化工热力学课程规范.docx
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化工热力学课程规范
《化工热力学》课程规范
课程号
HBX250041
课程名称
化工热力学
课程英文
名称
ChemicalEngineeringThermodynamics
总学时数
48
学分
3
讲授
学时
48
实验
学时
0
开课单位
理工学院
适用专业
化学工程与工艺
课程类别
拓展教育课程-专业拓展课
修读方式
必修
先修课程
物理化学、高等数学、大学物理
考核方式
课程考核由两分组成：
考试成绩和平时成绩。
考试占70%，平时占30％，即
总成绩（100%）=考试（70%）+平时（30%）
教材及主要教学参考书
朱自强，吴有庭主编.《化工热力学》第三版.北京：
化学工业出版社，2011
陈钟秀，顾飞燕主编.《化工热力学》第三版.化学工业出版社，2012
陈新志等主编．《化工热力学》第三版．化学工业出版社，2009
课程简介
化工热力学是国内外化学工程与工艺专业最重要的必修课之一，是化工过程研究、开发和设计的理论基础，是化学工程的精髓。
该课程主要研究应用热力学基本定律研究化工过程中能量的衡算、判断过程进行的方向和限度、化工过程中能量的有效利用、各种热力学过程、相平衡和化学平衡问题，还研究与上述内容有关的基础数据，如物质的p－V－T关系和热化学数据。
能力培养任务
化工热力学最根本任务就是培养学生利用热力学第一、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，从而从本质上指导如何减缓熵增的速度。
因此毫不夸张地说：
化工热力学就是直接为节能减排而生的！
所以，学好化工热力学可以帮助学生培养正确的“节能减排”意识，从科学的层面节能减排，以减缓有效资源和有效能量的耗散速度。
一、课程概况
二、课程知识、能力体系
《化工热力学》课程知识（能力）体系
序号
章节
教学内容
对应能力
总学时
要求
1
第一章
绪论
热力学发展及应用
热力学发展史
2
了解
化工热力学的主要内容、使用的研究方法
热力学研究方法
了解
2
第二章
流体的p-V-T关系
纯物质的p-V-T关系
会读P-V图、P-T图
6
了解
流体的状态方程
会选择适合的状态方程
熟悉
对应状态原理及其应用
会普遍化的计算方法
掌握
真实气体混合物的p-V-T关系
会真实气体混合物的计算
了解
液体的p-V-T关系
会液体的p-V-T计算
了解
3
第三章
纯流体的热力学性质计算
热力学关系式
会热力学函数的基本关系式、会推导Maxwell关系式
4
熟悉
热力学性质的计算
理解剩余性质法
掌握
两相系统热力学性质
汽液相性质
了解
4
第四章
热力学第一定律及其应用
热一律物理内涵
热一律
5
掌握
热一律在敞开系统的应用
应用
了解
热一律在封闭系统的应用
应用
了解
热一律在孤立系统的应用
应用
了解
稳流过程能量平衡方程
能量平衡方程的推导
掌握
流动功和轴功
理解概念
熟悉
热量衡算
会方法
熟悉
气体压缩过程
理解压缩过程
熟悉
5
第五章
热力学第二定律及其应用
热二律的物理内涵
热二律
8
掌握
熵变的计算
计算能力
熟悉
熵产
概念及计算
掌握
热力学图表
会读图表
熟悉
压缩机膨胀机的计算
热二律的应用
熟悉
蒸汽动力循环
计算能力
掌握
制冷
制冷原理
熟悉
6
第六章
化工过程热力学分析
能量的级别
认识能量
4
熟悉
理想功和损失功
概念、计算
掌握
火用及其计算
概念、计算
了解
火用衡算和火用效率
会火用衡算法
了解
火用分析法及应用
会用火用分析
了解
7
第七章
溶液热力学基础
概述
概念
12
了解
偏摩尔性质和吉布斯-杜亥姆方程
溶液性质表示
熟悉
混合性质和理想气体混合物
混合性质的非理想性
了解
逸度和逸度系数
化繁为简的方法
掌握
理想溶液与标准态
理想模型
熟悉
活度与活动系数
概念
熟悉
过量函数
概念
熟悉
活度系数模型
会选择活度模型
了解
8
第八章
流体相平衡
概述
概念
4
了解
相平衡基本知识
会相平衡判据
掌握
汽液平衡的计算类型与算法
计算能力
了解
9
总复习
各章知识点总复习
习题计算
3
掌握
“要求”指学生对知识、能力掌握的熟练程度，填写：
了解、熟悉、掌握。
三、教学内容及基本要求
理论教学部分（按章节顺序填写）学时：
48
章节
第1章绪论
教学目的
和要求
热力学发展及应用简介。
本课程的主要内容、使用的主要研究方法等。
重点和
难点
本课程的主要内容、使用的主要研究方法。
“三基.”分析
基本知识：
化工热力学的任务，发展，化工热力学的主要研究方法。
基本理论：
热力学三大定律
基本方法：
建立理想模型的方法
教学内容与
学时分配
教学内容（2学时）：
1.1热力学发展史（1.2学时）
介绍钻木取火、炮膛钻孔实验、冰的摩擦实验、卡诺、Helmholtz、焦耳热功当量实验、克劳修斯热力学第二定律、开尔文封爵故事、吉布斯的相率等，从而引出1944年B.F.Dodge写出了化工热力学教科书。
1.2化工热力学的主要研究内容、研究方法（0.8学时）
研究在化学工程中的热力学问题，化工热力学具有化学热力学和工程热力学的双重特点。
它既要解决能量的利用问题，又要研究解决相际之间质量传递与化学反应方向与限度等问题。
研究方法主要有宏观研究法和微观研究法。
教学方法与
教学手段
教学方法：
1.采用“以多媒体教学为主、板书为辅、实例计算演示”的方式，多种教学手段相互补充，使课堂教学与实验教学相结合。
2.启发引导为主，从重知识目标转向重智能目标上转变。
3.线上教学与线下教学相结合，借助网络等方式搭建师生交流和互动的平台。
教学手段：
1.通过多媒体图片和热力学中的小故事了解热力学的定义、作用与特点。
2.通过课堂现场实例计算演示，目的是避免老师的一言堂，达到“以学生为本、师生互动”的目的，充分调动学生的学习积极性和主动性，由教师一边带领学生找题目的考点，一边讲解如何找到解题思路和解题过程，使学生能够触类旁通。
本章思考题
无
主要
参考资料
教科书：
朱自强，吴有庭主编.《化工热力学》第三版.北京：
化学工业出版社，2011
主要参考书：
1、陈钟秀，顾飞燕主编.《化工热力学》第三版.化学工业出版社，2012
2、陈新志等主编．《化工热力学》第三版．化学工业出版社，2009
备注
制定者：
刘祺凤
章节
第2章流体的p-V-T关系
教学目的
和要求
通过本讲学习，使学生了解纯物质的PVT行为，流体的状态方程式，PVT关系的普遍化计算，真实气体混合物，液体的体积性质。
重点和
难点
重点：
维里方程，立方型方程（以R-K方程为主、应用举例）；
难点：
普遍化PVT关系计算，立方型状态方程的参数推导过程
“三基.”分析
基本知识：
纯物质pvT图，纯物质的相态变化p-v-T关系。
基本理论：
流体的状态方程，立方型EOS和多参数EOS
基本方法：
普遍化的计算方法
教学内容与
学时分配
教学内容（6学时）：
2.1纯物质的PVT关系（0.5学时）
纯物质的p-V图，p-T图，T-V图
2.2流体的状态方程（2学时）
一、理想气体状态方程
二、维里方程
两参数、三参数维里方程
三、立方型状态方程
范德华方程、RK方程、SRK方程、PR方程、PT方程等
四、多参数状态方程
MH方程、BWR方程
2.3对应状态及其应用（1.5学时）
一、对应状态原理
二、普遍化压缩因子方法
三、普遍化第二维里系数法
四、基于状态方程的压缩因子普遍化计算
五、对应状态原理的应用举例
2.4真实气体混合物的p-V-T关系（1学时）
混合规则、二元交互作用参数
2.5液体的p-V-T关系（1学时）
雷克特方程
教学方法与
教学手段
教学方法：
1.采用“以多媒体教学为主、板书为辅、实例演示”的方式，多种教学手段相互补充，使课堂教学与实验教学相结合。
2.启发引导为主，从重知识目标转向重智能目标上转变。
3.线上教学与线下教学相结合，借助网络等方式搭建师生交流和互动的平台。
教学手段：
1.通过多媒体和板书演算推导公式。
2.通过板书的形式演示普遍化的方法计算应用。
本章思考题
教材P58，1、4、6、11题
主要
参考资料
教科书：
朱自强，吴有庭主编.《化工热力学》第三版.北京：
化学工业出版社，2011
主要参考书：
1、陈钟秀，顾飞燕主编.《化工热力学》第三版.化学工业出版社，2012
2、陈新志等主编．《化工热力学》第三版．化学工业出版社，2009
备注
本章重点为普遍化的计算方法，必须使学生掌握，否则后面章节无法理解。
制定者：
刘祺凤
章节
第3章纯流体的热力学性质计算
教学目的
和要求
通过本讲学习，要求用PVT关系和热容推算不可测的热力学状态函数的数学关系式，确定焓、熵、逸度等一大批不可测的热力学状态函数。
重点和
难点
剩余性质，真实气体的焓熵的计算
“三基.”分析
基本知识：
热力学状态函数H/G/A/U。
基本理论：
热力学状态函数的计算
基本方法：
剩余性质法。
教学内容与
学时分配
教学内容（4学时）：
3.1热力学关系式（0.5学时）
一、热力学函数的分类
广度性质、强度性质
二、热力学函数的基本关系式
四大微分方程
三、Maxwell关系式
从数学关系式推导Maxwell关系式
3.2热力学性质计算（2.5学时）
一、Maxwell关系式的应用
以T/P作为独立变量和以T/V作为独立变量推导焓变和熵变
二、理想气体的热力学性质
理想气体方程
三、剩余性质法
剩余性质的定义、一般表达式、计算方法（普遍化的方法）
3.3两相系统热力学性质（1学时）
克拉佩龙方程、克-克方程、安托因方程
教学方法与
教学手段
教学方法：
1.采用“以多媒体教学为主、板书为辅、实例演示”的方式，多种教学手段相互补充，使课堂教学与实验教学相结合。
2.启发引导为主，从重知识目标转向重智能目标上转变。
3.线上教学与线下教学相结合，借助网络等方式搭建师生交流和互动的平台。
教学手段：
1.计算较多，通过板书展示计算的标准过程。
本章思考题
教材P92，4、9题
主要
参考资料
教科书：
朱自强，吴有庭主编.《化工热力学》第三版.北京：
化学工业出版社，2011
主要参考书：
1、陈钟秀，顾飞燕主编.《化工热力学》第三版.化学工业出版社，2012
2、陈新志等主编．《化工热力学》第三版．化学工业出版社，2009
备注
制定者：
刘祺凤
章节
第4章热力学第一定律及其应用
教学目的
和要求
通过本讲学习，使学生掌握闭系非流动过程的能量平衡，开系非流动过程的能量平衡，稳流过程的能量平衡，气体压缩过程。
重点和
难点
稳流系统能量平衡方程及在特定条件下的应用。
可逆轴功的概念；实际压缩功的计算。
“三基.”分析
基本知识：
可逆轴功、压缩功、流动功。
基本理论：
热力学第一定律
基本方法：
能量平衡方程。
教学内容与
学时分配
教学内容（5学时）：
4.1热力学第一定律的物理内涵（0.1学时）
4.2热力学第一定律在敞开流动系统中的应用（0.2学时）
4.3热力学第一定律在封闭系统中的应用（0.2学时）
4.4热力学第一定律在孤立系统中的应用（0.2学时）
4.5稳流过程的能量平衡方程（1学时）
一、开系稳流过程的能量平衡方程式
二、稳流过程能量平衡式的简化和应用
4.6流动功和轴功（0.3学时）
一、可逆轴功的计算
流动功和轴功的推导
二、实际轴功的计算
4.7热量衡算（1学时）
热量衡算的基本关系式
4.8气体压缩过程（2学时）
一、压缩过程热力学分析
二、单级压缩机可逆轴功的计算
三、多级压缩功的计算
四、气体压缩的实际功耗
五、压缩机
教学方法与
教学手段
教学方法：
1.采用“以多媒体教学为主、板书为辅、实例演示”的方式，多种教学手段相互补充，使课堂教学与实验教学相结合。
2.启发引导为主，从重知识目标转向重智能目标上转变。
3.线上教学与线下教学相结合，借助网络等方式搭建师生交流和互动的平台。
教学手段：
1.稳流过程能量平衡方程式部分要通过板书进行一步步的推导过程；
2.稳流过程的理解除了通过幻灯片和教材结合展示以外，还要列举几个常见的化工单元操作的例子。
本章思考题
教材P163，1-15题
主要
参考资料
教科书：
朱自强，吴有庭主编.《化工热力学》第三版.北京：
化学工业出版社，2011
主要参考书：
1、陈钟秀，顾飞燕主编.《化工热力学》第三版.化学工业出版社，2012
2、陈新志等主编．《化工热力学》第三版．化学工业出版社，2009
备注
制定者：
刘祺凤
章节
第5章热力学第二定律及其应用
教学目的
和要求
通过本讲学习，使学生掌握热力学第二定律，熵的物理意义，热力学图表和应用。
重点和
难点
熵平衡式；某些过程熵变的计算实例；温－熵图及应用；朗肯循环及其改进；蒸汽压缩制冷循环。
“三基.”分析
基本知识：
熵、卡诺循环、朗肯循环。
基本理论：
热力学第二定律
基本方法：
熵的分析法、蒸汽动力循环、制冷方法。
教学内容与
学时分配
教学内容（8学时）：
5.1热力学第二定律的功能及其物理内涵（0.5学时）
5.2熵的定义与熵变的计算（0.5学时）
5.3熵产（1学时）
熵产的定义，熵流和熵产的区别，熵产的计算
5.4热力学图表（1学时）
学会查询纯物质的热力学图表，会内插法
5.5压缩机或膨胀机的计算（1学时）
5.6蒸汽动力循环（3学时）
一、蒸汽动力循环的基本原理
卡诺循环、郎肯循环
二、蒸汽动力循环的计算
计算实例演示
三、提高热机效率的基本方法
提高水蒸气压力、提高过热蒸汽温度，采用再热循环
5.7制冷（1学时）
一、制冷原理
逆卡诺循环、空调冰箱制冷原理
二、制冷系数
教学方法与
教学手段
教学方法：
1.采用“以多媒体教学为主、板书为辅、实例演示”的方式，多种教学手段相互补充，使课堂教学与实验教学相结合。
2.启发引导为主，从重知识目标转向重智能目标上转变。
3.线上教学与线下教学相结合，借助网络等方式搭建师生交流和互动的平台。
教学手段：
1.熵产的概念要逐步引出，通过计算例子引出熵产的概念。
2.通过多媒体，特别是在网上找几个热力学图表，让同学们了解热力学图表的应用，以及如何读图读表，举例要说明。
3.把生活中的空调、冰箱制冷工作原理的实例加入到课程中，提高学生的学习兴趣。
本章思考题
教材P146，1-6、8、9、11、12、14题
主要
参考资料
教科书：
朱自强，吴有庭主编.《化工热力学》第三版.北京：
化学工业出版社，2011
主要参考书：
1、陈钟秀，顾飞燕主编.《化工热力学》第三版.化学工业出版社，2012
2、陈新志等主编．《化工热力学》第三版．化学工业出版社，2009
备注
制定者：
刘祺凤
章节
第6章化工过程热力学分析
教学目的
和要求
通过本章的学习，使学生掌握化工过程热力学分析的一些基本概念，火用的分析法等。
重点和
难点
理想功、不可逆过程的损耗功、火用与火无及热力学效率的概念及其计算。
“三基.”分析
基本知识：
理想功，损耗功，火用，火无，热力学效率，火用效率。
基本理论：
热力学第一、二定律
基本方法：
熵分析法、火用分析法。
教学内容与
学时分配
教学内容（4学时）：
6.1能量的级别（0.5学时）
高品质能量、低品质能量、僵态能量
6.2理想功和损失功（1.5学时）
一、理想功
二、理想功的计算式
三、损失功
6.3火用及其计算（1学时）
一、火用的概念
有效能、无效能
二、火用的计算
物理火用、化学火用、热量火用、压力火用
三、理想功与火用的区别和联系
四、不可逆性和火用损失
会用高乌斯托多拉公式和损失功的方法计算火用的损失
6.4火用衡算和火用效率（0.4学时）
通过实例讲解计算总火用效率、目的火用效率，并注意区别
6.5火用分析法及其应用（0.6学时）
比较能量守恒法、熵分析法、火用分析法之间的异同，并得出熵分析法和火用分析法优于能量守恒法的结论，同时，还要说明熵分析法和火用分析法实质上相同，得出的结果也是相同的，不同点主要在于熵是理论概念，而火用是工程概念。
教学方法与
教学手段
教学方法：
1.采用“以多媒体教学为主、板书为辅、实例演示”的方式，多种教学手段相互补充，使课堂教学与实验教学相结合。
2.启发引导为主，从重知识目标转向重智能目标上转变。
3.线上教学与线下教学相结合，借助网络等方式搭建师生交流和互动的平台。
教学手段：
1.多媒体为主，板书为辅。
2.理想功和损失功的计算式需要用板书演算出推导过程。
3.通过讲解火用分析法，让同学们讨论化工热力学中的三种化工过程分析方法，也就是能量平衡法、熵分析法和火用分析法，通过比较法使学生了解三种方法的优缺点和应用范围，对具体问题能选择合适的分析方法来解决实际的化工生产过程问题。
本章思考题
教材P195，1、3、13题
主要
参考资料
教科书：
朱自强，吴有庭主编.《化工热力学》第三版.北京：
化学工业出版社，2011
主要参考书：
1、陈钟秀，顾飞燕主编.《化工热力学》第三版.化学工业出版社，2012
2、陈新志等主编．《化工热力学》第三版．化学工业出版社，2009
备注
制定者：
刘祺凤
章节
第7章溶液热力学基础
教学目的
和要求
通过本章的学习，使学生掌握变组成体系的热力学性质，逸度和逸度系数，理想溶液和标准态，均相液体混合时的性质变化，活度和活度系数等。
重点和
难点
开系的热力学关系式和化学位；偏摩尔性质；均相液体混合时的性质变化；过量热力学性质；吉布斯-杜亥姆方程。
“三基.”分析
基本知识：
偏摩尔性质，化学势，过量热力学性质。
基本理论：
混合性质，理想气体混合物，理想溶液定律，L-R规则，活度系数模型
基本方法：
吉布斯-杜亥姆法验证热力学函数关系。
教学内容与
学时分配
教学内容（12学时）：
7.1概述（0.4学时）
7.2偏摩尔性质和吉布斯-杜亥姆方程（2.5学时）
一、偏摩尔性质
偏摩尔性质的定义，通过三要素认识偏摩尔性质
二、偏摩尔性质的计算
根据定义求解、由一个偏摩尔性质求取另一个偏摩尔性质、图解法
三、不同偏摩尔性质之间的关系
四、吉布斯-杜亥姆方程：
应用G-D方程判断偏摩尔性质数据正确性
7.3混合性质与理想气体混合物（1学时）
7.4逸度与逸度系数（2.5学时）
一、逸度与逸度系数的定义
二、纯流体逸度的计算：
重点掌握状态方程法和普遍化的方法计算
三、混合物中组分逸度的计算：
了解，不做过多的要求。
7.5理想溶液与标准态（1.6学时）
一、理想溶液的定义
二、理想溶液定律和两个重要规则
三、理想溶液的性质
7.6活度与活度系数（2学时）
一、活度与活度系数的定义
二、活度系数的归一化：
两种归一化条件，即Lewis规则和亨利定律。
三、活度系数与温度压力的关系：
推导关系式，后面应用
7.7过量函数（0.7学时）：
过量函数、剩余函数、偏离函数的区别
7.8活度系数模型（1.3学时）：
Margules，vanLaar，Wohl，Wilson，NRTL
教学方法与
教学手段
教学方法：
1.采用“以多媒体教学为主、板书为辅、实例演示”的方式，多种教学手段相互补充，使课堂教学与实验教学相结合。
2.启发引导为主，从重知识目标转向重智能目标上转变。
3.线上教学与线下教学相结合，借助网络等方式搭建师生交流和互动的平台。
教学手段：
1.多媒体为主，板书为辅。
2.本章内容过多，注意前后知识点的串联。
3.通过讲解活度系数模型，让同学们理解用活度系数模型描述复杂溶液的热力学性质，与描述气体的状态方程进行对比，从而引出第8章汽液平衡的计算。
本章思考题
教材P241，2、4、17、19题
主要
参考资料
教科书：
朱自强，吴有庭主编.《化工热力学》第三版.北京：
化学工业出版社，2011
主要参考书：
1、陈钟秀，顾飞燕主编.《化工热力学》第三版.化学工业出版社，2012
2、陈新志等主编．《化工热力学》第三版．化学工业出版社，2009
备注
制定者：
刘祺凤
章节
第8章流体相平衡
教学目的
和要求
通过本章学习，使学生了解相平衡的热力学判据和处理方法，二元系的组分活度模型和组成间的关系，汽液平衡的计算的算法等。
重点和
难点
相平衡的判据；活度系数法；泡露点的计算。
“三基”分析
基本知识：
泡露点，活度系数模型，汽液平衡。
基本理论：
牛顿迭代法
基本方法：
相平衡的判据，泡露点的算法，平衡闪蒸的算法，Newton-Raphsonmethod
教学内容与
学时分配
教学内容（4学时）：
8.1概述（0.2学时）
8.2相平衡的基本知识（1学时）
汽液相平衡的判据
8.3汽液平衡的计算类型与算法（2.8学时）
一、概述
二、多元汽液平衡的特征
三、VLE计算的理论基础式
四、VLE计算的方法
五、泡露点计算
六、平衡闪蒸计算
教学方法与
教学手段
教学方法：
1.采用“以多媒体教学为主、板书为辅、实例计算演示”的方式，多种教学手段相互补充，使课堂教学与实验教学相结合。
2.启发引导为主，从重知识目标转向重智能目标上转变。
3.线上教学与线下教学相结合，借助网络等方式搭建师生交流和互动的平台。
教学手段：
1.通过多媒体框图展示汽液平衡的计算算法，并通过例题说明。
2.通过板书画图说明Newton-Raphsonmethod的原理。
本章思考题
无
主要
参考资料
教科书：
朱自强，吴有庭主编.《化工热力学》第三版.北京：
化学工业出版社，2011
主要参考书：
1、陈钟秀，顾飞燕主编.《化工热力学》第三版.化学工业出版社，2012
2、陈新志等主编．《化工热力学》第三版．化学工业出版社，2009
备注
制定者：
刘祺凤
升级会员 