化工熱力學(天津大學建設的慕課)

化工熱力學課程是天津大學建設的慕課、國家精品線上開放課程、國家級一流本科課程。該課程於2018年03月19日在中國大學MOOC首次開設。該課程授課教師夏淑倩、李國柱、陳明鳴、楊長生、李永紅。據2022年3月中國大學MOOC官網顯示，該課程已開課9次。

化工熱力學課程是使學習者掌握並利用化工熱力學的原理和模型對化工中涉及到的體系相行為、化學反應行為、能量轉換等進行分析研究，利用物系的熱力學性質和其它化工物性進行關聯和計算。

基本介紹

• 中文名：化工熱力學
• 類別：慕課、國家精品線上開放課程、國家級一流本科課程
• 首次開課時間：2018年03月19日
• 授課平台：中國大學MOOC
• 建設院校：天津大學
• 授課教師：夏淑倩、李國柱、陳明鳴、楊長生、李永紅

課程性質

課程背景

化工熱力學是化學工程領域重要的學科分支，化工熱力學課程是化學工程與工藝專業及相關專業（如：分子科學與工程專業、過程裝備與控制工程專業）的專業基礎課。在該課程中，要學習化工熱力學的基本原理、概念、模型等知識，需要學會結合化工原理、數學等相關知識處理化學工程體系中有關能量計算和物質平衡計算的問題。該課程是化工過程和裝置開發、研究、設計的理論基礎和計算必備工具，是化學反應工程、分離工程、化工設計、化工安全、化學工藝學等課程的基礎。

適應專業

化工熱力學課程適用分子科學與工程、過程裝備與控制工程、化學反應工程、分離工程、化工設計、化工安全、化學工藝學等專業學習。

課程簡介

化工熱力學課程分為十周，第一周，了解化工熱力學課程的基本內容、學習要求；第二周，掌握對應狀態原理的基本理論，進行流體P-V-T計算；第三周，掌握熱力學性質間的關係、理想氣體焓變和熵變的計算、剩餘性質概念；第四周，掌握剩餘焓和剩餘熵與P-V-T的關係和真實流體焓變和熵變的計算等；第五周，掌握穩流體系的熱力學第一定律的表達式和熱力學第二定律的不等式表達式和等式表達式等；第六周，知道氣體壓縮設備的種類，掌握單級往復式壓縮機的工作過程及在T-S圖上的表示，了解吸收式製冷循環、熱泵和熱泵精餾的工作原理等；第七周，理解理想混合物與非理想混合物的產生根源，掌握偏摩爾性質的計算和Gibbs-Duhem方程等；第八周，理解逸度的定義及逸度與活度的關係，會利用狀態方程計算逸度係數等；第九周，掌握各種相平衡的判斷依據，能夠準確計算各種體系各種情況下的體系自由度等；第十周，可以獨立完成K值法計算烴類系統的汽液平衡，明確相對揮發度的概念和調變手段，熟練低壓下汽液平衡計算等。

課程大綱

第一周 緒論及流體的pvt關係 1.1 熱力學學科的發展 1.2 熱力學課程 1.3 課程學習的方法和要求 2.1 流體的pvt關係概述 2.2 流體的狀態方程概述 2.3 維里型狀態方程 2.4 立方型狀態方程（van der Waals，RK） 2.5 其他立方型狀態方程 2.6 立方型狀態方程數值求解 2.7 立方型狀態方程疊代求解 第二周 流體的pvt關係 2.8 多參數狀態方程 2.9 對應狀態原理簡介 2.10 偏心因子與其對應狀態原理 2.11 普遍化狀態方程 2.12 混合規則及虛擬臨界參數 2.13 維里方程混合規則 2.14 立方型狀態方程混合規則 2.15 液體pvt關係 2.16 流體pvt關係總結 第三周 純流體的熱力學性質 3.1 熱力學基本方程 3.2 Maxwell關係式 3.3 熱容 3.4 理想氣體焓變的計算 3.5 理想氣體熵變的計算 3.6 剩餘性質 第四周 純流體的熱力學性質 3.7 剩餘焓的計算 3.8 剩餘熵的計算 3.9 蒸發焓和蒸發熵 3.10 過程焓變和熵變計算舉例 3.11 熱力學性質圖 3.12 水蒸氣表 第五周 熱力學基本定律 4.1 熱力學第一定律

4.2 熱力學第二定律 4.3 能量的質量和級別 4.4 理想功、損失功與熱力學效率 4.7 合理用能的基本原則 4.8 氣體的壓縮 第六周 氣體膨脹、製冷循環和熱泵循環 4.9 氣體的膨脹 4.11 製冷循環 4.12 熱泵及其套用 4.14 製冷劑和載冷劑的選擇 第七周 均相流體混合物的熱力學性質 5.1 理想混合物與非理想混合物 5.2 非理想混合物系的熱力學性質 5.3 偏摩爾熱力學性質的關係 5.4 偏摩爾性質的計算 5.5 變組成混合物的熱力學性質 第八周 均相流體混合物的熱力學性質 5.6 純流體的逸度和逸度係數 5.7 混合物的逸度和逸度係數 5.8 活度和活度係數 5.9 活度係數模型 5.10 局部組成型活度係數方程 5.11 活度係數方程參數的獲取及活度係數與溶液的非理想行為 第九周 相平衡 6.1 相平衡基礎 6.2 互溶系統的VLE關係式 6.3 （γ-Φ）法VLE關係式化簡 6.4 中低壓下的泡露點計算（泡點壓力計算） 6.5 中低壓下的泡露點計算（泡點溫度計算） 6.6 低壓下汽液平衡計算及舉例 第十周 相平衡 6.7 烴類系統K值法 6.8 烴類系統K值法計算舉例 6.9 閃蒸計算及舉例 6.10 高壓汽液平衡(HP-VLE) 6.11 二元及三元液液平衡相圖 6.12 液液平衡計算

（註：課程大綱排版從左到右列）

開課信息

開課次數	開課時間	授課教師	學時安排	參與人數
第1次開課	2018年03月19日~2018年06月30日	夏淑倩、李國柱 陳明鳴、楊長生、李永紅	4-5小時每周	2211人
第2次開課	2018年09月17日~2018年12月31日	夏淑倩、陳明鳴 楊長生、李永紅	4小時每周	3136人
第3次開課	2019年03月04日~2019年06月23日	夏淑倩、李國柱 陳明鳴、楊長生、李永紅	3-5小時每周	1385人
第4次開課	2019年09月16日~2019年12月31日		4小時每周	3122人
第5次開課	2020年02月17日~2020年06月30日			3828人
第6次開課	2020年09月21日~2020年12月31日			2381人
第7次開課	2021年03月01日~2021年06月30日		3-5小時每周	1538人
第8次開課	2021年08月30日~2021年12月31日		4小時每周	3630人
第9次開課	2022年02月28日~2022年06月30日			待定

（註：表格內容參考資料）

教學目標

1、掌握與化工過程中流體熱力學性質相關的基本概念和理論，熟練掌握化工熱力學基本定律，化工過程中熱力學性質間的基本關係和計算模型。

2、能夠套用熱力學函式關係、流體平衡理論和模型、熱力學基本定律等知識對化工過程中的能量計算、物質平衡計算等工程問題進行識別、分析和表達，並獲得有效結論。

3、能夠根據化學工藝要求，結合流體pVT關係、流體平衡模型和理論，提出化工過程管道、換熱設備、塔設備等設計方案，並能在設計環節中體現創新意識，考慮社會、健康、安全以及環境等因素。

4、能夠針對化工實驗結果數據，選擇合適的熱力學理論和模型進行分析和解釋，獲得有效結論。

5、能夠根據系統設計需求，進行團隊合作，撰寫實驗和設計方案，能夠清晰的進行陳述發言表達自己的設計思想，與他人進行溝通和交流。

學習預備

預備知識

學習化工熱力學課程需要預備物理化學相關熱力學基本概念：熱力學基本函式的定義、體系-環境、廣度性質-強度性質、理想氣體行為、理想溶液性質、相平衡基本概念等專業知識。

學習資料

• 使用教材

書名	作者	出版社	出版時間
化工熱力學（通用型）（第二版）	馬沛生、李永紅	化學工業出版社	2009年

• 參考教材

書名	作者	出版社	出版時間
Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics, 6th Edition	Smith J.M., Van Ness H. C., Abbott M.M	McGraw-Hill, Inc.
Chemical and Engineering Thermodynamics, 3rd Edition	Sandler, S. I	John Wiley & Sons, Inc., NY
《化工熱力學》	陳新志、蔡振雲、胡望明	科學出版社
Molecular thermodynamics of fluid-phase equilibria	Prausnitz, J M，Rudiger N L, de Azevedo E D	N.J. Prentice, Hall PTR	1999年
《化工數據》	馬沛生	中國石化出版社	2003年
《化工熱力學》	馮新等	化學工業出版社	2018年9月28日
《化工熱力學（第三版）》	陳鐘秀、顧飛燕、胡望明	化學工業出版社	2019年11月1日

（註：表格內容參考資料）

考核標準

化工熱力學課程考核成績採用滿分百分制，總分100分，達到課程要求，由各分項成績匯總後評定總成績。

1、完成所有課程的學習；

2、完成課程視頻中的測試題；（60分）

3、完成至少5次主觀題作業（8-10次作業）；（20分）

4、完成期末考試（包括主觀和客觀兩部分）；（20分）

總評成績大於60分（含60分）為合格，大於85分（含85分）為優秀。

所獲榮譽

2020年11月24日，化工熱力學課程被中華人民共和國教育部認定為首批“國家級一流本科課程”。

教師簡介

夏淑倩，天津大學化工學院教授，博士生導師，副院長。主講本科生及研究生化工熱力學課程。

李永紅，天津大學化工學院教授，精餾技術國家工程研究中心副主任。研究方向為綠色化學、石油化工、清潔燃料與能源。

陳明鳴，天津大學化工學院教授，博士生導師。主講本科生及研究生的化工熱力學課程。

楊長生，天津大學化工學院副教授。主講本科生化工熱力學課程，研究生高等化工熱力學課程。

李國柱，天津大學化工學院副教授，主講本科生化工導論、化工過程控制、Chemical Engineering Thermodynamics和環境化工等課程。