化工热力学教学大纲

《化工热力学》课程教学大纲

课程代码：080131037

课程英文名称：Chemical Engineering Thermodynamics

课程总学时：40 讲课：40 实验：0 上机：0

适用专业：化学工程与工艺

大纲编写（修订）时间：2017.7

一、大纲使用说明

（一）课程的地位及教学目标

本课程是化学工程与工艺专业的专业基础必修课程。化工热力学是研究热力学基本原理在实际化工过程中具体应用的一门科学，它是化学工程学科的重要组成部分，是化工过程研究、开发与设计的理论基础。

通过本课程的学习，学生将达到以下要求：

1.掌握化工热力学的基本概念、理论和专业知识；

2.能够利用化工热力学的原理和模型计算化工中涉及的热力学数据；

3.能够利用相平衡原理进行分析和研究；

4.能够利用化工热力学的基本理论对化工过程的能量利用进行分析。

（二）知识、能力及技能方面的基本要求

1.基本知识：掌握热力学的研究内容和研究方法，熟悉化工热力学的应用领域及发展历程和趋势。

2.基本理论和方法：掌握热力学基本定律及有关概念，并能够以此为基础，借助表达系统特征的模型进行热力学性质的计算；掌握相平衡的计算方法及热力学一致性检验方法；掌握化工过程的能量分析方法，确定能量的有效利用程度；掌握热力循环的过程及热力学分析，理解完善循环过程的方法。

3.基本技能:具备查阅和使用常用工程计算图表、手册等资料的能力；具有对复杂实际体系进行热力学性质的数值计算能力；具有一定的工程意识，具有在专业生产领域的工作中运用热力学方法分析和解决实际问题的能力。

（三）实施说明

1.教学方法：化工热力学是物理化学中热力学部分的延伸，授课中应由浅入深，将理想系统和实际系统进行比较，将纯组分和混合物进行比较，突出说明经典热力学处理实际问题的方法。对于能量分析及热力循环的相关内容，结合生产和生活实际进行讲解，以调动学生的学习兴趣，收到良好教学效果。

2.教学手段：采用多媒体和板书相结合的方式。

（四）对先修课的要求

本课程应在高等数学、物理化学课程之后开设。

（五）对习题课、实践环节的要求

1.本课程内容比较抽象，难于理解，在讲解理论知识的基础上，根据课程内容安排两次习题课，共4学时，分别练习和讲解热力学性质的计算和相平衡的计算、化工过程的能量分析和热力循环内容。对于复杂的计算问题，引导、鼓励学生运用计算机进行求解，加强计算能力和计算机应用能力。

2.课后作业的布置要少而精、内容多样化，作业题包括基本概念、基本理论及应用计算等方面的内容，通过作业的完成达到巩固理论、掌握计算方法和技巧、提高分析问题和解决问题能力

的目的。对作业中的重点、难点，课上应做必要的提示，并适当安排课内讲评作业。学生必须独立、按时完成课外习题和作业，作业的完成情况应作为评定课程成绩的一部分。

3.本课程的实验单独设课，单独考核，具体要求参见化工热力学实验教学大纲。

（六）课程考核方式

1.考核方式：考试

2.考核目标：在考核学生对化工热力学基本原理掌握的基础上，重点考核学生对实际问题的理解分析能力、复杂问题的计算能力。

3.成绩构成：本课程的总成绩主要由两部分组成：平时成绩（包括作业情况、出勤情况、小测验、期中考试等）占20~30%，期末考试成绩占70~80%。

各项成绩均按百分制给出，最终折算为百分制总评成绩。

（七）参考书目

《化工热力学》，陈钟秀，顾飞燕，胡望明编，化学工业出版社，2013.6

《化工热力学》，陈新志，蔡振云，钱超编，化学工业出版社，2015.9

《化工热力学导论》，J.M.史密斯，H.C.范内斯，M.M.阿博特编，化学工业出版社，2014.8 《化工热力学》，朱自强，吴有庭编，化学工业出版社，2010.1

二、中文摘要

化工热力学是化学工程与工艺专业学生必修的一门专业基础课程。该课程通过化工热力学基本原理及其应用的讲授，使学生能够将热力学的基本理论应用到化学工程实践中，解决化工过程中热力学性质的计算和预测、相平衡和化学平衡计算、能量的有效利用等实际问题。为学习后续课程和从事化工过程的研究、开发及设计等工作奠定牢固的基础。

三、课程学时分配表

四、教学内容及基本要求

第1部分绪论

总学时(单位：学时):2 讲课:2 实验:0 上机:0

具体内容：

1）了解热力学的发展；

2）掌握化工热力学的主要内容及其应用；

3）理解热力学的研究方法；

4）掌握常用的热力学基本概念。

重点：

1）化工热力学的主要内容；

2）热力学基本概念。

第2部分流体的P-V-T关系

总学时(单位：学时):4 讲课:4 实验:0 上机:0

第2.1部分气体状态方程（讲课2学时）

具体内容：

1）熟悉纯物质的P-V-T关系图和相关概念；

2）掌握临界点处的数学表达式；

3）掌握理想气体方程、范德华方程、R-K方程和维里方程的形式及应用；

4）了解其他立方型状态方程及多常数型状态方程的形式及应用。

重点：

1）临界点处的数学表达式；

2）R-K方程和维里方程的形式和应用。

难点：

复杂状态方程的求解

习题：

1）利用临界点处的数学表达式确定状态方程参数；

2）R-K方程和维里方程的应用。

第2.2部分对比态原理及应用（讲课2学时）

具体内容：

1）了解两参数对比态原理的内容及应用；

2）理解偏心因子的概念；

3）掌握三参数对比态原理的内容及应用；

4）理解混合规则和虚拟临界参数的概念；

5）了解真实气体混合物P-V-T关系的计算。

重点：

1）三参数对比态原理；

2）混合规则在真实气体混合物计算中的应用。

习题：

1）普遍化方法计算流体的P-V-T关系；

2）真实气体混合物的计算。

第3部分纯流体的热力学性质

总学时(单位：学时):6 讲课:6 实验:0 上机:0

第3.1部分热力学性质间的关系（讲课2学时）

具体内容：

掌握单相流体热力学性质间的基本关系式及相关的导出关系式

重点：

热力学性质间的基本关系式及麦克斯韦关系式

习题：

热力学性质间关系式的应用

第3.2部分热力学性质的计算（讲课2学时）

具体内容：

1）掌握剩余性质的概念；

2）掌握气体热力学性质计算的状态方程法和普遍化关系法。

重点：

1）剩余性质的概念；

2）气体热力学性质计算的状态方程法和普遍化关系法。

难点：

热力学性质计算中的数值求解方法

习题：

状态方程法和普遍化关系法计算热力学性质

第3.3部分逸度与逸度系数（讲课2学时）

具体内容：

1）掌握逸度和逸度系数的完整定义；

2）掌握气体逸度的计算；

3）了解液体逸度的计算；

4）掌握两相系统热力学性质计算；

5）熟悉常见的热力学性质图表及应用。

重点：

1）气体逸度和逸度系数的定义及计算；

2）两相系统热力学性质的计算及热力学性质图表的使用。

难点：

逸度和逸度系数的计算

习题：

1）逸度和逸度系数的计算；

2）两相系统热力学性质的计算及热力学性质图表的使用。

第4部分流体混合物的热力学性质

总学时(单位：学时):8 讲课:8 实验:0 上机:0

第4.1部分变组成体系热力学性质间的关系及化学位和偏摩尔性质（讲课2学时）具体内容：

1）掌握变组成体系热力学性质间的关系；

2）掌握化学位和偏摩尔性质的概念；

3）掌握利用集合公式和G-D方程计算偏摩尔性质的方法；

4）掌握G-D方程的应用。

重点：

1）变组成体系热力学性质间的关系；

2）偏摩尔性质的计算。

难点：

G-D方程及其应用

习题：

偏摩尔性质的计算

第4.2部分混合物的逸度与逸度系数（讲课2学时）

具体内容：

1）掌握混合物和组分的逸度和逸度系数的定义；

2）掌握混合物和组分的逸度、混合物和组分的逸度系数间的关系；

3）理解温度和压力对逸度的影响。

重点：

混合物和组分的逸度、混合物和组分的逸度系数间的关系

难点：

混合物和组分的逸度和逸度系数的计算

习题：

混合物和组分的逸度、混合物和组分的逸度系数的计算及相关推导第4.3部分理想溶液和标准态及活度和活度系数（讲课2学时）具体内容：

1）了解理想溶液的提出；

2）充分理解理想溶液的两个标准态；

3）掌握活度和活度系数的定义；

4）利用逸度和逸度系数计算活度和活度系数。

重点：

1）理想溶液的两个标准态；

2）活度和活度系数的定义。

难点：

理想溶液的两个标准态

习题：

活度和活度系数的计算

第4.4部分混合过程性质变化及超额性质（讲课2学时）

具体内容：

1）掌握混合过程性质变化的定义；

2）掌握混合过程性质变化的计算；

3）了解混合过程焓变的计算，熟悉焓浓图；

4）掌握超额性质的定义；

5）掌握超额性质的计算。

重点：

1）混合过程性质变化的计算；

2）超额自由焓与活度系数间的关系。

习题：

1）混合过程性质变化的计算；

2）超额自由焓与活度系数间关系的应用。

第5部分相平衡

总学时(单位：学时):6 讲课:6 实验:0 上机:0

第5.1部分相平衡判据、相律和相图（讲课2学时）具体内容：

1）掌握相平衡的判据；

2）理解相律；

3）熟悉二元体系汽液平衡相图。

重点：

相平衡的判据

第5.2部分汽液相平衡计算1（讲课2学时）具体内容：

1）了解汽液平衡计算的几种方法；

2）熟悉汽液平衡计算的几种类型；

3）掌握完全理想体系的汽液平衡计算；

重点：

完全理想体系的汽液平衡计算

习题：

完全理想体系的汽液平衡计算

第5.3部分汽液相平衡计算2（讲课2学时）具体内容：

1）掌握化学体系的汽液平衡计算；

2）了解非理想体系汽液平衡计算。

重点：

化学体系的汽液平衡计算

难点：

化学体系的汽液平衡计算

习题：

化学体系的汽液平衡计算

第6部分化工过程的能量分析

总学时(单位：学时):8 讲课:8 实验:0 上机:0 第6.1部分能量平衡方程（讲课2学时）

具体内容：

1）理解能量平衡方程的推导过程；

2）掌握实际过程中能量平衡方程的具体形式；

3）理解卡诺循环及卡诺定理。

重点：

1）能量平衡方程式在具体过程中的应用；

2）卡诺定理及应用。

习题：

1）能量平衡方程的应用；

2）卡诺定理的应用。

第6.2部分熵函数（讲课2学时）

具体内容：

1）掌握熵函数和熵增原理；

2）理解熵平衡方程的推导；

3）熟悉熵平衡方程的应用。

重点：

熵平衡方程的应用

难点：

熵平衡方程的推导

习题：

熵平衡方程的应用

第6.3部分理想功、损失功及热力学效率（讲课2学时）

具体内容：

1）理解理想功、损失功的定义；

2）掌握理想功、损失功和热力学效率的计算。

重点：

理想功、损失功和热力学效率的计算

难点：

理想功的理解和应用

习题：

理想功、损失功和热力学效率的计算

第6.4部分有效能与无效能（讲课2学时）

具体内容：

1）理解并掌握有效能、无效能和有效能效率的概念；

2）掌握简单化工过程有效能的计算；

3）理解有效能衡算方程的推导；

4）掌握有效能衡算方程的应用；

5）掌握有效能效率定义及计算。

重点：

1）有效能的概念及其计算；

2）有效能衡算式的应用。

难点：

有效能衡算式的应用

习题：

1）有效能的计算；

2）有效能衡算式的应用及有效能效率的计算。

第7部分蒸汽动力循环与制冷循环

总学时(单位：学时):6 讲课:6 实验:0 上机:0

第7.1部分蒸汽动力循环（讲课2学时）

具体内容：

1）掌握Rankine循环的工作原理、主要设备及循环过程的基本计算；

2）理解提高蒸汽循环热效率的途径和措施；

3）了解Rankine循环的改进。

重点：

Rankine循环的工作原理、主要设备及循环过程的基本计算

习题：

Rankine循环过程的基本计算

第7.2部分节流膨胀与作外功的绝热膨胀（讲课2学时）

具体内容：

1）掌握节流膨胀和作外功的绝热膨胀原理和特点；

2）理解膨胀效应，并能够在热力学图表上表示出膨胀过程；

3）掌握两种膨胀的区别和联系。

重点：

两种膨胀的区别和联系

习题：

在热力学图表上表示出膨胀过程，并确定膨胀效应。

第7.3部分制冷循环（讲课2学时）

具体内容：

1）掌握单级蒸汽压缩制冷循环的工作原理、主要设备及循环过程的基本计算；

2）了解多级蒸汽压缩制冷、复叠式制冷及吸收式制冷；

3）了解常见的制冷剂及制冷剂的选择原则。

重点：

单级蒸汽压缩制冷循环的工作原理、主要设备及循环过程的基本计算

习题：

单级蒸汽压缩制冷循环过程的基本计算