《化工热力学》课程教学大纲.docx

化工热力学课程教学大纲一、课程基本信息英文名称ThermodynamicsinChemicalEngineering课程代码CHET4015课程性质专业必修课授课对象化学工程与工艺专业学分2学时54主讲教师傅楠修订日期2022.8指定教材化工热力学陈钟秀、顾飞燕、胡望明，化学工业出版社，第三版，2018年二、课程目标(一)总体目标：化工热力学是化学工程的重要分支和基础学科，是化学工程与工艺专业本科生的一门重要的专业基础主干课程。作为一门理论性与工程应用性均较强的课程，熟练掌握化工热力学的原理和应用知识，是之后从事化工过程的研究、开发以及设计等方面工作必不可少的重要理论基础。它不但为化工过程各环节提供了理论分析的依据，而且提供了有效的计算方法，成为化学工程学的重要组成部分。本课程主要培养学生在以下方面的知识和能力：过程可行性分析和能量有效利用，相平衡和化学反应平衡问题，以及热力学性质的测量、推算与关联等。要求学生从热力学第一、第二定律出发，掌握和了解化工过程中各种能量的相互转化和有效利用、掌握和了解物质状态变化与物质性质之间的关系以及物理或化学变化过程达到平衡的理论极限、条件或状态。并能正确运用热力学原理分析和解决化工生产中有关能量转换、相变和化学变化的实际问题的能力，初步掌握化学过程设计与研究中获取物性数据，对化工过程进行有关计算的方法。也为后继专业课的学习和进行化工过程研究、开发与设计奠定必要的理论基础。(二)课程目标：学生在完成本课程学习后，应具备利用化工热力学的理论、观点、方法来分析和解决化学生产、工程设计、科学研究中有关实际问题的能力，具体为：课程目标L正确理解化工热力学中的基本概念和理论，熟练掌握各个概念之间的联系和应用，能准确使用这些概念分析和表达化工领域中的问题 掌握流体的夕少关系和热力学变量间的概念与联系，掌握流体混合物热力学变量间的概论和联系课程目标2：理解不同模型的推导原理、应用场景和适用范围，能根据流体的性质以及化工过程的设计和控制要求，选用合适的理论和模拟方法 根据流体的化学特性与聚集态不同，准确计算流体的压力、温度、体积、炳、焰、逸度等热力学性质课程目标3：能将化工热力学的理论应用于实际生产过程，灵活分析和解决实际化工生产和设计中涉及平衡和能量的问题 掌握相平衡和能量转换的计算方法课程目标4：能应用化工热力学的理论对实际化工过程进行分析和评价掌握能量利用的分析评价方法（三）课程目标与毕业要求、课程内容的对应关系表1：课程目标与课程内容、毕业要求的对应关系表课程目标对应课程内容对应毕业要求课程目标1:正确理解化工热力学中的基本概念和理论，熟练掌握各个概念之间的联系和应用，能准确使用这些概念分析和表达化工领域中的问题绪论、热力学性质、相平衡以及化工过程的能量分析中的基本概念、原理和方法2-1能够根据所学科学知识的基本原理，识别和判断化学工程与工艺领域科学研究和生产过程中的关键问题，并准确表达问题课程目标2:理解不同模型的推导原理、应用场景和适用范围，能根据流体的性质以及化工过程的设计和控制要求，选用合适的理论和模拟方法状态方程和普遍化关系式计算流体和流体混合物的热力学性质5-2能够根据化工过程的设计、控制要求，选用相应的理论或模拟方法，并理解其适用范围课程目标3:能将化工热力学的理论应用于实际生产过程，灵活分析和解决实际化工生产和设计中涉及平衡和能量的问题相平衡、热力学第一定律、蒸汽动力循环和制冷循环4-1掌握化学工程与工艺领域的理论分析方法和科学思维方法并理解其适用范围，能对复杂工程问题进行理论分析。课程目标4:能应用化工热力学的理论对实际化工过程进行分析和评价热力学第二定律、理想功和损失功、那和那分析6-3评价专业工程实践和复杂工程问题解决方案，并理解为此应承担的责任三、教学内容第一章绪论1-1化工热力学的发展1-2化工热力学的内容及和其它化学工程分支学科间的关系1-3化工热力学的研究方法4化工热力学的学习目标1-5热力学的名词和定义要求理解和掌握：1、化工热力学的发展历程；2、化工热力学的内容及和其它化学工程分支学科间的关系；3、化工热力学的研究方法；4、热力学的名词和定义重点：明确化工热力学的主要任务难点：明确化工热力学的基础变量、之间的联系以及基础推导过程第二章流体的Pb关系2-1纯物质的0/7关系2-2气体的状态方程2-3对比态原理及其应用2-4真实气体混合物的04关系一一混合规则2-5液体的P-P性质要求熟练掌握：1、纯物质的三维相图及二维相图（夕-修图等）；2、维里方程、RK方程、SRK方程、PR方程及其应用；3、07关系的普遍化计算方法（包括：普遍化第二维里系数法、三参数普遍化压缩因子图法和普遍化立方型方程法）；4、混合规则中的Kay规则、混合物的第二维里系数和立方型状态方程的混合规则重点：立方型方程、维里方程、以偏心因子为第三参数的普遍化法。难点：夕一夕图、图上点线面的关系，各种状态方程的特点和求解，对比态原理的理解。第三章流体的热力学性质3-1热力学性质间的关系3-2热力学性质的计算3-3逸度与逸度系数3-4两相系统的热力学性质及热力学图表要求熟练掌握：1、热力学函数的关系式2、剩余性质的计算（包括：普遍化第二维里系数法、三参数普遍化法）；3、剩余性质法计算和$；4、学会工程上常用热力学图表的使用；5、纯流体的逸度和逸度系数的计算。重点：剩余性质的概念与计算难点：根据实际需要选择合适的计算方法第四章流体混合物的热力学性质4-1变组成体系热力学性质间的关系式4-2化学位与偏摩尔性质4-3混合物的逸度和逸度系数4-4理想溶液和标准态4-5活度和活度系数4-6混合过程性质变化4-7超额性质4-8活度系数与组成的关联要求熟练掌握：1、溶液的偏摩尔性质；2、气体混合物中组分f的分逸度计算；3、活度的定义和标准态的选择；4、溶液混合过程性质变化及理想混合物；5、活度系数的获取方法及主要的活度系数方程。重点：利用偏摩尔性质的定义和Gibbs-Duhcm方程推导偏摩尔性质与混合物性质间的关系，逸度系数的计算。难点：查找和获得热力学数据，分析计算结果的准确性。第五章相平衡5-1相平衡的判据与相律5-2汽液平衡的相图5-3汽液平衡的计算5-4液液平衡5-5气液平衡要求熟练掌握：1、相平衡准则，2、汽-液平衡的计算。重点：中低压下汽液平衡的计算难点：相平衡计算第六章化工过程的能分析6-1能量平衡方程6-2热功间的转化6-3端函数6-4理想功、损失功及热力学效率65烟与6-6娴衡算及烟效率6-7化工过程与系统的烟分析要求熟练掌握：1、流动过程、封闭系统的总能量衡算式；2、稳流过程的能量衡算方程的导出及其在输送、换热和压缩（膨胀）过程的应用；3、卡诺原理及卡诺热机的热效率；4、炳产生概念、嫡产生的计算和燃增原理；5、理想功、损失功的计算；6、稳流过程的烟、热烟的计算；7、实际过程（流体输送过程、传热过程）的娴损失。重点：稳定流动体系能量平衡方程中各项意义，计算基准及其在工程上的应用。难点：正确理解热力学第二定律。第七章蒸汽动力循环和制冷循环7-1蒸汽动力循环7-2节流膨胀与作外功的绝热膨胀7-3制冷循环要求熟练掌握：1、分析计算朗肯循环及提高热效率的措施；2、逆向卡诺循环及蒸汽压缩制冷循环；3、节流膨胀及绝热作功膨胀制冷原理。重点：正确理解制冷原理，理解同样的制冷原理可用于制冷和供热。难点：蒸汽动力循环和制冷循环在尸S图和P图上的表示。四、学时分配表2：各章节的具体内容和学时分配表章节章节内容学时分配A*第一早绪论2A<e.第一早流体的a厅关系12第三章流体的热力学性质8期中考试2第四章流体混合物的热力学性质10第五章相平衡8第六章化工过程的能量分析8第七章蒸汽动力循环和制冷循环4合计54五、教学进度表3：教学进度表章节名称内容提要授课时数作业及要求备注第一章绪论化工热力学的发展历程、内容以及和其它化学工程分支学科间的关系；化工热力学的名词和定义2习题1第二章流体的0夕7关系三维相图和二维相图；立方型方程、多常数方程；普遍化关系式；混合规则12习题2、3、4第三章流体的热力学性质热力学函数的关系式；普遍化关系式计算剩余性质；剩余性质法计算AH和$；逸度和逸度系数的计算8习题5、6期中考试2第四章流体混合物的热力学性质溶液的偏摩尔性质；分逸度计算；活度的定义和标准态的选10习题7、8择；理想混合物；活度系数的获取方法及主要的活度系数方程第五章相平衡相平衡准则；汽-液平衡的计算8习题9、10第六章化工过程的能量分析总能量衡算式；稳流过程的能量衡算方程；卡诺原理及卡诺热机的热效率；端计算；理想功、损失功；m.热烟的计算8习题Ik12第七章蒸汽动力循环和制冷循环朗肯循环及提高热效率的措施；逆向卡诺循环及蒸汽压缩制冷循环；节流膨胀及绝热作功膨胀制冷原理4习题13>14六、教材及参考书目1陈钟秀、顾飞燕，化工热力学，化学工业出版社，2018（第3版）。2朱自强，吴有庭著，化工热力学（第三版），化学工业出版社，20103陈新志等著，化工热力学（第三版），化学工业出版社，20094马沛生，李永红主编，化工热力学（通用型）第二版，化学工业出版社，20095化工热力学导论，原著J.M.Smith,andH.C.VanNess,IntroductionChemicalEngineeringThermodynamics,7thEd.,Co.,化学工业出版社，20086陈钟秀,顾飞燕编，化工热力学例题与习题，化学工业出版社，19987 J.M.Smith,（美）史密斯，化工热力学导论习题解答，化学工业出版社，19868高光华、童景山著，化工热力学（第二版），清华大学出版社，20079陈新志，化工热力学习题精解，科学出版社，2002七、教学方法本课的教学环节包括课堂讲授、学生自学、习题、习题讨论及答疑以及期中和期末考试。基本要求：1 .课前学生通过回顾化工热力学的前置课程、往期课堂教学内容以及自主预习教材等方式，为即将开始的课堂讲授做好准备；2 .课堂上通过讲授重、难点，梳理各概念间的联系及推导方法，结合习题分析等方式，帮助学生理解知识点；3 .课后通过习题的练习，结合在线教学平台观看微课小视频等方式，巩固和加深对重点和难点的理解，熟练掌握应用方法，融会贯通。八、考核方式及评定方法（一）课程考核与课程目标的对应关系表4：课程考核与课程目标的对应关系表课程目标考核要点考核方式课程目标1知识储备选择题、填空题、判断题、简答题课程目标2能力达成计算题、推导题课程目标3能力达成简答题、计算题、推导题课程目标4能力达成简答题、计算题、推导题（二）评定方法1 .评定方法本课程为考试课，考核成绩构成为：平时作业成绩20%+期中考试30%+期末考试成绩50%。（1）平时作业成绩由每节课课后习题的完成情况汇总评定（2）期中考试和期末考试以半闭卷形式进行，可带入考试前任课教师规定准备的物性表等资料。试卷考核围绕课程目标考察学生专业基础知识、以及应用知识来分析和解决问题的能力。2 .课程目标的考核占比与达成度分析表5：课程目标的考核占比与达成度分析表占比课程目平时(20%)期中(30%)期末(50%)总评达成度课程目标10%10%10%课程目标1达成度=l%x期中目标1成绩+10%X期末目标1成绩/目标1总分课程目标210%20%0%课程目标2达成度=10%X平时目标2成绩+20%X期中目标2成绩/目标2总分课程目标35%0%20%课程目标3达成度=5%X平时目标3成绩+20%X期末目标3成绩/目标3总分课程目标45%0%20%课程目标4达成度=5%X平时目标4成绩+20%X期末目标4成绩/目标4总分(三)评分标准课程目标评分标准90-10080-8970-7960-69<60优良中合格不合格ABCDF课程目标1能熟练掌握流体的夕少关系和热力学变量的概念，熟练掌握流体混合物各热力学变量的概念；能准确辨析和推导各热力学变量间的关系式；正确理解剩余性质、混合性质、超额性质等概念能较好地掌握流体的PVT关系和热力学变量的概念，较好地掌握流体混合物各热力学变量的概念；较准确地辨析和推导各热力学变量间的关系式；较好地理解剩余性质、混合性质、超额性质等概念能掌握流体的pVT关系和热力学变量的概念，掌握流体混合物各热力学变量的概念；能一定程度上辨析和推导各热力学变量间的关系式；明白剩余性质、混合性质、超额性质等概念间的区别基本掌握流体的PVT关系和热力学变量的概念，基本掌握流体混合物各热力学变量的概念；能辨析和推导热力学变量间的简单关系式；明白剩余性质、混合性质、超额性质等概念间有区别但会混淆使用不掌握流体的PVT关系和热力学变量的概念，不掌握流体混合物各热力学变量的概念；无法辨析和推导热力学变量间的简单关系式；混淆剩余性质、混合性质、超额性质等概念课程目标评分标准90-10080-8970-7960-69<60优良中合格不合格ABCDF课程目标2能准确分析流体的化学特性、聚集态和混合行为，并选择合适的热力学模型，准确计算流体和流体混合物的压力、温度、体积、燧、焙、逸度等热力学性质能较好地分析流体的化学特性、聚集态和混合行为，并选择合适的热力学模型，较为准确地计算流体和流体混合物的压力、温度、体积、燧、焙、逸度等热力学性质能分析流体的化学特性、聚集态和混合行为，并对不同热力学模型加以比较，计算得到的流体和流体混合物的压力、温度、体积、烯、焙、逸度等热力学性质具有较小误差能对流体的化学特性、聚集态和混合行为进行基本分析，并对不同热力学模型加以比较，计算得到的流体和流体混合物的压力、温度、体积、烯、焰、逸度等热力学性质具有较大误差不能对流体的化学特性、聚集态和混合行为进行基本分析，不清楚不同热力学模型间的区别，无法对流体和流体混合物的压力、温度、体积、燃、焰、逸度等热力学性质进行计算课程目标3能熟练并准确无误完成相平衡和反应平衡的相关计算，能完全掌握能量计算和利用的分析方法并应用于化工过程计算中能较好地完成相平衡和反应平衡的相关计算，能较好地掌握能量计算和利用的分析方法并应用于化工过程计算中，但在计算中存在不影响结果的小错误能完成相平衡和反应平衡的相关计算但在计算中存在一定错误，能掌握能量计算和利用的分析方法，但在应用于化工过程计算中存在一定不影响分析判断的错误能基本完成相平衡和反应平衡的相关计算，但在计算中存在一定错误，基本掌握能量计算和利用的分析方法，但在应用于化工过程计算中存在一定困难不能完成相平衡和反应平衡的相关计算，不掌握能量计算和利用的分析方法课程目标4能准确运用物料衡算和能量衡算相关知识和原理，对实际化工过程的可行性与经济性进行评价能较好地运用物料衡算和能量衡算相关知识和原理，对实际化工过程的可行性与经济性进行评价能运用物料衡算和能量衡算相关知识和原理，对实际化工过程的可行性与经济性做出基本评价能运用物料衡算和能量衡算的基本知识和原理，对实际化工过程的可行性与经济性做出一定评价，但评价过程具有较明显的错误不掌握物料衡算和能量衡算的基本知识和原理，无法对实际化工过程的可行性与经济性做出最低限度的评价执笔人：傅楠，王廖沙2022年8月