《化工热力学3》课程教学大纲.docx

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1、化工热力学3教学大纲课程名称化工热力学Chemical Engineering Thermodynamics课程编码CHM120821030开课院部化学工程学院课程团队化工热力学教学团队学分3.0课内学时48讲授48实验0上机0实践0课外学时0适用专业化工安全工程授课语言中文先修课程大学计算机、高等数学（2T）、无机及分析化学、高等数学（2-2）、物理化学课程简介（限选）化工热力学是化学工程学科的一个重要分支，是化工安全工程一门重要的专业基础理论课程，是化工过程研究、开发与设计的重要理 论基础。主要教学内容包括流体的pVT关系和状态方程、流体的热力学性质、化工过程的能量分析、蒸汽动力循环与制冷

2、循环、溶液的热力学 性质、相平衡和化学平衡。教学目标就是运用经典热力学的原理，结合反映系统特征的模型（状态方程和活度系数模型），解决工业过程特别是化工安全过程中 热力学性质的计算和预测、相平衡和化学平衡的计算、能量的有效利用等实际问题，以便为学习后续课程和解决化工过程安全的实际问题 打下牢固的理论基础。Chemical thermodynamics is an important branch of chemical engineering, an important professional basic course of chemical safety engineering, and a

3、n important theoretical basis for Chemical Process research, development and design.The main teaching contents include pVT relation and equation of state of fluid, thermodynamic properties of fluid, energy analysis of chemical engineering process, steam power cycle and refrigeration cycle, thermodyn

4、amic properties, phase equilibrium and chemical equilibrium of solution.The teaching goal is to solve the calculation and prediction of thermodynamic properties in industrial processes, especially in chemical engineering processes, by using the principles of classical thermodynamics and combining th

5、e models reflecting the system characteristics (state equation and activity coefficient model), the calculation of phase equilibrium and chemical equil ibrium, effective utilization of energy and other practical problems, so as to lay a sol id theoretical foundation for learning follow-up courses an

6、d solving practical problems of chemical process safety.一、课程基本信息负责人大纲执笔人审核人二、课程目标序号代号课程目标OBE毕业要求指标点任务自选1Ml目标1 ：掌握化工安全过程中与流体热力学性质相关的基本概念、理论、计算方法及模型。是1.22M2目标2 ：能够根据热力学的理论和模型，对化工安全过程中相平衡问题进行分析、计算、模拟和预 测，掌握不同方法及模型的使用范围和局限性。是5.25.23M3目标3 ：能够应用热力学性质关系、热力学基本定律等知识对化工安全过程中的能量利用、相平衡、 化学平衡等工程问题进行识别、分析和表达，并获得有

7、效结论。是2. 14M4目标4 ：能够通过文献研究分析化工安全过程中有关的能量利用问题。是2.22.2三、课程内容序号章节号标题课程内容/重难点支撑课 程目标课内 学时教学方式课外学时课外坏节1第1章第1章绪论本章重点难点：化工热力学的用途、研究内容和特点，研究方 法。课程的主线以及知识点的逻辑性。热力学与化工过程安全 的关系。/21. 11.1 “热力学”学 科的发展热力学、热力学的发展、热力学的分支（从科学发展史、热力 学思想、安全与人类发展进步等方面体现课程思政，思政元素 体现在教学内容里）。Ml0.5讲授0.5自学资料31.21.2 ”化工热力 学”课程化工热力学在课程链上的位置、化工

8、热力学的重要性、化工热 力学的主要研究内容，课程的主线以及知识点的逻辑性。Ml0.5讲授0.5自学资料41.31.3化工热力学的 研究方法和课程目 标化工热力学的特点、化工热力学的研究方法、课程目标及学习 要求。Ml0.5讲授、讨 论0.5网上作业5第2章第2章流体的 pVT关系和状态方程本章重点难点：P-V和P-T相图中各点、线、面的意义，特别 是临界点；立方型状态方程的求解，二参数普遍化关系式，状 态方程的选用原则。PVT关系与过程安全。/62. 12. 1纯流体的pV、p-V和p-T图，以及p-V-T关系的应用。尤其是pVT关系Ml0.5讲授、讨0.5自学资料V-T关系与过程安全。论案例

9、72.22. 2流体的状态方 程气体的非理想性，立方型状态方程，virial(维里)方程，多参 数状态方程。介绍状态方程研究的最新进展。Ml1.5讲授、讨 论1.5课后作业82.32. 3对应态原理和 普遍化关联式对比状态原理，偏心因子和三参数普遍化关系式。Ml0.5讲授0.5课后作业/ 自学资料/ 复习92.42. 4真实气体混合 物的PVT关系常用的混合规则。Ml, M20.5讲授、讨 论0.5课后作业/ 自学案例102.52.5状态方程的比 较和选用结合计算机软件如Aspen Plus. Pro II等讲解热力学模型的选 取、物性数据的计算以及模拟软件中常用的状态方程。并根据 结果判断过

10、程安全。Ml, M22.5讲授、讨 论2.5网上习题/ 自学案例/ 复习11第3章第3章纯流体的 热力学性质计算本章重点难点：热力学基本方程，Maxwell关系式，热力学性 质的计算关系式，剩余性质定义，剩余焰和剩余熠的计算方 法，水蒸气表、T-S图的使用。/123. 13.1热力学性质间 的关系热力学基本方程，Maxwell关系式。Ml0.5讲授、讨 论0. 5自学资料133.23.2热力学性质的 计算关系式热力学性质H、S、G的计算关系式；理想气体热力学性质的计 算。Ml0.5讲授、讨 论0.5自学资料143.33. 3真实气体热力 学性质的计算热力学函数的计算原理及方法，剩余性质的定义，

11、剩余熔和剩 余嫡的计算，真实气体的焙变和嫡变计算。Ml1.5讲授、讨 论1.5课后作业/ 自学资料153.43. 4流体的饱和热 力学性质蒸气压、蒸发焰、蒸发熠。Ml0.5讲授、讨 论0.5自学资料163.53. 5纯流体的热力 学性质图和表热力学性质图表，温熠(T-S)图，水蒸气表。Ml1讲授、讨 论1网上习题/ 自学资料17第4章第4章化工过程 能量分析本章重点难点：能量平衡方程中各项意义、简化式及其在工程 上的应用，嘀产生定义，嫡平衡式及其应用，理想功和损失功 的定义，媚的概念及娴衡算式，娴与理想功的联系与区别，各/种效率的计算公式与区别，典型化工单元过程的烟损失。能量 与过程安全的关系

12、。184. 14.1热力学第一定 律及其应用普遍化的衡算方程，热力学第一定律，敞开体系的能量平衡方 程及其应用。稳态流动过程，典型化工设备和过程的能量平 衡，如透平、泵、喷嘴，节流等。Ml, M33讲授3课后作业/ 自学资料 案例194.24.2热力学第二定 律及其应用热力学第二定律，熠与炳增原理，焙流与燧产生的概念，焙平 衡式及其应用。Ml, M31讲授、讨 论1课后作业/ 自学资料 案例204.34.3理想功、损失 功和热力学效率理想功的定义，稳流过程的理想功，损失功的定义及计算，热 力学效率。41.5讲授、讨 论1.5课后作业/ 自学资料 案例214.44.4炳能量的级别与烟的概念，稳流

13、过程烟的计算，不可逆过程的烟 损失，娴衡算式与娴效率。41.5讲授1. 5课后作业/ 自学资料 案例224.54. 5化工过程能量 分析三种化工过程热力学分析方法，典型化工单元过程（流体流动、 传热和传质过程、化学反应过程）热力学分析，合理用能的基本 原则。能量与过程安全的关系。M3, M44讲授、讨 论4课后作业/ 网上习题/ 案例大作 业/复习23第5章第5章蒸汽动力 循环与制冷循环本章重点难点：节流膨胀及绝热做外功膨胀制冷原理；蒸汽动 力循环与制冷循环的工作原理、主要设备的作用、工质状态变 化在T-S图中的表达及计算。/245. 15.1气体的压缩压缩过程的热力学分析，压缩理论功耗的计算

14、。M3, M40.5讲授、讨 论0.5自学资料 案例255.25. 2气体的膨胀节流膨胀及绝热做外功膨胀制冷原理，Joule-Thomson效应系 数。M3, M40.5讲授、讨 论0. 5自学资料 案例265.35.3蒸汽动力循环卡诺循环，朗肯循环、朗肯循环的改进。热能和机械能间转化 的影响因素，提高热效率的方法。M3, M42讲授、讨 论2课后作业/ 自学资料 案例275.45. 4制冷循环逆向卡诺循环，蒸汽压缩制冷循环，吸收制冷循环，制冷工质 的选择。M3, M41讲授、讨 论1自学资料 案例285.55.5热泵热泵工作原理及应用。M3, M41讲授、讨 论1网上习题/ 自学资料 案例2

15、9第6章第6章溶液热力 学性质的计算本章重点难点：偏摩尔性质的定义及计算，Gibbs-Duhem方程 及其应用，偏摩尔性质与溶液性质间的关系，组分逸度系数的 计算，主要的活度系数模型。/306. 16.1均相敞开体系 的热力学基本关系 与化学位均相敞开体系的热力学基本关系，化学位。Ml0.5讲授0.5自学资料316.26.2偏摩尔性质偏摩尔性质的定义，偏摩尔性质与溶液性质间的关系，偏摩尔 性质的计算，偏摩尔性质之间的依赖关系Gibbs-Duhem方程。Ml1讲授1课后作业/ 自学资料326.36.3混合变量（混 合性质变化）定义，混合烙变，烙浓图及其应用。Ml0.5讲授0.5课后作业/ 自学资

16、料336.46. 4逸度与逸度系 数逸度与逸度系数的定义，纯气体逸度系数的计算，纯液体的逸 度，混合物逸度系数的计算，溶液中组分的逸度和逸度系数的 定义及其计算，混合物的逸度与其组分逸度之间的关系，温 度、压力对逸度的影响。Ml2讲授2课后作业/ 自学资料346.56. 5理想溶液理想溶液的定义，理想溶液的特征及其关系式。Ml0.5讲授0. 5自学资料356. 66. 6活度与活度系 数活度与活度系数的定义，活度系数标准态的选择，活度系数与 组成的关系。Ml0.5讲授0.5自学资料366.76. 7超额性质超额性质的定义，超额Gibbs自由能和活度系数的关系。Ml1讲授1课后作业/ 自学资料3

17、76.86. 8活度系数模型典型的活度系数模型：Margules方程，van Laar方程，Wilson 方程，NRTL和UNIQUAC方程，基团贡献方程UNIFAC,以及常 用活度系数模型的适用范围。Ml, M21讲授、讨 论1网上习题/ 自学资料38第7章第7章相平衡本章重点难点：相平衡的判据与相律，活度系数法计算汽液平 衡的通式及简化，低压下汽液平衡的计算。汽液平衡不同计算 方法的特点与实际选择。/397. 17.1相平衡基础相平衡判据，相律。30.5讲授、讨 论0.5自学资料407.27.2互溶系统的汽 液平衡计算通式汽液平衡的基本问题、求解类型和热力学处理方法，状态方程 法，活度系数

18、法。31讲授1自学资料417.37. 3汽液平衡的计 算多组分体系汽液平衡的计算，重点低压下汽液平衡的计算，活 度系数模型中方程参数的确定，闪蒸计算。32.5讲授2.5课后作业/ 大作业427.47.4 Gibbs-Duhem 方程的应用汽液平衡数据的热力学一致性检验。M2, M30.5讲授、讨 论0.5课后作业/ 自学资料437.57. 5其他类型的相 平衡溶液的稳定性、液液平衡的计算。气体在液体中的溶解度（气 液平衡），固体在超临界流体中的溶解度，固液平衡。M2, M31.5讲授、讨 论1.5自学资料447.67. 6用模拟软件计 算相平衡的应用对于给定的物系及其条件，选用合适的状态方程或

19、者活度系数 模型，计算多组分体系的相平衡问题。（自编程序计算或应用模 拟软件计算），讨论条件与过程安全的关系。M2, M33习题课、 讨论3网上习题/ 案例/复习45第8章化学反应平衡本章重点难点：化学平衡常数的计算以及温度、压力及反应物 的比例对平衡转化率的影响。化学反应与过程安全。/468. 1化学反应平衡基础反应计量和反应进度，化学反应平衡的判据，标准Gibbs自由 能变化与平衡常数，平衡常数的计算，温度对平衡常数的影 响。Ml0.5讲授、讨 论0. 5自学资料478.2平衡常数与平衡组 成间的关系平衡浓度或平衡分压与化学反应平衡常数间的关系：气相反 应，均相液相反应。Ml0.5讲授0.

20、5课后作业/ 自学488.3工艺参数对化学平 衡组成的影响温度、压力、惰性气体和反应物组成的影响。M31讲授、讨 论1课后作业/ 自学498.4反应系统的相律和Du hem理论反应系统的相律，Duhem理论。Ml0.5讲授、讨 论0. 5自学资料508.5复杂体系的化学反 应平衡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，反应过程安全问题。M32.5讲授、讨 论、习题 课2.5课后作业/ 自学/复习四、考核方式序号考核环节操作细节总评占比1平时作业1 .每章布置线上和线下作业。2 .成绩采用白分制，根据作业完成准确性、是否按时上交、是否独立完成评分。3 .考核学生对化工热

21、力学基本知识的掌握能力，学生综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力，线上主要是判断和 选择、填空题。线下作业题型主要有分析和计算题。4 .线上讨论。20%2期中考试包括线上自测和线下测试。10%3大作业1 .本课程要求学生，查阅文献资料书写有关能量利用的小论文：针对给出的化工安全过程进行能量分析，评价能量利用 的情况与过程安全的关系。2 .根据热力学模型以及体系的特点选择合适的方法进行相平衡计算，并分析不同方法的适用范围，清楚参数对过程安全 的影响。（自编程序计算或应用模拟软件计算）。10%4考勤随机点名、刷卡点名等。5%5课堂表现随机检查学生上课精神状态、回答问题情况。5%6期末考试1 .

22、闭卷考试，成绩采用百分制，卷面成绩总分10。分。2 .主要考核学生对化工热力学基本知识的掌握能力，学生综合运用所学知识分析问题、解决问题的能力，题型主要有简 答题和分析题、计算题等。50%五、评分细则序号课程目标考核环节大致占比评分等级1Ml平时作业40%A-独立思考、按时完成，书写规范，解题思路清晰、步骤完整、格式合理、答案准确；B-独立思考、按时 完成，书写比较规范，解题思路比较清晰、步骤比较完整、格式合理、答案准确；c-独立思考、按时完 成，书写比较规范，解题思路比较清晰、步骤比较完整、格式比较合理、答案准确；D-作业抄袭，未能按 时完成，书写不规范，解题思路混乱。M-缺勤2次以内且参与

23、课堂讨论。N-缺勤4次及以上且很少参加课堂讨论。2Ml期中考试10%（见试卷评分标准）3Ml期末考试50%（见试卷评分标准）4M2平时作业30%A-独立思考、按时完成，书写规范，解题思路清晰、步骤完整、格式合理、答案准确；B-独立思考、按时 完成，书写比较规范，解题思路比较清晰、步骤比较完整、格式合理、答案准确；c-独立思考、按时完 成，书写比较规范，解题思路比较清晰、步骤比较完整、格式比较合理、答案准确；D-作业抄袭，未能按 时完成，书写不规范，解题思路混乱。M-缺勤2次以内且参与课堂讨论。N-缺勤4次及以上且很少参加课堂讨论。5M2大作业20%A-进行相平衡计算采用的方法和模型正确，非常清

24、楚模型方法的适用范围以及参数对过程安全的影响。B- 进行相平衡计算采用的方法和模型基本合理，清楚模型方法的适用范围以及参数对过程安全的影响。c-进 行相平衡计算采用的方法和模型基本合理，基本清楚模型方法的适用范围以及参数对过程安全的影响。D- 进行相平衡计算采用的方法和模型不合理，不清楚模型方法的适用范围，不了解参数对过程安全的影响。6M2期末考试50%（见试卷评分标准）7M3平时作业30%A-独立思考、按时完成，书写规范，解题思路清晰、步骤完整、格式合理、答案准确；B-独立思考、按时 完成，书写比较规范，解题思路比较清晰、步骤比较完整、格式合理、答案准确；c-独立思考、按时完 成，书写比较规

25、范，解题思路比较清晰、步骤比较完整、格式比较合理、答案准确；D-作业抄袭，未能按 时完成，书写不规范，解题思路混乱。卜缺勤2次以内且参与课堂讨论。N-缺勤4次及以上且很少参加课堂讨论。8M3期中考试20%（见试卷评分标准）9M3期末考试50%（见试卷评分标准）10M4大作业100%A-针对给出的化工安全过程能够进行能量分析，能够正确评价能量利用情况及与过程安全的关系。B-针对 给出的化工安全过程能够进行能量分析，基本能评价能量利用情况及与过程安全的关系。c-针对给出的化 工安全过程基本能够进行能量分析，基本能评价能量利用情况及与过程安全的关系。D-针对给出的化工安 全过程不能进行能量分析，不能

26、评价能量利用情况。评分等级说明：A, B, C, D, E = 90-100, 80-89, 70-79, 60-69, 0-59; A, B, C, D = 90-100, 75-89, 60-74, 0-59; A, B, C二90T00, 75-89, 60-74, 0-59; A, B = 80-100, 0-79六、教材与参考资料序号教学参考资料明细1图书1化工热力学（第三版），陈钟秀、顾飞燕、胡望明，化学工业出版社，2012.01, ISBN:9787122125361. （*主教材）2图书1化工热力学（第二版），冯新、宣爱国、周彩荣，化学工业出版社，2019. 03, ISBN:

27、9787122322524.3MOOC化工热力学，、丁雪、杨军卫、，云课堂，2013.4图书1化工热力学（第三版），陈新志、蔡振云、胡望明、钱超，化学工业出版社，2009, ISBN:9787122047731.5图书1化工热力学学习指导，陈新志、蔡振云、钱超，化学工业出版社，2011, ISBN:9787122105035.6图书 Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics(7th edition), J. M. Smith, H. C. Van Ness, M. M. Abbott, McGraw-Hi 11 International Edition, 2005, ISBN:0071247084.7图书 Chemical and Engineering Thermodynamics (third edition), S. 1. Sandler,化学工业出版社，2002, ISBN:7502528202.