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化工热力学(I)教学大纲
化工热力学(I)教学大纲
英文名称:Chemical Engineering Thermodynamics (I)
学 分:学分 学 时:学时 教学对象:化学工程与工艺专业本科生
先修课程:高等数学、物理化学
教学目的: 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。
教学要求: 本课程要求学生能掌握纯流体热力学性质(P、V、T、H、S)意义及计算方法;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。
教学内容:第一章 绪论(2学时)
1.化工热力学研究范围和研究方法
2.化工热力学在化学工业上应用
3.名词和定义
基本要求
目的使学生了解化工热力学研究对象及其在化工中应用。
重 点
化工热力学研究的特点
难 点 通过大量举例使学生深刻认识化工热力学的重要作用
第二章 流体的PVT关系(学时)
1.纯流体PVT关系 P-V图、P-T图。
2.真实流体状态方程
维里方程、范德华方程、Redlich-Kwong方程。
3.状态方程的选用
4.对比态原理
对比态原理、偏心因子概念。
5.多组分流体的pVT关系PVT性质
基本要求
目的使学生了解流体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。
重点
R-K方程和以偏心因子为第三参数的普遍化法。要求学生对此有清楚的了解,掌握其计算方法。
难点 P-V图、P-T图上点线面的关系,各种状态方程的特点,对比态原理思想的理解。
第三章 流体的热力学性质(6学时)1.定组成体系热力学性质间关系式
基本方程、点函数间数学关系式、Maxwell方程。2.单相体系热力学性质计算:
ds方程, dH方程和 du方程;剩余性质; 真实气热力学性质 (H,S)计算:状态方程法、普遍化法。 3.两相系统的热力学性质及热力学图表
两相系统热力学性质;热力学性质图表: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。
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。
重点
定组成体系热力学性质间关系式,剩余性质
难点
剩余性质概念及计算,水蒸汽特性表的应用
第四章 溶液的热力学性质(学时)
1.变组成体系热力学性质间关系式和化学位。
2.偏摩尔性质
偏摩尔性质定义和物理定义;偏摩尔性质计算:解析法、作图法; Gibbs-Duhem方程
3.逸度和逸度系数
逸度和逸度系数的定义及物理意义;纯气体的逸度计算:由 PVT实验数据,由 H、S数据,由状态方程,由普遍化关系;纯液体逸度;气体混合物中组分逸度:基本计算方程,由截项维里方程计算;混合物的逸度与其组分逸度之间关系;压力和温度对逸度的影响。
4. 理想溶液
理想溶液的逸度,二种标准状态:Lewis-Randall和Henry定律;理想溶液的特点,理想溶液的意义。
5.混合性质变化
定义,理想溶液的混合性质变化。
6.活度和活度系数
定义,物理意义。
7.超额性质
定义,物理意义;超额自由焓和活度系数。
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。
重点
利用偏摩尔性质的定义,Gibbs-Duhem方程,灵活推导偏摩尔性质与混合物性质间的关系。各种逸度系数的计算。
难点
偏摩尔性质、标准态概念的正确理解。混合物性质与组分性质之间的关系及计算。
第五章 化工过程的能量分析(10学时)
1.热力学第一定律与能量平衡方程
热力学第一定律;敞开体系能量平衡方程;稳定流动体系能量平衡方程及其在化工过程中应用。
2.热功转换的不等价性和热力学第二定律。
3.熵
熵的定
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