化工熱力學

化工熱力學

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作者：馮新、宣愛國、周彩榮、田永淑、龍小柱 編 馬沛生 主審

出版日期：2009年3月 書號：978-7-122-04504-1

開本：16 裝幀：平 版次：1版1次 頁數：364頁

全書內容包括：緒論，流體的pVT關係和狀態方程，純流體的熱力學性質計算，溶液熱力學性質的計算，相平衡，化工過程能量分析，壓縮、膨脹、動力循環與製冷循環共7章。本書可作為化工及有關專業的高等學校教材，也可供有關科研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1

12化工熱力學在化工中的重要性2

13化工熱力學的任務和主要研究內容4

14化工熱力學處理問題的方法5

15如何學好本課程——寫給同學們6

習題7

第2章流體的pVT 關係和狀態方程8

21純流體的pVT關係9

211TV圖9

212pV圖10

213pT 圖12

214pVT圖13

215流體pVT關係的應用及思考14

2151氣體液化和低溫技術14

2152製冷劑的選擇15

2153液化氣成分的選擇15

2154超臨界流體萃取技術16

22流體的狀態方程17

221理想氣體狀態方程18

222氣體的非理想性18

223立方型狀態方程19

2231van der Waals(vdW) 狀態方程19

2232RedlichKwong(RK)方程20

2233SoaveRedlishKwong（SRK）方程20

2234PengRobinson（PR）方程21

2235立方型狀態方程的通用形式和應用21

2236立方型狀態方程的解題方法22

224virial（維里）方程27

*225多參數狀態方程28

2251BenedictWebbRubin（BWR）方程28

2252MartinHou（MH）方程29

23對應態原理和普遍化關聯式29

231對應態原理29

232兩參數對應態原理30

233三參數對應態原理30

234普遍化壓縮因子圖法31

235普遍化第二virial係數法31

24液體pVT關係37

241飽和液體摩爾體積Vsl37

242液體摩爾體積39

25真實氣體混合物的pVT關係39

251混合規則39

252虛擬臨界參數法和Kay規則40

253狀態方程的混合規則41

2531氣體混合物的第二virial係數41

2532氣體混合物的立方型狀態方程42

26狀態方程的比較、選用和應用45

261狀態方程的比較和選用45

262狀態方程的應用47

本章小結47

創新的軌跡：狀態方程—低溫技術—超導—磁懸浮列車之間的關係47

本章符號說明49

習題49

第3章純流體的熱力學性質計算52

31熱力學性質間的關係52

311熱力學基本方程52

312點函數間的數學關係53

3121基本關係式53

3122變數關係式54

313Maxwell關係式54

314熱力學基本關係式、偏導數關係式和Maxwell方程的意義55

32焓變和熵變的計算55

321熱容55

3211理想氣體的熱容Cidp55

3212真實氣體的熱容Cp58

322熱力學性質焓、熵值的計算58

3221H、S隨T、p的變化58

3222理想氣體的H、S的計算61

3223真實氣體的H、S的計算62

3224剩餘性質63

323真實氣體的焓變和熵變的計算64

3231由氣體pVT實驗數據計算HR和SR65

3232利用狀態方程計算HR和SR66

3233利用普遍化關聯式計算HR和SR67

324真實氣體熱容的普遍式74

325流體的飽和熱力學性質77

33純流體的熱力學性質圖和表78

331水蒸氣表78

3311飽和水和水蒸氣表78

3312過冷水和過熱蒸氣表79

332熱力學性質圖的類型80

3321TS圖81

3322lnpH圖82

3323HS圖82

333熱力學性質圖的應用83

本章小結84

本章符號說明86

習題86

第4章溶液熱力學性質的計算89

41均相敞開系統的熱力學基本關係89

42偏摩爾性質91

421偏摩爾性質的引入及定義92

422偏摩爾性質與溶液性質的關係94

423偏摩爾性質之間的關係94

424偏摩爾性質的計算95

425偏摩爾性質間的依賴關係GibbsDuhem方程100

43混合變數103

431混合變數的定義103

432混合體積變化104

433混合焓變105

434焓濃圖及其應用106

44逸度和逸度係數108

441純物質逸度和逸度係數的定義109

442純物質逸度係數的計算109

4421計算逸度的關係式109

4422利用狀態方程計算逸度的關係式111

4423利用普遍化關係式計算逸度的關係式112

4424利用剩餘性質關係式計算逸度的關係式115

443溶液的逸度fm及其逸度係數φm的定義116

444混合物逸度係數φm的計算116

445溶液中組分i的逸度f^i及其逸度係數φ^i的定義117

446混合物中組分i的逸度f^i及其逸度係數的計算118

4461用virial方程計算119

4462用RK方程計算121

447液體的逸度122

448溫度和壓力對逸度的影響125

4481壓力對逸度的影響125

4482溫度對逸度的影響125

45理想溶液126

451理想溶液的定義與標準態126

4511理想溶液的定義126

4512理想溶液的模型與標準態126

452理想溶液的特徵及其關係式127

453理想溶液模型的用途128

46活度及活度係數130

461活度和活度係數的定義130

462活度係數標準態的選擇132

463超額性質133

4631超額性質的定義133

4632超額性質變化133

4633超額Gibbs自由能GE與活度ai的關係134

4634活度ai與其他混合變數之間的關係135

47活度係數模型139

471RedlishKister經驗式139

472對稱性方程140

473兩參數Margules 方程140

474van Laar 方程141

475局部組成概念與Wilson方程142

4751無熱溶液基礎142

4752局部組成概念142

4753Wilson方程143

*476NRTL（NonRandom TwoLiquids）方程144

*477UNIQUAC方程145

*478基團溶液模型與UNIFAC

方程146

本章小結150

本章符號說明151

習題151

第5章相平衡156

51相平衡基礎157

511相平衡判據157

512相律157

52互溶系統的汽液平衡計算通式158

521狀態方程法（EOS法）159

522活度係數（γi法）160

523方法比較161

53汽液平衡162

531低壓下二元汽液平衡相圖162

5311三維pTxy相圖與二維pT相圖162

5312逆向現象及其工程應用164

5313二元系統px(y)/Tx(y)的相圖165

532低壓下泡、露點計算168

5321低壓下的簡化168

5322低壓下的計算公式168

5323低壓下泡點壓力p與汽相組成y1的計算170

5324低壓下泡點溫度T與汽相組成y1的計算170

5325低壓下露點溫度T與液相組成x1的計算171

533中壓下泡點、露點計算177

5331中壓下泡點壓力p與汽相組成yi的計算177

5332中壓下泡點溫度T與汽相組成yi的計算179

5333中壓下露點壓力p與液相組成xi的計算181

5334中壓下露點溫度T與液相組成xi的計算182

534烴類系統的K值法和閃蒸計算183

5341烴類系統的K值法183

5342閃蒸計算187

54汽液平衡數據的熱力學一致性檢驗191

541GibbsDuhem方程的活度係數形式191

542積分檢驗法（面積檢驗法）193

543等壓汽液平衡數據的熱力學一致性檢驗194

544微分檢驗法（點檢驗法）194

*55溶液的穩定性與液液平衡198

551溶液的穩定性198

552液液平衡相圖199

553液液平衡準則及計算201

*56其他類型的相平衡203

561汽液液平衡204

562氣液平衡207

5621常壓下的氣液平衡（氣體在液體中的溶解度）207

5622壓力對氣體溶解度的影響208

5623溫度對氣體溶解度的影響209

5624活度係數法計算氣液平衡211

5625狀態方程法計算氣液平衡211

563固液平衡213

5631固液平衡的熱力學關係213

5632φi的估算214

5633固液平衡的兩種極限情況215

564汽固平衡和超臨界流體在固體（或液體）中的溶解度218

5641汽固平衡218

5642超臨界流體在固體（或液體）

中的溶解度219

本章小結219

本章符號說明220

習題220

第6章化工過程能量分析226

61熱力學第一定律及其應用227

611穩流系統的熱力學第一定律227

612穩流系統熱力學第一定律的簡化及應用229

62熱力學第二定律及其應用234

621熵增原理與熵產生235

6211熵增原理與過程的不可逆性235

6212熵流和熵產生237

622熵平衡方程式238

63理想功、損失功和熱力學效率241

631理想功241

632損失功244

633熱力學效率246

64有效能247

641能量的級別與有效能248

6411化工生產中涉及的幾種主要能量形式248

6412能量的級別（品位）248

6413有效能Ex249

642穩流過程有效能計算250

6421物理有效能的計算250

6422化學有效能的計算252

6423有效能與理想功的異同253

643不可逆過程的有效能損失與無效能254

644有效能平衡方程式與有效能效率255

6441有效能平衡方程255

6442有效能效率257

65化工過程能量分析及合理用能258

651熱力學分析的三種方法258

652典型化工單元過程熱力學分析259

6521流體流動過程260

6522傳熱過程的熱力學分析261

6523傳質過程的熱力學分析264

653合理用能基本原則266

本章小結267

本章符號說明269

習題269

第7章壓縮、膨脹、動力循環與製冷循環272

71氣體的壓縮272

711活塞式壓氣機的壓氣過程273

712壓縮過程的熱力學分析273

7121等溫壓縮過程274

7122絕熱壓縮過程274

7123多變壓縮274

*7124多級多變壓縮276

72氣體的膨脹277

721節流膨脹277

722絕熱作外功膨脹279

73蒸汽動力循環282

731卡諾（Carnot）蒸汽循環283

732Rankine循環及其熱效率283

7321理想Rankine循環283

7322實際Rankine循環285

733蒸汽參數對Rankine循環熱效率的影響288

7331蒸汽溫度對熱效率的影響288

7332蒸汽壓力對熱效率的影響288

7333背壓對熱效率的影響288

734Rankine循環的改進289

7341回熱循環289

7342再熱循環292

74製冷循環292

741Carnot製冷循環293

742蒸汽壓縮製冷循環294

7421單級蒸汽壓縮製冷循環294

*7422多級壓縮製冷298

743製冷工質的選擇299

744吸收式製冷302

745熱泵304

746熱管307

*747液化過程310

本章小結313

科學的來龍去脈314

本章符號說明315

習題315

附錄317

附錄1常用單位換算表317

附錄2一些物質的基本物性數據表318

附錄3一些物質的理想氣體熱容與溫度

的關聯式係數表320

附錄4一些物質的Antoine方程

係數表323

附錄5水的性質表326

附錄51飽和水與飽和蒸汽表

（按溫度排列）326

附錄52飽和水與飽和蒸汽表

（按壓力排列）328

附錄53未飽和水與過熱蒸汽表（水平

粗線之上為未飽和水，粗線

之下為過熱蒸汽）330

附錄6R134a的性質表336

附錄61R134a飽和液體及蒸氣的

熱力學性質336

附錄62R134a過熱蒸氣熱力學

性質337

附錄7氨（NH3）飽和液態與飽和蒸氣的

熱力學性質表338

附錄8氨的TS圖341

附錄9氨的lnpH圖342

附錄10R12（CCl2F2）的lnpH圖343

附錄11R22（CHClF）2的lnpH圖344

附錄12水蒸氣的hs圖插頁

附錄13空氣的TS圖345

附錄14主要公式的推導346

附錄141由RK方程計算組分逸度

的公式推導——公式（475）

的推導346

附錄142開系非穩態過程能量平衡

方程式的推導347

參考文獻350