议
　　第1章绪论(2学时)
　　本章重点难点：明确化工热力学的主要任务，认识化工热力学的重要作用。
　　化工热力学发展简述，化工热力学的研究对象、特点与限制，热力学的研究方法，化工热力学与其他学科的关系，学习化工热力学的目的和要求，热力学基本概念。
　　第2章流体的pVT关系(4学时)
　　本章重点难点：p-V-T关系，立方型状态方程，RK方程，维里方程及应用，三参数普遍化关系式。
　　1．纯流体的p-V-T关系
　　纯物质的p-T图，纯物质的p-V图，相图上的重要概念。
　　2．气体的状态方程
　　理想气体状态方程，立方型状态方程，如RK方程、SRK方程、PR方程，多参数状态方程如BWR方程，维里方程。
　　3．对应态原理和普遍化关联式
　　对比状态原理，偏心因子和三参数普遍化关系：普遍化第二virial系数法和普遍化压缩因子法。
　　4．真实气体混合物的pVT关系
　　状态方程的混合规则，虚拟临界参数法和Kay规则。
　　第3章纯流体的热力学性质计算(6学时)
　　本章重点难点：热力学性质间的关系，剩余性质的概念与计算，根据实际需要选择合适的计算方法。
　　1．热力学性质间的关系
　　热力学基本方程，点函数间的数学关系式，Maxwell关系式及其应用。
　　2．理想气体热力学性质的计算
　　3．真实气体热力学性质的计算
　　热力学函数的计算原理及方法，剩余性质的定义，剩余焓和剩余熵的计算，用普遍化方法估算剩余焓和剩余熵，真实气体的焓变和熵变计算。流体的饱和热力学性质。
　　4．纯流体的热力学性质图和表
　　两相系统的热力学性质，热力学性质图表，焓熵图，水蒸气表。
　　第4章溶液热力学性质的计算(18学时)
　　本章重点难点：偏摩尔性质，Gibbs-Duhem方程，偏摩尔性质间的关系，逸度系数的计算，理想溶液，活度系数模型。
　　1．均相敞开体系的热力学基本关系
　　2．偏摩尔性质
　　偏摩尔性质的定义与物理意义，化学位，偏摩尔性质与溶液性质的关系，偏摩尔性质之间的关系，偏摩尔性质的计算， Gibbs-Duhem方程。
　　3．混合变量
　　混合变量的定义，混合体积变化，混合焓变，焓浓图及其应用。
　　4．逸度与逸度系数
　　逸度与逸度系数的定义，纯物质逸度系数的计算，纯液体的逸度，混合物的逸度及其计算，溶液(气体混合物)中组分逸度和逸度系数的定义及其计算，混合物的逸度与其组分逸度之间的关系，温度、压力对逸度的影响。
　　5．理想溶液和非理想溶液
　　理想溶液的定义，理想溶液的性质，理想溶液的混合性质变化，非理想溶液的性质。
　　6．活度及活度系数
　　活度与活度系数的定义，活度系数标准态的选择，活度系数与温度和压力的关系，活度系数与组成的关系。
　　7．超额性质
　　超额性质的定义，超额Gibbs自由能和活度系数的关系，超额性质间的关系。
　　8．活度系数模型
　　正规溶液和无热溶液。典型的活度系数模型：对称方程，Margules方程、Van Laar方程，局部组成概念和Wilson方程。
　　第5章相平衡(12学时)
　　本章重点难点：中低压下汽液平衡的计算，活度系数关联式中方程参数的确定，相平衡计算。
　　1．相平衡基础
　　相平衡判据，相律。
　　2．互溶系统的汽液平衡计算通式
　　气液平衡的基本问题、求解类型和热力学处理方法，状态方程法，活度系数法。
　　3．汽液平衡的计算
　　多组分体系中、低压下汽液平衡的计算，高压汽液平衡的计算，闪蒸的计算，从实验数据确定活度系数，活度系数关联式中方程参数的确定，恒沸点的判断。
　　4．Gibbs-Duhem方程的应用
　　汽液平衡实验数据的热力学一致性检验，积分检验法，微分检验法。
　　5．液液平衡
　　溶液的稳定性，液液平衡的计算。
　　第6章化工过程能量分析(14学时)
　　本章重点难点：稳定流动体系能量平衡方程中各项意义、计算以及在工程上的应用，熵平衡方程式及其应用，理想功和损失功的计算，有效能的概念及计算。
　　1．热力学第一定律及其应用
　　热力学第一定律的本质，普遍化衡算方程，能量平衡方程及其应用。
　　2．热力学第二定律及其应用
　　热力学第二定律，热功间的转化，熵与熵增原理，熵流与熵产生，熵平衡方程式及其应用。
　　3．理想功、损失功和热力学效率
　　理想功的定义，稳流过程的理想功，损失功的定义及计算，热力学效率。 　
　　4．有效能
　　能量的级别与有效能，稳流过程有效能的计算，包括物理有效能和化学有效能的计算，有效能和理想功的异同，不可逆性过程的有效能损失与无效能，有效能平衡方程式与有效能效率。
　　5．化工过程能量分析
　　热力学分析的三种方法，典型化工单元过程热力学分析：流体流动过程；传热过程；传质过程。合理用能的基本原则。
　　四、教材及主要参考资料
　　1．《化工热力学》，冯新、宣爱国、周彩荣、田永淑、龙小柱编，化学工业出版社，2009，教育部高等学校化学工程与工艺专业教学指导分委员会推荐教材； (教材)
　　2．《化工热力学》(第三版)，陈新志、蔡振云、胡望月、钱超编著，化学工业出版社，2009，面向21世纪课程教材；
　　3．《化工热力学》(通用型) (第二版)，马沛生、李永红主编，化学工业出版社，2009，“十一五”国家级规划教材。
　　4．《化工热力学》(第二版)，陈钟秀、顾飞燕、胡望明编，化学工业出版社，2001；
　　5．《Chemical and Engineering Thermodynamics》(third edition)，S. I. Sandler，化学工业出版社，2002，国外名校名著；
　　6．《化工热力学导论》(原著第七版)，[美]J. M. 史密斯、H. C. 范内斯、M. M. 阿博特著，王延儒主审，化学工业出版社，2008，国外名校名著；
　　7．《化工热力学习题精解》，陈新志、蔡振云、夏薇编，科学出版社，2002。