化工熱力學

本書是高等院校化工熱力學課程的教材。內容包括熱力學基本定律、流體的p-V-T關係和流體的熱力學性質、氣體的壓縮和膨脹過程、熱功轉換過程及其過程熱力學分析、液體溶液、相平衡和化學反應平衡。

本書可作為高等院校化工類各專業的教材，也可供從事化學工業、石油化工、輕工、材料和熱能動力的科技人員參考。

高光華：清華大學化工系教授，從事化工熱力學教學30餘年，國家教學名師，國家精品課主講教師。

陳健：清華大學化工系教授，博導，從事化工熱力學教學10餘年，清華大學精品課教師。

盧滇楠：清華大學化工系副教授，博導，全國優秀博士論文獲得者，從事化工熱力學教學10餘年。

本書為國家精品課程“化工熱力學”教材，由清華大學化學工程系教師編寫。內容包括熱力學基本定律、流體p-V-T關係和熱力學性質、氣體壓縮和膨脹、熱功轉換和過程熱力學分析、液體溶液、相平衡和化學反應平衡等。第3版主要補充了極性物質立方型狀態方程、溶液理論全面推導、超額吉布斯混合規則和先進相平衡演演算法等內容。本書可用作高等院校化工熱力學課程的教材，也可供從事化學工業、石油天然氣、環保、材料和熱能動力的科技人員參考。

0緒論

0.1化工熱力學的內容

0.2名詞、定義和基本概念

0.2.1熱力學體系

0.2.2熱力學變數

0.2.3熱力學過程

0.2.4熱力學第零定律和溫度

0.2.5能、功和熱

習題

參考文獻

1熱力學基本定律

1.1熱力學第一定律

1.1.1焦耳實驗和內能

1.1.2熱力學第一定律的數學表達式

1.1.3穩定流動過程

1.1.4氣體的基本熱力學過程

1.2熱力學第二定律

1.2.1從熱變功的實際意義

1.2.2熱力循環與熱效率

1.2.3卡諾循環與卡諾定理

1.2.4熱力學第二定律的數學表達式

1.2.5熵變與不可逆性

習題

參考文獻

2流體的pVT關係

2.1純流體的pVT性質

2.2理想氣體定律與維里方程

2.2.1理想氣體模型與理想氣體定律

2.2.2維里方程

2.2.3實用的舍項維里方程

2.3經典狀態方程

2.3.1立方型狀態方程

2.3.2多參數狀態方程

2.4對比態原理

2.4.1對比態原理的提出

2.4.2改良對比態原理

2.4.3普遍化的真實氣體狀態方程

2.5對比態關聯

2.5.1普遍化壓縮因子圖

2.5.2LydersenGreenkornHougen對比態關聯式

2.5.3Pitzer對比態關聯式

2.5.4LeeKesler改進的Pitzer對比態關聯式

2.5.5極性物質的對比態關聯式

2.6液體的pVT性質

2.6.1飽和液體狀態方程

2.6.2壓縮液體狀態方程

2.6.3普遍化關聯式

2.6.4結構加和法

2.7真實氣體混合物

2.7.1Amagat定律、Dalton定律與普遍化壓縮因子圖聯用

2.7.2狀態方程混合規則

2.7.3混合物的臨界參數

2.7.4液體混合物的混合規則

習題

參考文獻

3流體的熱力學性質

3.1熱力學關係

3.1.1麥克斯韋關係式

3.1.2熱力學函數的一階導數間的普遍關係

3.2熱力學性質的計算

3.2.1參比態的選擇和理想氣體的熱力學性質

3.2.2真實氣體的熱力學性質

3.2.3普遍化熱力學性質圖

3.3逸度與逸度係數的定義及其計算

3.3.1逸度與逸度係數的定義

3.3.2純氣體逸度的計算

3.3.3逸度與溫度和壓力的關係

3.3.4凝聚態物質的逸度

3.4熱力學圖表

3.4.1從實驗數據製作熱力學圖表的方法與步驟

3.4.2熱力學圖的形式

3.5變組成體系的主要性質關係

3.5.1開放體系的熱力學關係式和化學勢

3.5.2偏摩爾性質

3.6氣體混合物的熱力學性質

3.6.1氣體混合物的組分逸度

3.6.2氣體混合物的焓值計算

習題

參考文獻

4氣體的壓縮和膨脹過程

4.1壓縮機

4.1.1單級往複式壓縮機

4.1.2有餘隙的往複式壓縮機

4.1.3多級壓縮機

4.1.4壓縮機的功率與效率

4.1.5壓縮機的冷卻

4.1.6葉輪式壓縮機

4.2噴管和擴壓管的熱力學分析

4.2.1噴管

4.2.2有摩擦的流動

4.2.3擴壓管

4.3噴射器

習題

參考文獻

5熱功轉換過程

5.1動力裝置循環

5.1.1蒸汽動力裝置循環

5.1.2燃氣輪機動力裝置循環

5.1.3蒸汽燃氣聯合裝置循環

5.2節流膨脹與做功膨脹

5.2.1節流膨脹過程

5.2.2做外功的等熵膨脹過程

5.3製冷裝置循環

5.3.1蒸汽壓縮製冷循環

5.3.2製冷劑的選擇

5.3.3載冷劑的選用

5.3.4冷凍能力的比較

5.4分級壓縮製冷及復迭式製冷

5.4.1分級壓縮製冷循環

5.4.2復迭式製冷循環

5.5其他形式的製冷裝置

5.5.1蒸汽噴射式製冷循環

5.5.2吸收式製冷循環

5.6熱泵原理與熱能的綜合利用

5.7氣體的液化

5.7.1簡單林德（Linde）冷凍裝置循環

5.7.2Heylandt冷凍裝置循環

習題

參考文獻

6過程熱力學分析

6.1理想功

6.2損失功

6.3穩定流動過程的熱力學分析

6.3.1過程熱力學分析的表達式

6.3.2有效能

6.4分離過程功

習題

參考文獻

7液體溶液

7.1溶液的熱力學基本關係式

7.1.1理想溶液

7.1.2非理想溶液、活度與活度係數

7.1.3超額性質、吉布斯杜亥姆方程

7.2二元體系液相活度係數

7.2.1ScatchardHildebrand方程

7.2.2Wohl方程

7.2.3FloryHuggins方程

7.2.4Wilson方程

7.2.5NRTL方程

7.2.6UNIQUAC模型

7.3多元體系液相活度係數

7.3.1ScatchardHildebrand方程

7.3.2Wilson方程

7.3.3NRTL方程

7.3.4UNIQUAC模型

7.3.5基團貢獻模型

7.4無限稀釋活度係數與配偶參數

7.4.1無限稀釋活度係數

7.4.2配偶參數的確定方法

7.5GE型混合規則

7.5.1HuronVidal混合規則

7.5.2改進的HuronVidal混合規則

7.5.3預測性的SRK方程

習題

參考文獻

8相平衡

8.1相平衡的熱力學基礎

8.1.1相平衡的判據

8.1.2相律

8.2互溶系的汽液平衡

8.2.1汽液平衡相圖

8.2.2互溶系汽液平衡方程

8.2.3理想低壓體系的汽液平衡計算

8.2.4一般中低壓體系的汽液平衡計算

8.3高壓汽液平衡計算

8.3.1高壓汽液平衡的特性

8.3.2狀態方程法計算汽液平衡

8.4汽液平衡數據的熱力學檢驗

8.4.1應用活度係數表示的吉布斯杜亥姆方程

8.4.2熱力學同一性校驗的定性描述

8.4.3恆溫汽液平衡數據的熱力學同一性校驗

8.4.4恆壓汽液平衡數據的熱力學同一性校驗

8.5氣液平衡和氣體溶解度

8.5.1Henry定律及其適用範圍

8.5.2高壓下修正的Henry定律

8.5.3全濃度範圍的氣體溶解度

8.5.4氣體溶解度的推演演算法

8.6液液平衡

8.6.1液液平衡體系的熱力學

8.6.2從液液互溶度求配偶參數

8.6.3多元體系液液平衡

8.7升華平衡和在超臨界流體中固體或液體的溶解度

8.7.1升華平衡

8.7.2在超臨界流體中固體或液體的溶解度

8.8固液平衡

習題

參考文獻

9化學反應平衡

9.1反應進度和獨立化學反應

9.2化學反應平衡判據和平衡常數

9.3化學反應標準焓和吉布斯自由能

9.4溫度和壓力對化學反應平衡的影響

9.5非均相化學反應

9.6多個化學反應平衡

習題

參考文獻

附錄

附錄A單位換算表

附錄B純物質的特性常數

附錄C流體的普遍化數據

附錄D液體對比密度和Tr，pr，Zc之間的關係

附錄EUNIFAC模型基團參數

附錄F水蒸汽表和氨、F12以及空氣的tS圖

主要符號表