《化工热力学》教学大纲 英文名称：Chemical Engineering Ther modynamic 课程编码：03113135学分：3.5参考学时：56实验学时 上机学时：活用专业：化学工程与工梦 大纲执笔人：宋春敏系主任：侯影飞 一、课程目标 化工热力学是化学工程学科 个重要分支 ,与化学反 应T程 、分离工程等 程密切相 程 通过本课程的学习可使学牛 工热 斗的发展历程、前沿理论和发展趋势 堂握化工热力学的基本概念理论 和基础知识，能第应用热力号 方法解决化工过程研究。开发与工程设计中所涉及的物性、相平衡以及能量利用等问题， 为后续课程的学习打下坚实的理论基础。 一木要求 力学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专业核心基础课 设i 1备 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、条件和状态。通过本课程的学习，要求学生正确理解化工热力 和 本 流体热力学性质的 用，及具发 有效 的T 子 利用 论和基础知识，培养和提高学生从事化一生 设计和科学 生获得 法为分调程化工设美定牢面 的理论基础。 教学纳容与学时分配建议 第1音绪论2学时 本章重点难点：化工热力学研究的特点，化工热力学的主要任务及研究方法 化工热力学在课程链上的位置，化工热力学发展简述，化工热力学的研究对像、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，热力学基本概念，课程学习要求。 通过本章内容的学习，可使学生了解化工热力学学科的发展历程.发展现状和发展趋势，并熟悉热力学的研究方 第2章流体的即T关系和状态方程4学时 本章更点难点：立方型状态方程，三参数普這化关系式，状态方程的选择。 1.纯物质的p-1关系0.5学时 2. 气体的状态方程1.5学时 立方型状态方程，多参数状态方程，维里方程 3.对应态原理和普遍化关联式1.5学时 对比状态原理，偏心因子和三参数普這化关系式， 4.真实气体混合物的pT关系0.5学时 5.状态方程的选择和实际应用 通过本章内容学习，使学生掌握流体的7关系以及各种类型的状态方程。 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，剩余性质及真实气体热力学性质的计算，水蒸气表的应用。 1,热力学性质间的关系1学时 热力学基本方程，Maxwell关系式及其应用 2.理想气体热力学性质的计算1学时 3.真实气体热力学性质的计算3学时 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，真实气体的焓变和熵变计算】 4.纯流体的热力学性质图和表1学时 两相系统的热力学性质，热力学性质图表，焓熵图，水蒸气表
《化工热力学》教学大纲 英文名称：Chemical Engineering Thermodynamics 课程编码：03113135 学分：3.5 参考学时：56 实验学时： 上机学时： 适用专业：化学工程与工艺 大纲执笔人：宋春敏 系主任：侯影飞 一、课程目标 化工热力学是化学工程学科的一个重要分支，是化学工程与工艺专业高年级学生必修的专业基础理论课，与化学反 应工程、分离工程等课程密切相关。本课程的目标是使学生会应用经典热力学原理来解决化工生产中的工程实际问题。 通过本课程的学习可使学生了解化工热力学学科的发展历程、前沿理论和发展趋势，掌握化工热力学的基本概念、理论 和基础知识，能够应用热力学方法解决化工过程研究、开发与工程设计中所涉及的物性、相平衡以及能量利用等问题， 为后续课程的学习打下坚实的理论基础。 二、基本要求 化工热力学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专业核心基础课，通过本课程的学习又为后 续的分离工程、化工设计、化学反应工程及化工过程分析与合成等课程打下理论基础。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、条件和状态。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，使学生获得巩固的专业基本理 论和基础知识，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，为分离工程、化工设计奠定牢固 的理论基础。 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：化工热力学研究的特点，化工热力学的主要任务及研究方法。 化工热力学在课程链上的位置，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，热力学基本概念，课程学习要求。 通过本章内容的学习，可使学生了解化工热力学学科的发展历程、发展现状和发展趋势，并熟悉热力学的研究方 法。 第2章 流体的pVT关系和状态方程 4学时 本章重点难点：立方型状态方程，三参数普遍化关系式，状态方程的选择。 1．纯物质的p-V-T关系 0.5学时 2．气体的状态方程 1.5学时 立方型状态方程，多参数状态方程，维里方程。 3．对应态原理和普遍化关联式 1.5学时 对比状态原理，偏心因子和三参数普遍化关系式。 4．真实气体混合物的pVT关系 0.5学时 5．状态方程的选择和实际应用 通过本章内容学习，使学生掌握流体的pVT关系以及各种类型的状态方程。 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，剩余性质及真实气体热力学性质的计算，水蒸气表的应用。 1．热力学性质间的关系 1学时 热力学基本方程，Maxwell关系式及其应用。 2．理想气体热力学性质的计算 1学时 3．真实气体热力学性质的计算 3学时 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，真实气体的焓变和熵变计算。 4．纯流体的热力学性质图和表 1学时 两相系统的热力学性质，热力学性质图表，焓熵图，水蒸气表
通过本章的学习，使学生熟悉热力学性质的计算方法，掌握由易测定的热力学性质经过适当的数学方法来计算真实 气体的热力学性质以及过程的焓变和熵变的方法，为化工过程的热力学分析莫定基础。 第4章溶液热力学性质的计算14学时 本章重点滩 偏摩尔性质 s-Duhem2方程及其应用，偏摩尔性质间的关系，各种逸度系数的计算，主要的活 1.均相数开体系的热力学基本关系0.5学时 2.偏摩尔性质35学时 偏摩尔性质的定义 化学位，偏摩尔性质与溶液性质间的关系，偏摩尔性质之间的关系，偏摩尔性质的计算， Gibbs-Duhem方程及其应用 3.混合变量（混合性质变化0.5学时 4.逸度与逸度系数4学时 逸度与逸度系数的定义，纯气体逸度与逸度系数的计算，纯液体的逸度，混合物的逸度及其计算，溶液中组分的逸 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.理相溶液和非理相溶液1学时 理想溶液的定义及性质，非理想溶液的性质， 6.活度与活度系数1.5学时 活度与活度系数的定义 ,活度系数标准态的选择，活度系数与组成的关系 7.超额性质2学时 招性质的定义招额Gbbs白由能和活度系的关系】 8.活度系数模型1学时 典型的活度系数横型，各种活度系数模型的适用范围。 性内容学习，使 全面了解溶液热 力学性质的 要的是 了下坚实础， 第5章相平衡10学时 本章重点难点：相平衡计算，活度系数模型中方程参数的确定。汽液平衡街不同计算方法的特点与实际选择 1.相平衡基础1学时 相平衡的判据、相律。 2.互溶系统的汽液平衡计算通式2学时 汽液平衡的基本问题、求解类型和热力学处理方法，状态方程法，活度系数法 3.汽液平衡的计镜6学时 多组分体系汽液平衡的计算，闪蒸的计算，活度系数模型中方程参数的确定。 4.Gibbs-Duhem方程的应用0.5学时 5.液液平衡0.5学时 6.其他类型的相平衡 通过本章学习，使学生掌握相平衡理论，汽液平衡计算的基本方法，具备对化工过程设计计算的基本技能】 第6章化工过程能量分析13学时 本章重点难点：能量平衡方程中各项意义、计算以及在工程上的应用，熵平衡方程及其应用，理想功和损失功的计 算，有效能的概念及计算，有效能衡算，典型化工单元过程的有效能损失。化工过程热力学分析。 1.热力学第一定律及其应用3学时 普遍化的能量平衡方程及其应用。 2.热力学第一定律及其应用3学时 热力学第二定律，熵与熵增原理，熵平衡方程及其应用。 3.理想功、损失功和热力学效率2学时 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3学时
通过本章的学习，使学生熟悉热力学性质的计算方法，掌握由易测定的热力学性质经过适当的数学方法来计算真实 气体的热力学性质以及过程的焓变和熵变的方法，为化工过程的热力学分析奠定基础。 第4章 溶液热力学性质的计算 14学时 本章重点难点：偏摩尔性质，Gibbs-Duhem方程及其应用，偏摩尔性质间的关系，各种逸度系数的计算，主要的活 度系数模型以及活度系数模型的选择。 1．均相敞开体系的热力学基本关系 0.5学时 2．偏摩尔性质 3.5学时 偏摩尔性质的定义，化学位，偏摩尔性质与溶液性质间的关系，偏摩尔性质之间的关系，偏摩尔性质的计算， Gibbs-Duhem方程及其应用。 3．混合变量(混合性质变化) 0.5学时 4．逸度与逸度系数 4学时 逸度与逸度系数的定义，纯气体逸度与逸度系数的计算，纯液体的逸度，混合物的逸度及其计算，溶液中组分的逸 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 1学时 理想溶液的定义及性质，非理想溶液的性质。 6．活度与活度系数 1.5学时 活度与活度系数的定义，活度系数标准态的选择，活度系数与组成的关系。 7．超额性质 2学时 超额性质的定义，超额Gibbs自由能和活度系数的关系。 8．活度系数模型 1学时 典型的活度系数模型，各种活度系数模型的适用范围。 通过本章内容学习，使学生全面了解溶液热力学性质的概念和计算，掌握偏摩尔性质、混合变量、理想溶液和超额 性质等重要概念，熟悉偏摩尔性质和溶液性质间的关系，掌握真实溶液热力学性质的计算方法，其中最重要的是逸度系 数和活度系数的计算，本章为相平衡尤其是汽液平衡打下坚实基础。 第5章 相平衡 10学时 本章重点难点：相平衡计算，活度系数模型中方程参数的确定。汽液平衡不同计算方法的特点与实际选择。 1．相平衡基础 1学时 相平衡的判据、相律。 2．互溶系统的汽液平衡计算通式 2学时 汽液平衡的基本问题、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 6学时 多组分体系汽液平衡的计算，闪蒸的计算，活度系数模型中方程参数的确定。 4．Gibbs-Duhem方程的应用 0.5学时 5．液液平衡 0.5学时 6. 其他类型的相平衡 通过本章学习，使学生掌握相平衡理论，汽液平衡计算的基本方法，具备对化工过程设计计算的基本技能。 第6章 化工过程能量分析 13学时 本章重点难点：能量平衡方程中各项意义、计算以及在工程上的应用，熵平衡方程及其应用，理想功和损失功的计 算，有效能的概念及计算，有效能衡算，典型化工单元过程的有效能损失。化工过程热力学分析。 1．热力学第一定律及其应用 3学时 普遍化的能量平衡方程及其应用。 2．热力学第二定律及其应用 3学时 热力学第二定律，熵与熵增原理，熵平衡方程及其应用。 3．理想功、损失功和热力学效率 2学时 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 3学时
能量的级别与有效能的概念，稳流过程有效能的计算，不可逆性过程的有效能损失，有效能平衡方程式与有效能效 率。 5.化工过程能量分析2学时 热力学分析的方法，典型化工单元过程热力学分析，合理用能的基本原则。 通过本章内容学习，使学生掌握热力学第一、第二定律在化工过程中的应用，掌握理想功、损失功、有效能的计算 及应用，了解化工过程的热力学分析方法，熟悉化工单元过程的能量分析及能量合理利用的基本原则，具备对化工过程 能量利用进行分析计算的基本技能。 第7章压缩、膨胀、动力循环与制冷循环7学时 本章重点难点：节流膨胀及绝热做外功膨胀制冷原理；蒸汽动力循环、制冷循环的热力学分析与计算。 1.气体的压缩1学时 2.气体的膨胀1学时 节流膨胀及绝热做外功膨胀制冷原理。 3.蒸汽动力循环3学时 朗肯循环、朗肯循环的改进。 4.制冷循环2学时 逆向卡诺循环，蒸汽压缩制冷循环，吸收制冷循环，制冷工质的选择。 通过本章学习，使学生掌握蒸汽动力循环与制冷循环的工作原理，并对循环过程进行热力学分析，评价能量利用与 消耗的情况，了解节能减排的新技术。 上机内容及要求（大作业）：（二选其一） ①用状态方程法计算多组分体系汽液平衡（泡、露点温度或压力，闪蒸计算，任选其中一种）。要求：根据选定的 状态方程及相应的混合规则，查出或推导出组分逸度系数的计算公式，明确计算方法和步骤，画出计算框图，编写计算 程序上机计算，得出结果。 ②应用现有的软件计算多组分体系汽液平衡，并讨论不同计算模型（状态方程法和活度系数法）的结果差异。 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》（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： 3.《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； 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.Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics ),J.M.Smith,H.C.Van Ness,M.M.Abbort,McGraw-Hill Education,2002 7.《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： 8.《化工热力学习题精解》，陈新志、蔡振云、夏薇编，科学出版社，2002； 9.《化工热力学学习纲要及模拟试题集萃》，施云海主编，华东理工出版社，2007： 10.《化工热力学一基本内容，习题详解和计算机程序》高光华，于养信，清华大学出版社，2000
能量的级别与有效能的概念，稳流过程有效能的计算，不可逆性过程的有效能损失，有效能平衡方程式与有效能效 率。 5．化工过程能量分析 2学时 热力学分析的方法，典型化工单元过程热力学分析，合理用能的基本原则。 通过本章内容学习，使学生掌握热力学第一、第二定律在化工过程中的应用，掌握理想功、损失功、有效能的计算 及应用，了解化工过程的热力学分析方法，熟悉化工单元过程的能量分析及能量合理利用的基本原则，具备对化工过程 能量利用进行分析计算的基本技能。 第7章 压缩、膨胀、动力循环与制冷循环 7学时 本章重点难点：节流膨胀及绝热做外功膨胀制冷原理；蒸汽动力循环、制冷循环的热力学分析与计算。 1．气体的压缩 1学时 2．气体的膨胀 1学时 节流膨胀及绝热做外功膨胀制冷原理。 3．蒸汽动力循环 3学时 朗肯循环、朗肯循环的改进。 4．制冷循环 2学时 逆向卡诺循环，蒸汽压缩制冷循环，吸收制冷循环，制冷工质的选择。 通过本章学习，使学生掌握蒸汽动力循环与制冷循环的工作原理，并对循环过程进行热力学分析，评价能量利用与 消耗的情况，了解节能减排的新技术。 上机内容及要求(大作业)：(二选其一) ①用状态方程法计算多组分体系汽液平衡（泡、露点温度或压力，闪蒸计算，任选其中一种）。要求：根据选定的 状态方程及相应的混合规则，查出或推导出组分逸度系数的计算公式，明确计算方法和步骤，画出计算框图，编写计算 程序上机计算，得出结果。 ②应用现有的软件计算多组分体系汽液平衡，并讨论不同计算模型(状态方程法和活度系数法)的结果差异。 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》(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； 3．《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； 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 ． 《 Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics 》 ,J.M.Smith, H.C.Van Ness, M.M.Abbort, McGraw-Hill Education, 2002 7．《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； 8．《化工热力学习题精解》，陈新志、蔡振云、夏薇编，科学出版社，2002； 9.《化工热力学学习纲要及模拟试题集萃》，施云海主编，华东理工出版社，2007； 10.《化工热力学——基本内容，习题详解和计算机程序》高光华，于养信，清华大学出版社，2000