化工热力学
1000+ 人选课
更新日期:2025/05/13
开课时间2025/01/21 - 2025/07/20
课程周期26 周
开课状态开课中
每周学时-
课程简介
随着气候变暖、环境污染和能源紧缺等问题日益严重,节能减排已成为全球的共识。怎样才能降低能耗、减少污染排放呢?作为化学工程师,我们能为之做些什么?什么样的节能减排意识才是正确的?根据热力学基本定律建立的热力学分析方法可以指导人们合理的利用能量、降低能耗、减少污染。化工热力学是化学工程的一个重要分支,是化工过程研究、开发和设计的理论基础。它的根本任务是利用热力学第一、第二定律给出物质和能量的最大利用极限,有效地降低生产能耗,减少污染。因此可以说,化工热力学就是为节能减排而生的,可从本质上指导如何减缓熵增的速度。爱因斯坦曾说过:虽然物理学的大部分会随着时间而改变,但热力学是普适而永恒的。热力学不但能解决实际生产和日常生活问题,还能用于宇宙问题的研究。了解事物的本质是令人愉快的。希望你能体会到化工热力学的魅力和智慧所带来的快乐!下面就让我们开始化工热力学的学习之旅吧!
课程大纲

在线教程

章节简介教学计划
绪论
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“热力学”学科的发展
宋春敏
“化工热力学”课程
宋春敏
化工热力学的研究方法和课程目标
宋春敏
流体的pVT关系和状态方程
纯流体的p-V-T关系
初始p-V-T关系
杨军卫
纯物质的p-V-T相图
杨军卫
p-V-T关系的应用
杨军卫
流体的状态方程
理想气体状态方程
杨军卫
立方型状态方程1
杨军卫
立方型状态方程2
杨军卫
气体状态方程的应用
杨军卫
virial方程
杨军卫
对比态原理和普遍化关联式
对比态原理
杨军卫
普遍化关联式
杨军卫
真实气体混合物的pVT关系
杨军卫
状态方程的比较和选用
杨军卫
流体的热力学性质计算
热力学性质间的关系
宋春敏
热力学性质计算关系式
宋春敏
理想气体性质计算
宋春敏
真实气体热力学性质的计算
剩余性质
宋春敏
剩余焓和剩余熵的计算
宋春敏
流体的饱和热力学性质
宋春敏
纯流体热力学性质图表
宋春敏
化工过程能量分析
前言
宋春敏
热力学第一定律及其应用
热一定律及衡算方程
宋春敏
能量平衡方程
宋春敏
能量平衡方程的应用
宋春敏
稳流体系能平方程
宋春敏
热力学第二定律及其应用
热二定律及熵增原理
宋春敏
熵平衡方程及应用
宋春敏
理想功和损失功
宋春敏
能量的级别与㶲
宋春敏
稳流过程㶲计算
宋春敏
无效能(火无)
宋春敏
㶲平衡与㶲效率
宋春敏
化工过程能量分析
热力学分析法
宋春敏
流体流动过程的热力学分析
宋春敏
传热过程的热力学分析
宋春敏
传质过程的热力学分析
宋春敏
蒸汽动力循环与制冷循环
气体的压缩
宋春敏
气体的膨胀
宋春敏
蒸汽动力循环
蒸汽动力循环-Rankine循环
宋春敏
参数对循环热效率影响
宋春敏
制冷循环
蒸汽压缩制冷循环
宋春敏
吸收式制冷循环
宋春敏
制冷剂和载冷剂的选择
宋春敏
热泵
宋春敏
溶液热力学性质的计算
均相敞开系统的热力学基本关系
乔柯
偏摩尔性质
偏摩尔性质
乔柯
偏摩尔性质定义
乔柯
偏摩尔性质的计算
乔柯
混合变量
乔柯
逸度与逸度系数
乔柯
理想溶液和非理想溶液
乔柯
超额性质
乔柯
相平衡
相平衡基础
宋春敏
互溶系统的汽液平衡计算通式
互溶系统VLE关系式
宋春敏
活度系数法VLE关系式
宋春敏
汽液平衡的计算
中低压下泡露点计算-1
宋春敏
中低压下泡露点计算-2
宋春敏
低压下汽液平衡计算
宋春敏
实验数据确定活度系数
宋春敏
例题
宋春敏
闪蒸计算
宋春敏
Gibbs-Duhem方程的应用
宋春敏
液液平衡
宋春敏
  • 第一章绪论

    简述化工热力学的发展,化工热力学在课程链上的位置,化工热力学的主要研究内容,热力学的特点与研究方法,化工热力学与其他学科的关系,课程目标及学习要求。

  • 1.1“热力学”学科的发展

    化工热力学集化学热力学、工程热力学之大成。

  • 1.2“化工热力学”课程

    化工热力学在解决化工过程的分离和反应两大问题上有重要作用。

  • 1.3化工热力学的研究方法和课程目标

    化工热力学的研究方法,课程目标及学习要求。

  • 第二章流体的pVT关系和状态方程

    p-V和p-T相图中各点、线、面的意义,特别是临界点;立方型状态方程的求解,三参数普遍化关系式,状态方程的选用原则

  • 2.1纯流体的p-V-T关系

    T-V、p-V和p-T图,以及p-V-T关系的应用。

  • 2.2流体的状态方程

    立方型状态方程,主要是RK方程的计算
    virial方程

  • 2.3对比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式。

  • 2.4真实气体混合物的pVT关系

    混合规则。

  • 2.5状态方程的比较和选用

    结合计算机软件如Aspen Plus、Pro II等讲解热力学模型的选取、物性数据的计算以及模拟软件中常用的状态方程。

  • 第三章流体的热力学性质计算

    本章重点难点:热力学基本方程,Maxwell关系式,热力学性质的计算关系式,剩余性质定义,剩余焓和剩余熵的计算方法,水蒸气表、T-S图的使用。通过本章的学习,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。

  • 3.1热力学性质间的关系

    热力学基本方程,Maxwell关系式。

  • 3.2热力学性质计算关系式

    应用四大微分方程,Maxwell关系式,偏导数式来推导H U S的计算关系式

  • 3.3理想气体性质计算

    理想气体热力学性质H、S等的计算

  • 3.4真实气体热力学性质的计算

    利用剩余性质计算真实气体的焓、熵及焓变、熵变。
    真实气体的饱和热力学性质。

  • 3.5纯流体热力学性质图表

    热力学性质图表,温熵(T-S)图,水蒸气表。

  • 第四章化工过程能量分析

    能量平衡方程中各项意义、简化式及其在工程上的应用,熵产生定义,熵平衡式及其应用,理想功和损失功的定义,㶲的概念及㶲衡算式,㶲与理想功的联系与区别,典型化工单元过程的㶲损失。通过本章内容学习,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、㶲的计算及应用,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。

  • 4.1前言

    能量是人类赖以生存的物质基础。要保持可持续性发展,节约能源提高能源利用率是唯一途径。

  • 4.2热力学第一定律及其应用

    普遍化的衡算方程,热力学第一定律,敞开体系的能量平衡方程及其应用。稳态流动过程,典型化工设备和过程的能量平衡,如透平、泵、喷嘴,节流等。

  • 4.3热力学第二定律及其应用

    热力学第二定律,熵与熵增原理,熵流与熵产生的概念,熵平衡式及其应用。

  • 4.4理想功和损失功

    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。

  • 4.5

    㶲的概念及计算,㶲平衡方程及㶲效率。化工生产中的节能,实际上是对㶲(有效能)而言的。火无(无效能)不能转化为功,故没有节能的必要。

  • 4.6化工过程能量分析

    热力学分析的三种方法;典型单元过程热力学分析。
    热力学分析方法可以分析化工生产和设计中能量回收及利用的好坏,从而指导节能降耗和降低成本,改进工艺和设备。

  • 第五章蒸汽动力循环与制冷循环

    气体的压缩;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。
    通过本章学习,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。

  • 5.1气体的压缩

    气体的三种压缩过程及其耗功的计算

  • 5.2气体的膨胀

    节流膨胀及绝热做外功膨胀制冷原理,以及两者的区别。

  • 5.3蒸汽动力循环

    朗肯循环以及循环过程热力学分析、朗肯循环热效率的影响。

  • 5.4制冷循环

    蒸汽压缩制冷循环,吸收制冷循环,制冷工质的选择。

  • 5.5热泵

    热泵原理及应用

  • 第六章溶液热力学性质的计算

    本章重点难点:偏摩尔性质的定义及计算,Gibbs-Duhem方程及其应用,偏摩尔性质与溶液性质间的关系,组分逸度系数的计算,主要的活度系数模型。
    通过本章内容学习,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、逸度及逸度系数、活度及活度系数、理想溶液和超额性质等重要概念,偏摩尔性质和溶液性质间的关系,真实溶液热力学性质的计算方法,其中最重要的是组分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。

  • 6.1均相敞开系统的热力学基本关系

    均相敞开体系的热力学基本关系,化学位。

  • 6.2偏摩尔性质

    偏摩尔性质的定义,偏摩尔性质与溶液性质间的关系,偏摩尔性质的计算,偏摩尔性质之间的依赖关系Gibbs-Duhem方程。

  • 6.3混合变量

    混合变量的定义。

  • 6.4逸度与逸度系数

    逸度与逸度系数的定义,纯气体逸度系数的计算,纯液体的逸度,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。

  • 6.5理想溶液和非理想溶液

    理想溶液的定义,理想溶液的特征及其关系式。
    活度和活度系数的定义。

  • 6.6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。

  • 第七章相平衡

    相平衡的判据与相律,活度系数法计算汽液平衡的通式及简化,低压下汽液平衡的计算。汽液平衡不同计算方法的特点与实际选择。通过本章学习,应掌握相平衡理论,汽液平衡计算的基本方法,熟悉模拟软件中相平衡模型的选用,具备对化工过程设计计算的基本技能。

  • 7.1相平衡基础

    相平衡的判据、相律。

  • 7.2互溶系统的汽液平衡计算通式

    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。

  • 7.3汽液平衡的计算

    中低压下泡露点的计算,实验数据确定活度系数,闪蒸计算。

  • 7.4Gibbs-Duhem方程的应用

    汽液平衡数据的热力学一致性检验。

  • 7.5液液平衡

    溶液稳定性的判据,液液平衡

  • 开始学习
  • 第一章  作业测试
    第一章 绪论

    1.1 “热力学”学科的发展

    1.2 “化工热力学”课程

    1.3 化工热力学的研究方法和课程目标

    视频数3
  • 第二章  作业测试
    第二章 流体的pVT关系和状态方程

    2.1 纯流体的p-V-T关系

    2.2 流体的状态方程

    2.3 对比态原理和普遍化关联式

    2.4 真实气体混合物的pVT关系

    2.5 状态方程的比较和选用

    视频数12
  • 第三章  作业测试
    第三章 流体的热力学性质计算

    3.1 热力学性质间的关系

    3.2 热力学性质计算关系式

    3.3 理想气体性质计算

    3.4 真实气体热力学性质的计算

    3.5 纯流体热力学性质图表

    视频数7
  • 第四章  作业测试
    第四章 化工过程能量分析

    4.1 前言

    4.2 热力学第一定律及其应用

    4.3 热力学第二定律及其应用

    4.4 理想功和损失功

    4.5

    4.6 化工过程能量分析

    视频数16
  • 第五章  作业测试
    第五章 蒸汽动力循环与制冷循环

    5.1 气体的压缩

    5.2 气体的膨胀

    5.3 蒸汽动力循环

    5.4 制冷循环

    5.5 热泵

    视频数8
  • 第六章  作业测试
    第六章 溶液热力学性质的计算

    6.1 均相敞开系统的热力学基本关系

    6.2 偏摩尔性质

    6.3 混合变量

    6.4 逸度与逸度系数

    6.5 理想溶液和非理想溶液

    6.6 超额性质

    视频数8
  • 第七章  作业测试
    第七章 相平衡

    7.1 相平衡基础

    7.2 互溶系统的汽液平衡计算通式

    7.3 汽液平衡的计算

    7.4 Gibbs-Duhem方程的应用

    7.5 液液平衡

    视频数11
  • 期末考试