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1、化工热力学课程教学大纲课程代码： 0课程英文名称：Thermodynamics for Chemical Engineering课程总学时： 48讲课： 48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：2010.7一、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选修课程。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， 可以培养学生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。（二）知识、能力及技能方面的基本要求学生在学习
2、完本课程后，应能够（1）依据热力学原理，并借助表达系统特征的模型进行热力学性质的计算；（ 2）计算化工过程中能量的相互转换，分析能量的有效利用程度；（ 3）进行多组分体系的相平衡和化学平衡计算，用以分析化工过程的极限和影响趋势。（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，并突出实际系统。对于能量分析的相关内容，结合工厂实际进行讲解，以收到良好效果。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、实践环节的要求鉴于本课程内容比较抽象，难于理解， 在讲解理论
3、知识的基础上，安排适当学时的习题课进行实际操练，根据课程内容安排三次习题课，共 6 学时，分别练习和讲解热力学性质的计算、化工过程的能量分析、相平衡和化学平衡的计算三方面的内容。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。本课程无课内实践教学环节。（六）课程考核方式1考核方式：考查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，重点考核学生的实际问题分析和解决能力、复杂问题的计算能力。3 成绩构成：本课程的总成绩主要由三部分组成：平时成绩（包括作业情况、出勤情况，课堂讨论等）占 20%，单元测验占 30%，期末考试成绩占 50%。平时成绩由任课
4、教师视具体情况按百分制给出， 单元测验及其末考试成绩均以百分制给出，计算出总评成绩后折合为优秀、良好、中等、及格和不及格五个级别。（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，2005二、中文摘要1化工热力学是化学工程与工艺专业学生选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、课程学时分配表序号教学内容学时讲课实验上机1绪论222流体的
5、P-V-T 关系442.1气体状态方程22.2对比态原理及应用23纯流体的热力学性质663.1热力学性质间的关系23.2热力学性质的计算23.3逸度与逸度系数24流体混合物的热力学性质10104.1变组成体系热力学性质间的关系24.2化学位和偏摩尔性质24.3混合物的逸度与逸度系数24.4理想溶液和标准态及活度和活度系数24.5混合过程性质变化及超额性质25化工过程的能量分析10105.1能量平衡方程25.2熵函数25.3理想功、损失功及热力学效率25.4有效能与无效能25.5有效能衡算与有效能效率26蒸汽动力循环与制冷循环666.1蒸汽动力循环26.2节流膨胀与作外功的绝热膨胀26.3制冷循
6、环27相平衡667.1相平衡判据、相律和相图27.2汽液相平衡计算127.3汽液相平衡计算228化学反应平衡448.1化学反应平衡基础28.2化学反应平衡计算2合计4848四、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 :02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）了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
7、：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）掌握理想气体方程和范德华方程；4）掌握 R-K 方程和维里方程的形式及应用；5）了解其他立方型状态方程及多常数型状态方程的应用。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应用；2）理解偏心因子的概念；3）掌握三参数对比态原理的应用；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
8、-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）三参数对比态原理的应用；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：3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）掌握气体热力学性质计算的剩余性质法；2）掌握气体热力学性质计算的普遍化关系法。重点：气体热力学性质计
9、算的剩余性质法和普遍化关系法难点：剩余性质法计算热力学性质的数值求解习题：普遍化关系法和剩余性质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 ):10讲课 :1
10、0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（讲课2 学时）具体内容：掌握变组成体系热力学性质间的关系重点：变组成体系热力学性质间的关系第 4.2 部分 化学位和偏摩尔性质（讲课2 学时）具体内容：1）掌握化学位和偏摩尔性质的概念；2）掌握利用集合公式和G-D方程计算偏摩尔性质的方法；3）了解 G-D 方程的应用。重点：偏摩尔性质的计算难点：G-D方程及其应用4习题：偏摩尔性质的计算第 4.3 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
11、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第 4.4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 4.5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
12、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 化工过程的能量分析总学时 ( 单位：学时 ):10讲课 :10 实验 :0上机 :0第 5.1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。5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 5.2 部分 熵函数（讲课 2
13、 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 5.3 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 5.4 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。重点：有效能的概念及其计算习题：有效能的计算第 5.5
14、部分 有效能衡算及有效能效率（讲课2 学时）具体内容：1）理解有效能衡算方程的推导；2）掌握有效能衡算方程的应用；3）掌握有效能效率定义及计算。重点：有效能衡算式的应用难点：有效能衡算式的应用6习题：有效能衡算式的应用及有效能效率的计算第 6 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 6.1 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
15、算习题：Rankine 循环过程的基本计算第 6.2 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 6.3 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
16、题：单级蒸汽压缩制冷循环过程的基本计算第 7 部分相平衡总学时 ( 单位：学时 ):6讲课 :6实验 :0上机 :0第 7.1 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 7.2 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；73）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 7.3 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
17、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 8 部分化学反应平衡总学时 ( 单位：学时 ):4讲课 :4实验 :0上机 :0第 8.1 部分 化学反应平衡基础（讲课2 学时）具体内容：1）掌握化学反应的计量关系和反应进度；2）掌握化学反应平衡常数的计算方法；3）理解温度对平衡常数的影响。重点：化学反应平衡常数的计算第 8.2 部分 化学反应平衡计算（讲课2 学时）具体内容：1）掌握平衡转化率和平衡产率的定义；2）掌握平衡常数与平衡组成间的关系；3）理解并掌握温度、压力、惰性气体和反应物组成对化学平衡组成的影响。重点：1）平衡常数与平衡组成间的关系；2）温度、压力、惰性气体对化学平衡组成的影响。难点：平衡常数与平衡组成间复杂关系的数值求解习题：1）平衡常数与平衡组成间的关系；2）温度、压力、惰性气体对化学平衡组成的影响分析。编写人：宋颖韬审核人：陈维民批准人：赵平8