《化工热力学》课程教学大纲
课程代码：040310
课程名称：化工热力学/Chemical Engineering Thermodynamics
学时/学分：48/3
先修课程：物理化学
适用专业：化学工程与工艺本科
开课院系：化学化工学院化学工程与工艺系
教材：陈钟秀，顾飞燕，胡望明编. 化工热力学. 北京：化学工业出版社．2004
主要参考书：
1．金克新，赵传钧，马沛生．化工热力学. 天津：天津大学出版社．2003
2．陈新志，蔡振云，胡望明．化工热力学. 北京：化学工业出版社．2001
3 ．Smith J M and Van Ness H C. Introduction to Chemical
Engineering ．Thermodynamics. 4th ed. McGraw-Hill. New York．1996
一、课程的性质和任务
化工热力学是化学工程学科的一个重要分支，也是化学工程与工艺专业必修的专业基础课程。
化工热力学是将热力学原理应用于化学工程技术领域，其主要任务是以热力学第一、第二定律为基础，研究化工过程中各种能量的相互转化及其有效利用，研究各种物理和化学变化过程达到平衡的理论极限、条件和状态。
本课程将热力学的理论应用于化工生产中的真实流体和混合体系，解决化工过程中的热力学问题，培养学生从热力学的基本定律和定义出发，利用有限的资料解决工程问题的能力。
它是化工过程研究、开发与设计的理论基础。
要求通过本课程的学习，要求掌握常用的几种气体状态方程，掌握流体热力学性质的计算方法，熟悉化工过程的热力学分析方法及其在化工节能领域的应用，掌握汽液平衡的计算方法，熟悉化学反应平衡的计算，了解物性数据估算等关键内容。
二、课程的内容和基本要求
绪言
要求：了解课程性质、任务、要求、学习注意点。
第一章真实流体的PVT关系
流体的PVT关系是化工工艺设计计算和研究热力学问题的基础，重点讲解加压下真实气体及其混合物的PVT关系的计算方法。
1.1 真实气体状态方程
要求：掌握有关状态方程的理论基楚、适用范围和计算方法，掌握真实气体对理想气体的偏差，范德化方程，维里方程，R-K方程及其改良形式，多参数方程等。
1.2 对比态原理及应用
要求：掌握对比状态原理，以偏心因子为第三参数的通用关系式，能正确使用三参数通用关系式计算真实气体的压缩因子、PVT关系。
1.3 真实气体混合物的PVT关系
要求：掌握临界参数法，混合物的维里方程，混合物的状态方程，能正确选用恰当的方法解决真实气体混合物的PVT关系问题。
1.4 液体的PVT关系
要求：熟悉液体的状态方程、通用关系式。
第二章纯流体的热力学性质
重点讲解真实流体热力学函数计算的原理和方法，纯物质的逸度和逸度系数，热力学图表。
2.1 热力学性质间的基本关系
要求：掌握热力学第一、第二定律及热力学函数的定义，熟悉热力学基本方程式，熟悉重要的热力学函数关系式。
2.2 纯流体热力学性质计算
要求：掌握参比态的概念，剩余函数定义，真实流体焓和熵的计算原理，剩余焓、剩余熵的计算方法，内能、自由能、自由焓的计算方法。
2.3 逸度和逸度系数
要求：掌握逸度和逸度系数的定义，纯气体逸度的计算，纯液体逸度的计算，压强对逸度的影响。
2.4 热力学图表
要求：掌握温—熵图，压—焓图，理解图中主要曲线的热力学特征，熟悉热力学图表的使用方法。
第三章流体混合物的热力学性质
重点讲解变组成体系的热力学性质，偏摩尔性质，混合流体的组分分逸度和分逸度系数，理想溶液，活度和活度系数计算方程。
3.1 变组成体系热力学基本方程
要求：掌握开放体系热力学第一定律。
3.2 偏摩尔性质
要求：掌握偏摩尔量的性质及加和公式。
3.3 混合物逸度和逸度系数
要求：掌握混合物中组份的分逸度和分逸度系数的概念和计算方法。
3.4 理想溶液
要求：掌握理想溶液的模型，掌握理想溶液中的偏摩尔热力学函数与摩尔函数的关系，熟悉L-R定则。
3.5 活度与活度系数
要求：掌握活度及活度系数定义，溶液的超额性质，掌握如何从超额函数推算活度系数，掌握液相活度系数估算方程，重点熟悉Margules方程、Van Laar方程、Wilson方程和NRTL方程。
第四章压缩与冷冻
重点讲解开放体系的热力学第一定律，压缩过程重要技术参数计算，单级蒸汽压缩制冷循环，火用概念及应用。
4.1 开放体系热力学第一定律
要求：掌握稳流过程的热力学第一定律及表达式。
4.2 压缩过程
要求：掌握压缩过程的热力学分析，掌握单级压缩机工作参数的计算，了解多级压缩过程。
4.3 蒸汽压缩制冷循环
要求：掌握节流过程的热力学特性，掌握蒸汽压缩制冷循环工作参数的计算方法，了解其它形式的制冷，冷冻剂和制冷剂的选择。
4.4 火用概念及应用
要求：熟悉火用的概念，熟悉封闭体系和稳流体系火用的计算，了解合理用能的概念。
第五章相平衡计算
重点讲解相平衡的基本关系式和分类，相平衡的表示方法，根据相平衡的条件正确判别平衡类型，并选用适当的方法进行相平衡计算，重点讲解汽相是理想气体、液相是非理
想溶液体系的相平衡计算。
5.1 相平衡概念及分类
要求：掌握相平衡的基本关系式和分类，相平衡的表示方法，
5.2 汽液相平衡计算
要求：掌握选用适当的方法进行相平衡计算，重点掌握汽相是理想气体、液相是非理想溶液体系的相平衡计算。
5.3 热力学一致性检验
要求：掌握热力学一致性检验的原理，掌握面积校核法，微分校核法。
第六章化学反应平衡
重点讲解化学反应进度，平衡常数及计算，复杂反应体系的化学反应平衡计算。
6.1 化学反应平衡基础
要求：掌握化学反应计量系数和反应度概念及表达式，。
6.2 平衡常数与平衡组成
要求：掌握标准自由焓变和平衡常数的关系。
6.3 复杂体系的化学反应平衡
要求：掌握复杂反应体系的自由度分析，掌握化学反应平衡计算中的平衡常数法、总自由焓极值法。
第七章物性数据估算
重点讲解流体热力学性质的估算方法。
7.1 基本物性参数估算
要求：了解临界常数、正常沸点等热力学性质的估算方法。
7.2 其他热性质估算
要求：了解流体蒸汽压、流体热化学性质的估算方法。
四、对学生能力培养的要求
1．学会如何利用热力学原理解决与化工过程相关的实际问题，使学生学会用热力学的基本原理与方法，提高解决实际问题的能力。
2．在课程学习中建立与化工热力学相关的工程概念；
3．使学生利用真实体系（纯气体、气体混合物、液体）的PVT关系解决实际体系的相关参数的计算问题，如摩尔体积、比容等的计算；
4．使学生利用剩余焓和剩余熵概念解决实际体系的热力学函数，包括内能、焓、熵、自由能、自由焓等的计算；
5．使学生学会压缩过程参数的计算方法，学会压缩制冷循环参数计算及制冷剂选择等方法；
6．使学生学会逸度及逸度系数、活度及活度系数的计算原理及方法，学会根据实际平衡体系的条件选择相平衡的计算方法，学会热力学一致性校核。
7．使学生初步学会化学反应平衡体系的计算方法；
五、说明
1．本课程与其它课程的联系与分工
本课程的先修课程为“物理化学”，本课程内容的基础概念和基本定律在“物理化学”课程中已经学过，本课程是“物理化学”课程的深化，“物理化学”课程的研究对象主要为理想体系、纯物质、封闭体系，本课程研究对象为真实体系、混合物、开放体系；本课程的内容为后续的“分离工程”、“毕业设计”等课程提供基础。
2．课程内容的重点、难点
本课程为化工类工科专业的必修课程，考虑工科的特点，重点为掌握各种热力学性质计算的方法选择，难点在于根据实际体系与条件判断问题的实质，教会学生分析问题、解决问题的能力。
3．有关课程考核问题
本课程为考试课程，实行期中和期末书面闭卷考试。
4．其它需要说明的问题
本课程相关的实验将在本专业的后续专业实验中进行。