9化工专业《化工热力学》教学大纲李丽.doc

化工热力学教学大纲课程编码：0412100904课程名称：化工热力学学时/学分：56/3.5先修课程：高等数学、物理化学、化工原理适用专业：化学工程与工艺开课教研室：化工教研室一、课程性质与任务1课程性质：本课程是学生在具备了物理化学、化工原理等基础知识后的一门专业必修课，也是该专业的核心课程之一。2课程任务：本课程的任务是概括、深化热力学的基本定律和有关的理论知识，研究化工过程中各种能量的相互转化和有效利用，研究各种物理化学变化过程达到平衡的理论极限、条件或状态，从而使学生获得扎实的专业理论基础知识，培养和提高学生从事化工生产、设计和科学研究工作的理论分析能力。二、课程教学基本要求通过本课程的教学，要求学生理解化工热力学的基本概念和基本原理；根据所要解决问题的性质，熟练掌握计算流体热力学性质的数学模型；熟练掌握计算化工过程的能量变化；熟练掌握计算纯流体和混合物的相平衡和化学反应平衡；了解化工热力学在化工过程中的主要实际应用。成绩考核形式：期末成绩（闭卷考试）（70%）平时成绩（作业、期中考试）（30%)。成绩评定采用百分制，60分为及格。三、课程教学内容第一章 绪论1.教学基本要求掌握化工热力学的基本概念；了解化工热力学研究范围和研究方法；了解化工热力学在化学工程中的应用情况。2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章的教学，要求学生掌握化工热力学的基本概念，主要包括化工热力学的研究方法、化工热力学的研究内容和任务等。3.教学重点和难点教学重点是化工热力学的研究方法、化工热力学的研究内容和任务。教学难点是化工热力学与物理化学的关系、化工热力学的研究方法。4.教学内容（1）热力学的发展及化工热力学的研究对象主要知识点：热力学的发展及化工热力学的研究对象。（2）热力学的研究方法主要知识点：经典热力学方法和微观热力学方法。（3）热力学名词和定义主要知识点：体系与环境；平衡状态与状态函数；过程与循环；温度与热力学第零定律；热与功。第二章 流体的P-V-T关系1.教学基本要求掌握纯物质的P-V-T性质；掌握真实气体的状态方程式：Virial方程式、两常数状态方程式及其修正式、多常数状态方程式；了解真实气体特性；重点掌握对比状态原理及其应用：普遍化关系式法和普遍化压缩因子法；掌握真实气体混合物的P-V-T关系：虚拟临界常数法、Dalton定律和普遍化压缩因子图、Amagat定律和普遍化压缩因子图、混合规则与混合物的状态方程。2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章的教学，要求学生掌握纯物质的P-V-T性质；掌握真实气体的状态方程式；掌握对比状态原理及其应用：普遍化关系式法和普遍化压缩因子法；掌握真实气体混合物的P-V-T关系。3.教学重点和难点教学重点是纯物质的P-V-T性质；真实气体的状态方程式；对比态原理及其应用；真实气体混合物的P-V-T关系。教学难点是偏心因子的计算方法；各种状态方程的特点；对比态原理的理解；混合规则的应用。4.教学内容（1）纯物质的P-V-T关系主要知识点：纯物质的P-T图、纯物质的P-V图和临界点处的数学关系。（2）气体的状态方程主要知识点：理想气体方程；立方型状态方程；多常数状态方程。（3）对比态原理及其应用主要知识点：对比态原理；以偏心因子为第三参数的对比态原理；普遍化状态方程。第三章 纯流体的热力学性质1.教学基本要求掌握热力学性质间的关系式；掌握热力学性质的计算；了解两相系统的热力学性质及热力学图表。2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章的教学，要求学生掌握热力学性质间的关系式；掌握热力学性质的计算；会用热力学性质的图表分析化工生产中的热力学变量。3.教学重点和难点教学重点是热力学性质间的关系；剩余性质的概念与计算；热力学性质的计算；两相系统的热力学性质图表。教学难点是根据实际需要选择合适的计算方法。4.教学内容（1）热力学性质间的关系主要知识点：单相流体系统基本方程；点函数间的数学关系式；Maxwell关系式。（2）热力学性质的计算主要知识点：Maxwell关系式；剩余性质法；状态方程法；气体热力学性质的普遍化关系式法。（3）两相系统的热力学性质及热力学图表主要知识点：两相系统的热力学性质；热力学性质图表。第四章 流体混合物的热力学性质1.教学基本要求掌握变组成体系热力学性质间的关系；掌握化学位和偏摩尔性质；掌握逸度与逸度系数；掌握超额性质；了解混合过程性质变化。2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章的教学，要求学生掌握变组成体系热力学性质间的关系；掌握化学位和偏摩尔性质；掌握逸度与逸度系数；掌握超额性质。3.教学重点和难点教学重点是化学位和偏摩尔性质；逸度与逸度系数；理想溶液和标准态；活度与活度系数；混合性质变化；超额性质。教学难点是混合性质变化；超额性质的定义和计算；利用互联网资源查找热力学数据；查找和学会互联网上计算热力学性质的免费软件，分析计算结果的准确性。4.教学内容（1）变组成体系热力学性质间的关系主要知识点：变组成体系热力学性质间的关系式。（2）化学位和偏摩尔性质主要知识点：化学位；偏摩尔性质；Gibbs-Duhem方程。（3）混合物的逸度与逸度系数主要知识点：逸度及逸度系数的定义；气体的逸度；液体的逸度；混合物的组分逸度；混合物的逸度与其组分逸度之间的关系；压力和温度对逸度的影响。（4）理想溶液和标准态主要知识点：理想溶液的逸度、标准态；理想溶液和非理想溶液。（5）活度与活度系数主要知识点：活度；活度系数。（6）混合过程性质变化主要知识点：混合过程性质变化；理想溶液的混合性质变化。（7）超额性质主要知识点：超额性质定义及计算公式。（8）活度系数与组成的关联主要知识点：正规溶液和无热溶液；Redlich-Kister经验式；Wohl型方程；局部组成型方程。第五章 化工过程的能量分析1.教学基本要求掌握流动体系的能量平衡方程；掌握熵变、不可逆性、熵平衡；掌握气体的压缩及膨胀；掌握理想功及损失功；了解有效能分析；掌握有效能的概念、有效能的计算、有效能的损失、有效能效率。2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章的教学，要求学生掌握流动体系的能量平衡方程；掌握熵变、不可逆性、熵平衡；掌握气体的压缩及膨胀；掌握理想功及损失功；掌握有效能的概念、有效能的计算、有效能的损失、有效能效率。3.教学重点和难点教学重点是能量平衡方程的应用；熵平衡方程；理想功、损失功及热力学效率；有效能与无效能的概念；有效能衡算及有效能效率；化工过程与系统的有效能分析。教学难点是熵平衡方程；有效能与无效能的概念；有效能衡算及有效能效率；化工过程与系统的有效能分析。4.教学内容（1）能量平衡方程及其应用主要知识点：能量守恒与转化；能量平衡方程；能量平衡方程的应用。（2）熵方程主要知识点：功热间的转化；熵与熵增原理；熵平衡。（3）理想功、损失功及热力学效率主要知识点：理想功；损失功；热力学效率。（4）有效能与无效能主要知识点：有效能与无效能的概念；有效能的计算；过程的不可逆性和有效能损失。（5）有效能衡算及有效能效率主要知识点：有效能衡算方程；有效能效率。（6）化工过程与系统的有效能分析主要知识点：有效能分析法的步骤。第六章 蒸汽动力循环与制冷循环1.教学基本要求掌握蒸汽动力循环工作原理和T-S图；掌握制冷循环工作原理和T-S图；了解获得低温的两种方法。2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章的教学，要求学生掌握蒸汽动力循环工作原理和T-S图；掌握制冷循环工作原理和T-S；掌握热效率和制冷系数的概率。3.教学重点和难点教学重点是蒸汽动力循环工作原理和T-S图；制冷循环工作原理和T-S图；制冷剂的选择原则。教学难点是蒸汽动力循环工作原理和T-S图；提高Rankine循环热效率的途径；制冷循环工作原理和T-S图；制冷剂的选择与制冷系数的关系。4.教学内容（1）蒸汽动力循环主要知识点：Rankine循环及其热效率；Rankine循环的改进。（2）节流膨胀与做外功的绝热膨胀主要知识点：节流膨胀；做外功的绝热膨胀。（3）制冷循环主要知识点：蒸汽压缩制冷；吸收式制冷；热泵及其应用。第七章 相平衡1.教学基本要求掌握相平衡的判据；掌握不同形式的二元汽液相图；掌握汽液平衡的两种计算方法：状态方程法和活度系数法。2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章的教学，要求学生掌握相平衡的判据；掌握汽液平衡的计算方法。3.教学重点和难点教学重点是相平衡的判据；中低压下汽液平衡的计算。教学难点是中低压下汽液平衡的计算和汽液平衡数据的热力学一致性检验。4.教学内容（1）相平衡的判据与相律主要知识点：相平衡的判据；相律。（2）汽液平衡的计算主要知识点：汽液平衡计算的基本公式及计算类型；活度系数法和状态方程法；汽液平衡数据的热力学一致性检验。第八章 化学反应平衡1.教学基本要求掌握化学反应的计量关系；掌握化学反应平衡常数及有关计算以及影响平衡组成的因素；了解复杂体系的化学反应平衡。2.要求学生掌握的基本概念、理论、技能通过本章的教学，要求学生掌握化学反应的计量关系；掌握化学反应平衡常数及有关计算以及影响平衡组成的因素。3.教学重点和难点教学重点是化学反应的计量关系；化学反应平衡常数及有关计算以及影响平衡组成的因素。教学难点是化学反应平衡常数有关计算及影响平衡组成的因素；复杂反应体系中的化学平衡。4.教学内容（1）化学反应平衡基础主要知识点：化学计量学和反应进度；化学反应平衡的判据；标准自由焓变化与平衡常数；平衡常数的计算；温度对平衡常数的影响。（2）平衡常数与平衡组成间的关系主要知识点：气相反应；均相液相反应。（3）工艺参数对化学平衡组成的影响主要知识点：温度的影响；压力的影响；惰性气体的影响；反应物组成的影响。（4）复杂体系的化学反应平衡主要知识点：复杂反应体系的处理；等温复杂反应的化学平衡；绝热反应的化学平衡。四、学时分配表章序内容学时备注一绪论2二流体的P-V-T关系8三纯流体的热力学性质10四流体混合物的热力学