化工热力学教学大纲.doc

《化工热力学》课程教学大纲
一、大纲说明
课程名称: 化工热力学
课程名称（英文）：Thermodynamics of chemical engineering
适用专业： 化学工程与工艺
课程性质： 专业必修课程
总学时：54 其中 理论课学时: 54 实验课学时:0
学分：3
先修课程： 物理化学，化工原理
二、本课程的地位、性质和任务
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，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。
三、教学内容、教学要求
第一章 绪论（2学时）
教学内容
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。
教学要求
了解：化工热力学及其在化工中应用。
理解：化工热力学研究对象。
掌握：化工热力学研究的特点。
重点与难点
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（6学时）
教学内容
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。
教学要求
了解：流体PVT关系,它是热力学性质的基础。
理解: PVT是可直接测量性质。
掌握: 其它热力学性质由PVT数据计算得到。
重点与难点
重点：R-K 方程。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 纯流体的热力学性质（6学时）
教学内容
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。
教学要求
了解：定组成体系热力学性质间关系式。
理解: 剩余性质概念及计算。
掌握: 定组成体系热力学性质间基本关系式，工程上常用热力学图表的使用方法，由单相纯物质性质计算两相区纯物质性质的方法。
重点与难点
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 热力学第一定律及其应用（6学时）
教学内容
1. 稳流过程的能量平衡。
2. 热量衡算。
3. 气体压缩过程。
教学要求
了解：闭系非流动过程的能量平衡，开系流动过程的能量平衡。
理解: 稳流过程能量平衡式的简化形式及其应用，气体压缩过程。
掌握: 开系稳流过程的能量平衡式，单级压缩机可逆轴功的计算，多级压缩功的计算。
重点与难点
重点：稳流过程的能量平衡，气体压缩过程。
难点：开系稳流过程的能量平衡式，单级和多级气体压缩过程。
第五章 热力循环——热力学第二定律及其应用（9学时）
教学内容
1. 热力学第二定律用于闭系。
2. 热力学图表及其应用。
3. 水蒸气动力循环。
4. 制冷和制热。
教学要求
了解：孤立系统熵平衡式和开系熵平衡式，T-S图的构成和性质、焓熵图（h-s图）、压焓图（p-h图），吸收式制冷循环和制冷工质的选择，热泵。
理解: 卡诺循环、朗肯（Rankine）循环及朗肯循环的改进 制冷原理与逆卡诺循环。
掌握: 蒸气压缩制冷循环。
重点与难点
重点：制冷原理的正确理解。理解同样的制冷原理可用于制冷和供热。
难点：蒸汽动力循环和制冷循环在T-S图的表示。
第六章 化工过程热力学分析（9学时）
教学内容
1. 理想功和不可逆过程的损耗功。
2. 化工单元过程的热力学分析。
3. 三种常规的过程热力学分析法。
教学要求
了解：能量的级别，三种常规的热力学分析法，合理用能基本原则。
理解: 理想功和损耗功的概念，传热过程和分离过程的热力学分析，两种损失和两种效率。
掌握: 理想功和损耗功的计算，有效能和无效能的计算。
重点与难点
重点：理想功和损耗功的正确理解。理解有效能和无效能用于热力学分析法。
难点：理想功和损耗功的计算，有效能和无效能的计算与分析。
第七章 溶液热力学基础（12学时）
教学内容
1. 溶液的热力学性质。
2. 逸度和逸度系数。
3. 理想溶液和标准态。
4. 流体均相混合时的性质变化。
5. 活度和活度系数。
6. 吉布斯一杜亥姆（Gibbs-Duhem）方程。
教学要求
了解：均相敞开系统的热力学关系式和化学位，温度和压力对逸度的影响，过量热力学性质，温度和压力对活度系数的影响，活度系数模型（非理想溶液的过量自由焓与活度系数，正规溶液理论，Wohl型方程聚合物溶液的似晶格理论，局部组成型方程）。
理解: 偏摩尔性质，逸度和逸度系数的定义，混合体积变化和焓变，活度和活度系数定义，标准态和归一化。
掌握: 偏摩尔性质的计算，纯气体逸度、凝聚态物质的逸度和混合物中组分的逸度和逸度系数。
重点与难点
重点：偏摩尔性质，逸度和逸度系数，活度和活度系数的正确理解和计算。吉布斯一杜亥姆（Gibbs-Duhem）方程。
难点：偏摩尔性质的计算，纯气体逸度、凝聚态物质的逸度和混合物中组分的逸度和逸度系数的计算与分析。
第八章 流体相平衡（4学时）
教学内容
1. 相平衡判据、相律及其应用。
2. 汽液平衡的基本问题及求解类型、汽液平衡热力学处理方法。
3. 汽液平衡计算。
4. 活度系数与组成关系式。
5. 其它相平衡。
教学要求
了解：液液相平衡、固液相平衡、超临界流体中固体（或液体）的溶解度简单介绍。
理解: 相平衡判据与相律，相律及其应用。
掌握: 平衡条件和判据，相律及其应用。完全互溶体系在中低压下汽液平衡的计算方法，会应用活度系数与液相组成关系式。
重点与难点
重点：掌握平衡条件和判据，相律及其应用。
难点：相平衡计算，完全互溶体系在中低压下汽液平衡的计算方法，应用活度系数与液相组成关系式。
四、课程特色
重视专业差异、实现分层次教学模式，采用多媒体等现代化手段辅助教学，建立了比较科学的教学体系，教学中注重启发、诱导和互动式教学方法，充分体现以学生为本的教学理念，调动了学生学习的积极性；注重理论联系实际，通过化工基础实验、化工仿真实验、化工综合实验、化工课程设计等实践课程的开出，加强对学生工程意识和实践能力的培养。
五、学时分配
课堂教学学时分配表
序号
教 学 内 容
学时分配
1
第一章 绪论
2学时
2
第二章 流体的 PVT 关系
6学时
3
第三章 纯流体的热力学性质
6学时
4
第四章 热力学第一定律及其应用
6学时
5
第五章 热力循环——热力学第二定律及其应用
9学时
6
第六章 化工过程热力学分析
9学时
7
第七章 溶液热力学基础
12学时
8
第八章 流体相平衡
4学时
9

10

合计
54学时

六、教材及相关教学网站
推荐教材：朱自强、吴有庭，化工热力学(第3版)，化学工业出版社，2010
参考教材：陈钟秀、顾飞燕、胡望明，化工热力学(第3版)，化学工业出版社，2012
马沛生、李永红，化工热力学(第2版)，化学工业出版社，2009
陈新志、蔡振云、钱超，化工热力学学习指导，化学工业出版社，2011
相关教学网站:
http://119.146.68.52/ec-webpage-show/checkCourseNumber.do?courseNumber=06082541

所属教研室:化工教研室

2014年 5月4日

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