精品课程《化工热力学》的建设.docx

精品课程化工热力学的建设 摘要：课程建设是教学质量工程的核心内容。化工热力学是化学工程与工艺专业的专业基础核心课程，被评为江西省精品课程。本文就化工热力学课程的学问体系及其实践教学在课程中的运用进行了总结。 关键词：化工热力学；课程建设；精品课程；化学工程 中图分类号：G642.3 文献标记码：A文章编号：1674-932401-0200-03 化工热力学是化学工程与工艺专业本科生必修的专业核心课程，化工热力学的原理和应用学问是从事化工过程的探讨、开发以及设计等方面工作必不行少的重要理论基础，是一门理论性与工程应用性均较强的课程。加强实践教学在课程中的运用是提高教学效果的一个重要手段。本文从历史沿革、课程的性质与目标、课程的学问体系、教学内容、实践教学的运用等方面介绍了南昌高校化工热力学省级精品课程的建设。 一、化工热力学的历史沿革 我校化工热力学课程的历史比较久远，自1958年化学工程系建系以来就开设了此门课程，此课程始终列为化学工程系化学工程与工艺专业学生的专业基础课，课程自1958年开设至今，经过几次比较大的教学课时和授课方式的变革，教学课时由最初的80学时、60学时、48学时、64学时，调整到现在的54学时。授课方式由原先的单一课堂讲授变为现有的课堂讲授为主，兼有课程设计。通过课程设计的完成，让学生对所学的学问如何运用于实践有了更为直观的感受。依据省级精品课程建设的要求，优化了教学内容，加强了网络课程建设，实现教学资源共享。化工热力学网络课程已基本完成，包括课程介绍、教学大纲、电子课件、多媒体课件、练习题库、电子教案等。 二、化工热力学课程的性质与目标 化工热力学是化学工程的重要分支和基础学科，是化工工艺专业及相关专业的专业基础课。化工热力学就是运用经典热力学的原理，结合反映系统特征的模型，解决工业过程中热力学性质的计算和预料、相平衡和化学平衡计算、能量的有效利用等实际问题。为学习后续课程和解决化工过程的实际问题打下坚固的基础。化工热力学是在物理化学、化工原理和高等数学等专业基础课上，将热力学原理应用于化学工程技术领域，其主要任务是以热力学第一、其次定律为基础，探讨化工过程中各种能量的相互转化及其有效利用，探讨各种物理和化学改变过程达到平衡的理论极限、条件和状态。化工热力学的主要探讨范畴在于确定设计分别过程、化学反应器所需的相平衡以及化学反应平衡数据、参数和平衡时的状态以及对化工过程进行热力学分析。因而它是化工过程探讨、开发与设计的理论基础。在化学工程与工艺教学安排中，化工热力学课程属于专业必修核心课程，在大三年级上学期开设。化工热力学课程的特点是理论性强，概念多而抽象、公式繁多。众多学子简单对该课程望而生畏。因此，要教好这门课程，首先要把相关基本概念和理论的来龙去脉介绍清晰；其次，要向学生介绍、分析各个章节之间的区分与联系，将他们有机地联系起来；更为重要的是结合生活实际，将理论学问用于分析和处理解决实际问题，帮助学生了解所学课程在实际生活和生产中的应用，激发他们的学习热忱，提高教学效果。使得学生们在今后的工作中能敏捷运用所学的化工热力学学问解决化工生产中遇到的现实问题。 三、化工热力学课程学问体系 化工热力学课程的学问体系包括：流体的热力学性质及其相互关系；热力学的基本定律及其应用；相平衡和化学反应平衡。 1.流体的热力学性质及其相互关系：熟识纯物质的P-V-T相图及相图上的重要概念。驾驭维里方程及其应用，驾驭R-K方程、SRK方程及P-R方程等三次型状态方程，能应用三次型状态方程计算气体和液体的摩尔体积，了解多参数状态方程在化工过程中的应用。理解对比态原理，驾驭偏心因子和三参数普遍化关系。学会用Antoine方程计算饱和蒸汽压。会用二元插值法求热力学数据。熟识液体的P-V-T性质的计算及真实气体混合物性质的计算。学会运用状态方程和普遍化关系式来计算能满意工程须要的流体的焓、熵等热力学性质。驾驭由单相纯物质性质计算两相区纯物质性质的方法，驾驭工程上常用热力学图表的运用方法。正确理解偏摩尔性质、化学位、逸度、混合性质改变、超额性质和标准态等概念。驾驭均相流体混合物热力学性质关系式，会运用活度系数关系式，了解由状态方程和混合规则推导混合物中组分逸度系数关系式的过程，学会逸度和逸度系数计算方法。学会利用网上资源查找和计算热力学数据。 2.热力学的基本定律及其应用：正确理解热力学第肯定律和热力学其次定律，娴熟驾驭这两个基本定律在工程上的应用，理解能量的可利用程度或品质的凹凸，明确相识能量损失不仅是数量上的损失，还包括由于过程的不行逆性所导致的能量品级的降低。驾驭将热力学第肯定律应用于动力循环和制冷循环中，进行热量、制冷量、功耗和循环效率的计算，进一步理解合理利用能源的意义和途径。 3.相平衡和化学反应平衡：驾驭不同形式的二元汽液相图，了解一般正偏差、一般负偏差和具有共沸点系统的相图特征。驾驭汽液平衡关系式及其应用，驾驭完全互溶体系在中低压下汽液平衡的计算方法，能借助于软件用活度系数法和状态方程法进行汽液平衡计算。熟识化学平衡判据、反应进度、化学平衡常数及其对气体反应的应用。 四、化工热力学的教学内容支配 化工热力学课程由四名老师组成的教学团队进行讲授，以理论课为主，辅以实践教学。南昌高校的化工热力学的教学时数为54学时，其中理论课的教学时数为48学时，实践教学时数为6学时。理论课教学的课时数支配为：流体的热力学性质及其相互关系23学时，热力学的基本定律及其应用16学时，相平衡和化学反应平衡9学时。实践教学我们采纳了课程设计的形式。用6课时当堂做一个小的课程设计，对一详细的化工过程进行热力学分析，提高教学的好用性。 五、化工热力学课程设计 在化工生产中常常遇到的重要课题之一是合理用能和提高能量利用率。要提高能量利用率就必需准确地、定量地回答以下一些问题：一个过程或单位产品的理论能耗是多少？节能的潜力有多大？能量奢侈了多少、是怎样分布的？引起能量损耗的缘由是什么？实际生产过程中有哪些不合理的用能状况？如何针对性地进行工艺和设备的改进和改革？这些问题都有赖于依靠热力学的基本原理、定律和热力学分析法去解决。热力学分析法有两类：第一类分析法是能量衡算法，即基于热力学第肯定律，通过能量衡算确定过程或设备的能量“收支簿”，查明能量的损失数量和能量利用率，它的主要指标是第肯定律效率，一般称为热效率。能量衡算法是工艺设计和设备设计的基础，并对了解过程中能量的损失量和位置有肯定作用，但是由于不反映不同质量能量的利用率，常导致得出错误结论，所以这个方法不足以描述过程或装置在能量利用上的真正完善程度。其次类分析法包括熵分析法和火用分析法，即以热力学其次定律和第一、其次定律的结合为指导，以作功实力的损失和其次定律效率为指标，对过程或装置的能量转化、利用和损失进行分析。熵分析法通过计算不行逆过程熵产生量，确定过程的火用损失率和热力学效率，它表明过程能耗的主要缘由是不行逆因素造成的有效能损失，节能重点是降低不行逆损耗功。火用分析法则进一步克服了熵分析法无法求出排出体系的物流火用的缺点，能同时求出体系内部的不行逆火用损和排出体系的物流火用。其次类分析法可以正确反映过程或装置的热力学完善程度，精确查明实际过程的能量损耗或损失状况，为提高能量利用率指明途径和方法。化工热力学在进行完课堂理论教学之后，支配以化工过程热力学分析为内容的课程设计，正是希望同学们通过对化工过程实例的分析计算，将理论学问联系生产或工程实际，提高分析问题、解决问题的实力，为今后深造和从事科研及工程技术工作打下扎实的热力学基础。 本课程设计的内容为；年产30万吨合成氨厂冷冻工段制冷过程的热力学分析。凯洛格公司设计的年产300000吨合成氨厂，将工艺与动力系统紧密协作、综合利用能量，极大地降低了能耗。其冷冻工段的设计很有特色合成工段来的循环气和簇新气经过三级氨冷，温度由380C逐级降到-230C，冷冻系统的液氨亦分三级闪蒸，三种不同压力的氨蒸汽分别返回冰机相应的压缩级中，比全部氨气一次压缩到高压、冷凝后一次蒸发到同样压力时冷冻系数大、功耗小，对冰机的要求也相应降低。依据详细的工艺流程和工艺参数，我们要求同学们对年产30万吨合成氨厂冷冻工段的制冷过程进行热力学分析，完成以下作业：在TS图上绘制冰机三级制冷循环图，并与一级制冷循环图比较。对该流程和设备进行物料和能量衡算、熵分析和火用分析，计算过程和设备的能量利用率、冷冻系数等热力学指标，比较三种热力学分析法的计算结果。分析该冷冻流程设计在能量利用方面的优点及问题，得出必要的结论；多年的教学实践证明：课程设计的引入极大地提高了同学们对很多能量分析法的理解和公式在实践中的运用，调动了同学们对此门课程的学习爱好，促进了教学效果。 参考文献： 1冯新，陆小华.以学生为本的化工热力学课程教学改革J.化工高等教化，2022，(4)：30-34. 2冯新，陆小华，吉远辉，钱红亮.化工热力学中从生活中来到生产中去的实例J.化工高等教化，2022，26：42-45. 3赫文秀，王亚雄.化工基础课程群的整合及教学实践的探讨J.化学工程与装备，2022，：201-202. 基金项目：本探讨是江西省教化厅和南昌高校化工热力学精品课程建设、化学工程与工艺特色专业与示范专业建设项目 作者简介：王敏炜，女，教授、博士。 第8页 共8页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页第 8 页 共 8 页