化工热力学(冯新)（第二版）

化工热力学是化学工程与工艺专业*重要的必修课程之一,也是一门非常抽象、枯燥和难以理解的课程。为了使学生能真正体会到化工热力学的美丽和智慧所带来的快乐,《化工热力学》(第二版)无论从内容还是形式上均有推陈出新之举,令人耳目一新。书中列举大量“从生活中来、到生产中去”的鲜活实例;尽可能用直观生动的图像替代抽象的语言;插入重点提示,使得本书生动活泼、重点突出、易于理解,同时具有时代气息。此外,《化工热力学》(第二版)采用化工设计公司宝贵的工程案例真题真做,让学生充分理解热力学模型对化工生产质量与经济效益的重要性。

 《化工热力学》(第二版)内容包括:绪论、流体的p-V-T关系和状态方程、纯流体的热力学性质计算、溶液热力学性质的计算、相平衡、化工过程能量分析、蒸汽动力循环与制冷循环,共七章。本书可作为化工及相关专业的高等学校教材,也可供有关科研和工程技术人员参考。

第1章　绪论/ 1

 1.1 化工热力学的范畴 / 1

 1.2 化工热力学在化工中的重要性 / 2

 1.3 化工热力学的任务和主要研究内容 / 3

 1.4 化工热力学处理问题的方法 / 5

 1.5 如何学好本课程——写给同学们 / 6

 习题 / 7

 第2章　流体的p-V-T 关系和状态方程/ 8

 2.1 纯流体的p-V-T 关系 / 9

 2.1.1 T-V 图 / 9

 2.1.2 p-V 图 / 10

 2.1.3 p-T 图 / 12

 2.1.4 p-V-T 图 / 12

 2.1.5 流体p-V-T 关系的应用及思考 / 14

 知识拓展——气体液化的历史 / 14

 2.2 流体的状态方程 / 17

 2.2.1 理想气体状态方程 / 18

 2.2.2 气体的非理想性 / 18

 2.2.3 立方型状态方程 / 19

 2.2.4 virial (维里) 方程 / 27

 *2.2.5 多参数状态方程 / 28

 2.3 对应态原理和普遍化关联式 / 28

 2.3.1 对应态原理 / 29

 2.3.2 两参数对应态原理 / 29

 2.3.3 三参数对应态原理 / 29

 2.3.4 普遍化压缩因子图法 / 30

 2.3.5 普遍化第二virial系数法 / 32

 2.4 液体p-V-T 关系 / 35

 2.4.1 饱和液体摩尔体积VsL / 36

 2.4.2 液体摩尔体积 / 37

 2.5 真实气体混合物的p-V-T 关系 / 37

 2.5.1 混合规则 / 37

 2.5.2 虚拟临界参数法和Kay规则 / 38

 2.5.3 气体混合物的第二virial系数 / 39

 2.5.4 气体混合物的立方型状态方程 / 40

 2.6 状态方程的比较、选用和应用 / 45

 2.6.1 状态方程的比较和选用 / 45

 2.6.2 状态方程的应用 / 46

 知识拓展——SAFT状态方程 / 47

 创新的轨迹——状态方程—低温技术—超导—磁悬浮列车之间的关系 / 47

 本章小结 / 48

 本章符号说明 / 49

 习题 / 49

 第3章　纯流体的热力学性质计算/ 52

 3.1 预备知识——点函数间的数学关系 / 53

 3.1.1 基本关系式 / 53

 3.1.2 变量关系式 / 54

 3.2 热力学性质间的关系 / 54

 3.2.1 热力学基本方程 / 54

 3.2.2 Maxwell关系式 / 55

 3.2.3 热力学基本关系式、偏导数关系式和Maxwell方程的意义 / 56

 3.2.4 热容 / 56

 3.3 热力学性质H、S、G 的计算关系式 / 56

 3.3.1 H、S 随T、p 的变化关系式 / 57

 3.3.2 G 随T、p 的变化关系式 / 58

 3.3.3 理想气体的H、S 计算关系式 / 60

 3.3.4 真实气体的H、S 计算关系式 / 61

 3.4 剩余性质 / 62

 3.4.1 剩余焓HR 和剩余熵SR / 62

 3.4.2 剩余焓HR 和剩余熵SR 的计算方法 / 63

 3.5 真实气体的焓变和熵变的计算 / 70

 3.6 真实气体热容的普遍式 / 72

 3.7 流体的饱和热力学性质 / 75

 3.8 纯流体的热力学性质图和表 / 76

 3.8.1 水蒸气表 / 76

 3.8.2 热力学性质图的类型 / 78

 3.8.3 热力学性质图的应用 / 80

 本章小结 / 82

 本章符号说明 / 84

 习题 / 85

 第4章　溶液热力学性质的计算/ 87

 4.1 均相敞开系统的热力学基本关系与化学位 / 88

 4.1.1 均相敞开系统的热力学基本关系 / 88

 4.1.2 化学位 / 89

 4.2 偏摩尔性质 / 90

 4.2.1 偏摩尔性质的引入及定义 / 90

 4.2.2 偏摩尔性质与溶液性质的关系 / 92

 4.2.3 偏摩尔性质之间的关系 / 93

 4.2.4 偏摩尔性质的计算 / 93

 4.2.5 偏摩尔性质间的依赖关系Gibbs-Duhem 方程 / 98

 4.3 混合变量 / 100

 4.3.1 混合变量的定义 / 100

 4.3.2 混合体积变化 / 101

 4.3.3 混合焓变 / 102

 4.3.4 焓浓图及其应用 / 103

 4.4 逸度和逸度系数 / 104

 4.4.1 纯物质逸度和逸度系数的定义 / 105

 4.4.2 纯物质逸度系数的计算 / 105

 4.4.3 混合物的逸度fm 及其逸度系数φm 的定义 / 110

 4.4.4 混合物逸度系数φm 的计算 / 110

 4.4.5 混合物中组分i 的逸度f^i 及其逸度系数φ ^i 的定义 / 111

 4.4.6 混合物中组分i 的逸度f^i 及其逸度系数φ ^i 的计算 / 112

 4.4.7 液体的逸度 / 116

 4.4.8 压力和温度对逸度的影响 / 118

 4.5 理想溶液 / 119

 4.5.1 理想溶液的定义与标准态 / 119

 4.5.2 理想溶液的特征及其关系式 / 121

 4.5.3 理想溶液模型的用途 / 121

 4.6 活度及活度系数 / 122

 4.6.1 活度和活度系数的定义 / 122

 4.6.2 活度系数标准态的选择 / 124

 4.6.3 超额性质 / 125

 4.7 活度系数模型 / 131

 4.7.1 Redlish-Kister经验式 / 131

 4.7.2 对称性方程 / 132

 4.7.3 两参数Margules方程 / 132

 4.7.4 van Laar方程 / 133

 4.7.5 局部组成概念与Wilson方程 / 133

 4.7.6 NRTL (Non-Random Two Liquids) 方程 / 135

 *4.7.7 UNIQUAC方程 / 136

 *4.7.8 基团溶液模型与UNIFAC方程 / 137

 科学史话——吉布斯的热力学“三部曲” / 141

 本章小结 / 143

 本章符号说明 / 146

 习题 / 146

 第5章　相平衡/ 150

 5.1 相平衡基础 / 151

 5.1.1 相平衡判据 / 151

 5.1.2 相律 / 152

 5.2 互溶系统的汽液平衡计算通式 / 152

 5.2.1 状态方程法(EOS法) / 153

 5.2.2 活度系数(γi 法) / 153

 5.2.3 方法比较 / 155

 5.3 汽液平衡 / 155

 5.3.1 二元汽液平衡相图 / 156

 5.3.2 低压下泡、露点计算 / 160

 5.3.3 中压下泡点、露点计算 / 167

 5.3.4 烃类系统的K 值法和闪蒸计算 / 171

 5.4 汽液平衡数据的热力学一致性检验 / 177

 5.4.1 Gibbs-Duhem 方程的活度系数形式 / 178

 5.4.2 积分检验法(面积检验法) / 178

 5.4.3 等压汽液平衡数据的热力学一致性检验 / 179

 5.4.4 微分检验法(点检验法) / 180

 5.5 热力学模型选择与Aspen Plus / 183

 5.5.1 Aspen Plus在化工过程模拟中的主要功能 / 183

 5.5.2 相平衡计算中的物性方法与模型选择 / 183

 5.5.3 热力学模型选择对精馏塔设计的影响案例 / 185

 *5.6 其他类型的相平衡 / 193

 5.6.1 液液平衡 / 193

 5.6.2 汽液液平衡 / 194

 5.6.3 气液平衡 / 194

 5.6.4 固液平衡 / 196

 5.6.5 气固平衡和固体(或液体) 在超临界流体中的溶解度 / 196

 本章小结 / 197

 本章符号说明 / 198

 习题 / 199

 第6章　化工过程能量分析/ 203

 6.1 热力学*定律及其应用 / 204

 6.1.1 稳流系统的热力学*定律 / 205

 6.1.2 稳流系统热力学*定律的简化及应用 / 207

 6.2 热力学第二定律及其应用 / 211

 6.2.1 封闭系统的熵平衡式 / 212

 6.2.2 孤立系统的熵平衡式 / 213

 6.2.3 敞开体系的熵平衡式 / 213

 6.3 理想功、损失功和热力学效率 / 216

 6.3.1 理想功 / 216

 6.3.2 损失功 / 218

 6.3.3 热力学效率 / 220

 6.4 损耗功分析 / 221

 6.4.1 流体流动过程 / 221

 6.4.2 传热过程的热力学分析 / 222

 6.4.3 传质过程的热力学分析 / 225

 6.5 有效能 / 227

 6.5.1 能量的级别与有效能 / 228

 6.5.2 稳流过程有效能计算 / 229

 6.5.3 有效能与理想功的异同 / 232

 6.5.4 不可逆过程的有效能损失与无效能 / 233

 6.5.5 有效能平衡方程式与有效能效率 / 234

 6.6 化工过程能量分析及合理用能 / 237

 6.6.1 化工过程的能量分析 / 237

 6.6.2 合理用能基本原则 / 243

 知识拓展——能源的梯级利用 / 243

 工程案例——化工热力学为节能减排而生 / 244

 本章小结 / 246

 本章符号说明 / 247

 习题 / 248

 第7章　蒸汽动力循环与制冷循环/ 251

 7.1 气体的压缩 / 252

 7.1.1 气体的压缩过程 / 252

 7.1.2 等温压缩过程 / 253

 7.1.3 绝热压缩过程 / 253

 7.1.4 多变压缩过程 / 254

 7.2 气体的膨胀 / 259

 7.2.1 节流膨胀过程 / 259

 7.2.2 对外做功的绝热膨胀过程 / 261

 7.3 蒸汽动力循环 / 264

 知识拓展——发电厂介绍 / 265

 7.3.1 卡诺(Carnot) 蒸汽循环 / 266

 7.3.2 Rankine循环及其热效率 / 267

 7.3.3 蒸汽参数对Rankine循环热效率的影响 / 271

 7.3.4 Rankine循环的改进 / 272

 知识拓展——超临界和超超临界火电机组 / 277

 7.4 制冷循环 / 279

 7.4.1 制冷原理与逆Carnot循环 / 279

 7.4.2 蒸汽压缩制冷循环 / 281

 知识拓展——各种实际因素对蒸汽压缩制冷循环的影响 286

 7.4.3 制冷剂和载冷剂的选择 / 292

 知识拓展——制冷工质的发展历程 294

 7.4.4 吸收式制冷循环 / 295

 7.5 热泵 / 297

 7.5.1 热泵原理及性能指标 / 297

 *7.5.2 热泵精馏 / 299

 *7.6 深冷循环与气体液化过程 / 301

 7.6.1 气体液化*小功 / 302

 7.6.2 林德(Linde) 循环 / 302

 7.6.3 克劳德(Claude) 循环 / 303

 *7.7 热管 / 304

 7.7.1 热管的工作原理 / 304

 7.7.2 热管的传热极限 / 305

 7.7.3 热管的应用 / 305

 创新的轨迹——热力学*定律改变了我们的生活 / 306

 本章小结 / 307

 本章符号说明 / 309

 习题 / 309

 附录/ 312

 附录1 常用单位换算表 / 312

 附录2 一些物质的基本物性数据表 / 313

 附录3 一些物质的理想气体摩尔热容与温度的关联式系数表 / 315

 附录4 一些物质的Antoine方程系数表 / 318

 附录5 水的性质表 / 321

 附录5.1 饱和水与饱和蒸汽表(按温度排列) / 321

 附录5.2 饱和水与饱和蒸汽表(按压力排列) / 322

 附录5.3 未饱和水与过热蒸汽表 / 324

 附录6 R134a的性质表 / 330

 附录6.1 R134a饱和液体与蒸气的热力学性质表 / 330

 附录6.2 R134a过热蒸气热力学性质表 / 331

 附录7 氨(NH3) 饱和液态与饱和蒸气的热力学性质表 / 331

 附录8 氨的T-S 图 / 334

 附录9 氨的Inp-H 图 / 335

 附录10 R12 (CCl2F2) 的Inp-H 图 / 336

 附录11 R22 (CHCIF2) 的Inp-H 图 / 337

 附录12 水蒸气的H-S 图 / 338

 附录13 空气的T-S 图 / 339

 附录14 主要公式的推导 / 340

 附录14.1 由RK方程计算组分逸度公式的推导 / 340

 附录14.2 开系非稳态过程能量平衡方程式的推导 / 341

 附录15 基团贡献法 / 343

 参考文献/ 346