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《化工热力学》课程教学大纲
2017-07-07 17:06   审核人:   (浏览次数:)

Chemical Engineering Thermodynamics

【课程代码】041821         【课程类别】专业必修课

【学分】3.5               【先修课程】化工原理、高等数学、物理化学

【学时数】66               【授课专业】化学工程与工艺(本科)

课程的性质和目的

《化工热力学》是化学工程与工艺专业本科生的一门重要的专业基础课, 也是该专业的主干课程。热力学是一门研究能量、物质和它们之间相互作用规律的科学。在化工生产以及化工过程的开发设计中有重要的意义, 它不但成为化工过程各环节进行理论分析的依据, 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, 是化学工程与工艺专业学生必须掌握的专业基础知识。其主要任务是培养学生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。通过本课程的学习,使学生获得巩固的专业理论基础知识,并培养和提高学生从事专业生产管理,设计开发和科学研究工作的理论分析能力。

本课程应在学生学过物理化学,经过工厂认识实习,并具备化工过程与设备的知识基础(在时间安排上,至少比化工原理迟一学期)上讲授。

 

二、课程教学内容(学时数分配)

主要内容包括:真实流体的P-V-T关系,阐明这种关系对研究流体热力学性质的重要意义;热力学函数计算的原理和方法,介绍了最常用的热力学性质的计算以及常用的热力学数据和热力学图表;化工过程的能量分析,对能量的有效利用进行分析和评述;蒸汽动力循环与制冷循环,具体介绍制冷循环的种类及工作原理;相平衡与化学平衡,运用热力学解决化工领域的相平衡与化学反应平衡问题,这部分知识是热力学和传质、分离、反应工程间联系的纽带。此外,教学过程中精选研究、开发和工程设计的实践案例,加深学生对课程的理解。

 

第一章绪论(3学时)

1-1化工热力学的定义和用途

1-2化工热力学研究内容和特点

1-3化工热力学的局限性

1-4为何学和如何学好化工热力学

1-5化工热力学和其它化学工程分支学科间的关系

要求理解和掌握:1、化工热力学的用途;2、化工热力学研究内容、特点和局限性、3、化工热力学和其它化学工程分支学科间的关系

第二章 流体的P-V-T关系(9学时)                                                      

2-1纯物质的P-V-T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P-V-T关系——混合规则                                                              

2-5液体的P-V-T性质

要求熟练掌握:1、纯物质的二维相图(P-V图等);2、截止维里方程和R-K方程及其应用;3PVT关系的普遍化计算方法(包括:普遍化第二维里系数法和三参数普遍化压缩因子图法);4、混合规则

第三章 流体的热力学性质(12学时)                                                    

3.0  引言

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△H和△S4、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。

第四章流体混合物的热力学性质 (15学时)

§4.1 变组成体系热力学性质间的关系式与化学位

§4.2 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i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。

第五章 相平衡(6学时)

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3、汽-液平衡的计算。

第六章化工过程的能量分析(12学时)

§6.1 能量平衡方程

§6.2 热功间的转化

§6.3 熵函数

§6.4 理想功、损失功及热力学效率

§6.5 火用火无

§6.6 火用衡算及火用效率

§6.7 化工过程与系统的火用分析

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、熵产生概念、熵产生的计算和熵增原理;5、理想功、损失功的计算;6、稳流过程的火用、热火用的计算;7、实际过程(流体输送过程、传热过程)的火用损失;8、稳流过程的火用衡算。                                    

第七章 蒸汽动力循环和制冷循环(6学时)                                        

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。

第十章 化学反应平衡3学时)                                    

10-1化学反应平衡基础

10-2平衡常数与平衡组成间的关系

10-3工艺参数对化学平衡组成的影响

10-4反应系统的相律和Duhem理论

10-5复杂体系的化学反应平衡

要求熟练掌握1、反应进度的概念、反应系统的相律;2、平衡常数的定义及计算;3、温度、压力等工艺参数对化学平衡的影响;4、等温、绝热复杂体系化学平衡的计算方法。

三、课程教学的基本要求

本课的教学环节包括课堂讲授、学生自学、习题讨论课、习题、答疑、期末考试。通过上述基本教学步骤,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。

本课程学时数为66学时,采用多媒体课件方式进行教学。

四、考核方式及成绩评定方式

采用平时成绩与考试成绩相结合的考核方法。学生完成作业、课堂学习等环节后,获得参加考试资格,考试方式为半闭卷考试(可带入考试前规定准备的资料)。课程总成绩按考试成绩与平时成绩(包括作业、课堂提问、考勤等)为六四开或五五开的比例进行评定。

五、建议教材及教学参考书

[1] 教材:陈钟秀、顾飞燕,化工热力学,化学工业出版社,2001(2)2011(3)

[2] 朱自强,徐汛编,化工热力学,化学工业出版社,1991

[3] 陈新志等,化工热力学,化学工业出版社,2001

[4] .M. Smith,()史密斯,化工热力学导论,第三版,化学工业出版社,1982

[5] 张联科主编,化工热力学,化学工业出版社,1980

[6] J.M. Smith,()史密斯,化工热力学导论习题解答,化学工业出版社,1986

[7] 陈钟秀,顾飞燕编,化工热力学例题与习题,化学工业出版社,1998

[8] 雷一东、葛喜臣,化工热力学,重庆大学出版社,1989

[9] 童景山、高光华等。化工热力学。1995

[10] 胡英,近代化工热力学,1994

 

 

                                                    2016-8-9 

 

 

 

 

 

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