化工熱力學

《化工熱力學(第3版)》是教育部普通高等教育“十一五”國家級規劃教材。全書共9章。《化工熱力學(第3版)》在第二版基礎上修訂，對內容作了增刪，重新改寫了第二版的第1、2章，把第2章內容進行了擴充和分割，增添了第3章，即純流體的熱力學性質計算，以加強這方面的基礎。另外，部分改寫了6～9章，精練了文字和更換了例題、補充附錄。《化工熱力學(第3版)》包括：緒論、流體的狀態方程、純流體的熱力學性質計算、熱力學第一定律及其應用、熱力學第二定律及其應用、化工過程熱力學分析、溶液熱力學基礎、流體相平衡、化學反應平衡及附錄。

《化工熱力學(第3版)》可作為化學工程與工藝專業本科生教材，也可供從事化學、化工、輕工、材料和熱能動力的教師、研究生和工程技術人員參考。

第1章緒論1

1.1化工熱力學的範疇和任務1

1.1.1化工熱力學發展簡述1

1.1.2熱力學的基礎1

1.1.3化工熱力學的研究範疇和在過程開發中的作用2

1.2經典熱力學的特點和分子熱力學的興起6

1.2.1經典熱力學的特點6

1.2.2分子熱力學的興起7

1.3化學工程師需要熱力學8

參考文獻10

第2章流體的壓力、體積、溫度關係：狀態方程式11

2.1純物質的pVT行為11

2.2流體的狀態方程式12

2.2.1理想氣體方程式12

2.2.2維里（Virial）方程式13

2.2.3立方型方程式14

2.2.4多參數狀態方程式20

2.3對應態原理的應用21

2.3.1普遍化狀態方程式21

2.3.2兩參數普遍化壓縮因子圖23

2.3.3偏心因子與三參數壓縮因子圖24

2.3.4普遍化第二維里係數關聯式27

2.3.5立方型狀態方程的對比形式29

*2.3.6臨界參數和偏心因子的估算30

2.4液體的pVT關係36

2.4.1Rackett方程式36

2.4.2YenWoods關係式36

2.4.3Lydersen，Greenkorn和Hougen對應態法36

*2.4.4基團貢獻法38

2.5真實氣體混合物41

2.5.1混合規則和組合規則41

2.5.2Amagat定律和普遍化壓縮因子圖聯用42

2.5.3混合物的狀態方程式43

*2.6立方型狀態方程的剖析45

2.6.1vdW方程的合理化分析45

2.6.2RK方程在工程應用中的進程48

2.6.3其他的立方型狀態方程52

習題58

參考文獻58

第3章純流體的熱力學性質計算59

3.1熱力學關係式59

3.1.1熱力學基本方程式59

3.1.2Maxwell關係式59

3.2以T、p為變數的焓變和熵變計算60

3.3剩餘性質61

3.3.1自由焓可作為母函數61

3.3.2剩餘性質的引入62

3.3.3剩餘性質與偏離性質的異同63

3.4用剩餘性質計算氣體熱力學性質63

3.4.1真實氣體的焓和熵63

3.4.2用普遍化關聯計算剩餘性質66

3.4.3用狀態方程計算剩餘性質74

3.5液體的熱力學性質77

3.5.1以T和p為變數表達焓變和熵變77

3.5.2以T和V為變數表達內能、熵的變化78

3.6兩相系統81

3.6.1Clapeyron方程式81

*3.6.2蒸氣壓估算82

*3.6.3汽化焓估算88

習題92

參考文獻93

第4章熱力學第一定律及其應用94

41閉系非流動過程的能量平衡94

42開系流動過程的能量平衡94

43穩流過程的能量平衡96

431開系穩流過程的能量平衡式96

432穩流過程能量平衡式的簡化形式及其應用98

433軸功103

434熱量衡算107

44氣體壓縮過程111

441壓縮過程熱力學分析111

442單級壓縮機可逆軸功的計算112

443多級壓縮功的計算115

444氣體壓縮的實際功耗116

445葉輪式壓縮機117

習題117

參考文獻118第5章熱力循環——熱力學第二定律及其應用119

51熱力學第二定律119

52熵120

521熱力學第二定律用於閉系122

522孤立系統熵平衡式123

523開系熵平衡式124

53熱力學圖表及其應用126

531TS圖的構成和性質127

532焓熵圖(hs圖)132

533壓焓圖(ph圖)132

54水蒸氣動力循環132

541卡諾循環132

542朗肯(Rankine)循環134

543朗肯循環的改進136

55製冷139

551製冷原理與逆卡諾循環139

552蒸氣壓縮製冷循環141

553吸收式製冷循環143

554製冷工質的選擇144

56熱泵145

習題146

參考文獻147

第6章化工過程熱力學分析149

61基礎理論149

611能量的級別149

612理想功Wid151

613不可逆過程的損耗功WL157

62化工單元過程的熱力學分析160

621流體流動過程160

622傳熱過程161

623分離過程163

624化學反應過程164

63三種常規的過程熱力學分析法167

631與167

632兩種損失和兩種效率174

633三種常規的熱力學分析法匯總176

64節能理論進展和合理用能184

641分析法的理論進展184

*642非平衡熱力學分析法簡介186

643過程系統節能的夾點技術簡介191

644合理用能基本原則194

習題194

參考文獻196

第7章溶液熱力學基礎197

71溶液的熱力學性質197

711均相敞開系統的熱力學關係式和化學位197

712偏摩爾性質199

713偏摩爾性質的計算200

72逸度和逸度係數203

721定義203

722純氣體逸度204

723凝聚態物質的逸度209

724混合物中組分的逸度和逸度係數210

725溫度和壓力對逸度的影響216

73理想溶液和標準態217

74流體均相混合時的性質變化219

741混合體積變化220

742混合過程的焓變和焓濃圖221

743過量熱力學性質224

75活度和活度係數226

751定義226

752標準態和歸一化227

753溫度和壓力對活度係數的影響228

76吉布斯杜亥姆（GibbsDuhem）方程229

77活度係數模型231

771非理想溶液的過量自由焓與活度係數231

772正規溶液理論232

773Wohl型方程234

774聚合物溶液的似晶格理論（QuasiLattice Theory）235

775局部組成型方程236

78電解質溶液熱力學簡介238

781活度、活度係數和標準態238

782滲透係數和過量自由焓239

783電解質溶液的活度係數模型240

習題241

參考文獻243

第8章流體相平衡244

81相平衡基礎244

811相平衡的判據244

812Gibbs相律245

813狀態方程法處理相平衡246

814活度係數法處理相平衡247

815兩類相平衡處理方法的比較250

82汽液平衡250

821相平衡處理方法的簡化250

822二元汽液平衡相圖252

823汽液平衡計算類型254

824活度係數法計算汽液平衡256

*825狀態方程法計算汽液平衡263

826熱力學一致性檢驗264

83氣液平衡268

831含超臨界組分系統的熱力學268

832用狀態方程計算氣液平衡272

84液液平衡273

841部分互溶系統的熱力學274

842液液平衡相圖276

843液液平衡計算277

*844物質的萃取和分配——液液平衡的應用281

85液固平衡和氣（汽）固平衡283

851液固平衡及固體在液體中的溶解度283

*852氣（汽）固平衡及固體在氣體中的溶解度287

*853液體或氣體在固態聚合物中的溶解度288

86基團貢獻法估算相平衡289

861相平衡的估算方法290

*862基團貢獻法估算相平衡290

習題293

參考文獻295

第9章化學反應平衡296

91化學計量學和反應進度296

92均相化學反應平衡299

921化學反應平衡的判據和約束條件300

922化學反應平衡常數與溫度的關係300

923真實氣體混合物中的反應平衡302

924液相混合物中的反應平衡305

93非均相化學反應平衡308

931不考慮相平衡的非均相化學反應309

932考慮相平衡的非均相化學反應310

933締合或溶劑化系統的相平衡熱力學316

94複雜化學反應平衡320

941化學反應系統的相律320

942複雜化學反應平衡問題的分析323

943複雜化學反應平衡計算——平衡常數法325

944複雜化學反應平衡計算——最小自由焓法326

習題329

參考文獻331附錄一附表332

附表1臨界常數和偏心因子332

附表2理想氣體熱容333

附表3水蒸氣熱力學性質(水蒸氣表)334

附表4一些物質的熱力學函數342

附表5龜山吉田環境模型的元素化學346

附表7流體的普遍化數據348

附表8單位換算表357

附表9*推算298K時有機化合物的偏心因子和液體摩爾體積所用的一階基團貢獻值358

附表10*推算298K時有機化合物的偏心因子和液體摩爾體積所用的二階基團貢獻值359

附錄二熱力學平均溫度的推導360

附錄三組分逸度係數方程式的推導361