化工热力学(陈新志)(第四版)

“十二五”普通高等教育*规划教材面试21世纪课程教材浙江大学化工热力学教学团队编写的经典、畅销教材配有ThermalCal计算程序，便于读者计算使用 

《化工热力学》介绍了经典热力学原理及其在化工中的应用。《化工热力学》在简介热力学基本概念、性质和结构体系的基础上，详细介绍了p-V-T关系和状态方程、均相封闭系统热力学原理及其应用、均相敞开系统热力学及相平衡准则、非均相系统的热力学性质计算，另外还介绍了流动系统的热力学原理及应用和常用热力学基础数据。为方便教与学和提高教学效率，本书还配有计算程序ThermalCal，有需要者可登录www.cipedu.com.cn免费下载。《化工热力学》是化学工程与工艺专业的本科生教材，也可供从事化学、化工、轻工、材料和热能动力的教师、研究生和工程技术人员参考。

陈新志，浙江大学教授，师从著名化工热力学专家、中国科学院院士侯虞钧教授。完成了多项化工热力学科研项目，如“大型合成氨中热力学性质及模型”、“新形状因子对应态原理的研究及应用”、“状态方程的研究及应用”等。长期在本科生和研究生教学线，参与教学改革。主持了若干教材建设和教改项目。浙江省化工学会，化学工程专业委员会主任委员。

第1章绪论11.1目的、意义和范围11.2化工热力学的内容及安排31.3教材的结构体系51.4热力学性质61.5热力学基本概念的回顾61.6热力学性质计算的一般方法7习题9第2章p-V-T关系和状态方程102.1引言102.2纯物质的ｐ-V-T相图102.3状态方程132.4立方型状态方程142.4.1van der Waals（vdW）方程142.4.2Redlich-Kwong(RK)方程152.4.3Soave（SRK）方程162.4.4ＰengRobinson(PR)方程162.5多常数状态方程172.5.1virial方程172.5.2Benedict-Webb-Rubin(BWR)方程192.5.3Martin-Hou(MH)方程192.6混合法则212.6.1virial方程的混合法则212.6.2立方型方程222.6.3BWR方程222.6.4MH-81方程22*2.7状态方程体积根的求解232.7.1状态方程体积根在ｐV图上的几何形态232.7.2状态方程体积根的求解25习题28参考文献29第3章均相封闭系统热力学原理及其应用303.1引言303.2热力学定律与热力学基本关系式313.3Maxwell关系式333.4偏离函数353.5以Ｔ、ｐ为独立变量的偏离函数373.6以T、V为独立变量的偏离函数403.7逸度和逸度系数423.7.1逸度和逸度系数的定义433.7.2逸度系数与p-V-T的关系443.7.3逸度和逸度系数随T、p的变化453.8均相热力学性质计算483.8.1纯物质493.8.2定组成混合物513.9纯物质的饱和热力学性质计算523.9.1纯物质的汽液平衡原理533.9.2饱和热力学性质计算533.10热力学性质图、表573.10.1T-S图和lnp-H图的一般形式573.10.2热力学性质图、表的制作原理58习题61参考文献63第4章均相敞开系统热力学及相平衡准则644.1引言644.2均相敞开系统的热力学关系654.3相平衡准则674.4非均相平衡系统的相律684.5偏摩尔性质684.6摩尔性质和偏摩尔性质之间的关系694.6.1用偏摩尔性质表达摩尔性质694.6.2用摩尔性质表达偏摩尔性质704.6.3偏摩尔性质之间的关系——Gibbs-Duhem方程71*4.7混合过程性质变化734.8混合物中组分的逸度744.8.1定义744.8.2由组分逸度表示的相平衡准则754.8.3组分逸度的性质764.9组分逸度系数的计算764.10理想溶液和理想稀溶液804.11活度系数定义及其归一化824.11.1活度系数的对称归一化824.11.2活度系数的不对称归一化834.12超额性质854.12.1超额吉氏函数854.12.2混合焓884.12.3其他超额性质884.13活度系数模型894.13.1二元Margules方程894.13.2二元van Laar方程894.13.3Wilson方程904.13.4NRTL方程904.13.5基团贡献法预测液体混合物的活度系数简介91习题97参考文献98第5章非均相系统的热力学性质计算995.1引言995.2混合物的汽-液平衡1005.2.1混合物的气-液相图1005.2.2汽-液平衡的准则和计算方法1025.2.3汽-液平衡计算类型1045.2.4状态方程法（EOS法）计算混合物的汽液平衡1075.2.5关于相互作用参数1085.2.6状态方程 活度系数法（EOS γ法）计算混合物的汽液平衡1135.2.7低压气体在液体中的溶解度1165.2.8固体在流体中的溶解度1175.2.9活度系数模型参数的估算118*5.2.10无模型法(NM法)简介1225.2.11汽-液平衡数据的一致性检验1235.3其他类型的相平衡计算1265.3.1液-液平衡1265.3.2汽-液-液平衡1315.3.3固-液平衡1325.4混合物热力学性质的相互推算1345.4.1EOS法1355.4.2活度系数法135习题137参考文献139第6章流动系统的热力学原理及应用1406.1引言1406.2热力学定律1416.2.1封闭系统的热力学定律1416.2.2稳定流动系统的热力学定律1416.3热力学第二定律和熵平衡1436.3.1热力学第二定律1436.3.2熵及熵增原理1436.3.3封闭系统的熵平衡1446.3.4稳定流动系统的熵平衡1446.4有效能与过程的热力学分析1466.4.1理想功1466.4.2损失功1476.4.3有效能1486.4.4有效能分析1506.5流体的压缩与膨胀过程1526.5.1流体的压缩1526.5.2流体的膨胀1526.6动力循环1566.6.1朗肯循环(Rankine Cycle)1566.6.2朗肯循环的改进1596.7制冷循环1606.7.1蒸汽压缩制冷循环1606.7.2吸收制冷循环原理介绍1646.7.3气体的液化1656.8热泵166习题169参考文献172第7章常用热力学基础数据1737.1引言1737.2热力学数据查阅方法与工具1737.2.1数据手册1737.2.2数据库1747.3热力学数据的估算1757.3.1对应态原理1757.3.2基团贡献法1827.3.3混合物热力学数据的估算205参考文献212附录213附录A纯物质的物理性质表213A-1正常沸点、临界参数和偏心因子213A-2Antoine方程常数213A-3修正的Rackett方程214A-4理想气体摩尔热容215附录B三参数对应态普遍化热力学性质表215B-1压缩因子216B-2焓218B-3熵220B-4逸度222B-5比定压热容224附录C水的性质表226C-1饱和水226C-2过热水蒸气227C-3压缩液体水230附录D热力学性质图231附录E若干公式的推导235E-1式（4-69）的推导235E-2式（4-70）的推导235E-3证明236附录F热力学性质计算软件236F-1项目236F-2子菜单237参考文献237

前言学习化工热力学的目的是为了解决化工或其他过程工程中的实际问题，以经典热力学原理为基础，结合反映对象特征的模型，应用于流体物性的推算，即本书所提出的化工热力学内容“三要素”。本书的前三版都是在不断地完善内容体系，包括修改笔误、精选例题和习题、提供物性计算软件、引入学科发展新内容等。本书第四版修订的主要内容有：在各章首末分别增设了“内容提示”和“重点归纳”栏目，使读者在学习每章时能够目标清晰、抓住重点；在第1～6章中，调整或补充了讲述内容、例题、习题，以及与工业或日常生活更接近的案例，避免简单枯燥地套用公式。增设了热泵技术在节能中的应用。调整内容对掌握化工热力学系统、理解基本概念、加强实际应用、了解学科发展更有利；第7章更新了相关数据手册、数据库及其网址，删除了已停用的数据库，使数据来源更可靠、有效。教材修订中吸取了浙江大学化工热力学教学过程中师生们的宝贵意见和建议，对此作者们表示衷心感谢。因作者们的学术水平和经验所限，书中不足与疏漏之处在所难免，希望广大读者批评指正。作者2015年5月于浙江大学版前言化工热力学是化学工程的重要分支和基础学科。热力学原理在解决化工实际问题中起到了重要的作用。化工热力学是化学工程与工艺专业的必修课程。根据*《面向21世纪化工类专业人才培养方案》教材编写原则，本教材力求建立化工热力学课程内容新体系，加强基础，面向实际，引导思维，启发创新，便于自学。教材内容宽松适度，便于不同水平的学生学习。强化了教材的现代化“教”与“学”的功能，以提高教学效率。新编教材具有下列特点。(1) 新体系以应用为目的，从应用与其所依据的热力学原理的对应关系来组织教材内容。有利于学以致用，掌握重点，了解全貌，缩短学时和提高效率。(2) 简明性从应用的角度来引用和深化已经学习过的内容，减少与《物理化学》等课程的重复。将部分内容进行自学处理，建议作为自学内容的章节打上了“*”。对部分内容推陈出新，以适应学科的发展。在增加了课程信息量的基础上，使学时数控制在48以内（即周学时为3）。若根据实际情况，对部分内容或略讲，或自学，可以开设周学时为2的化工热力学课程。(3) 实用性新教材十分重视实际应用能力的培养。新体系不但加强了热力学原理和实际应用之间的联系，加深了对概念理解，更提高了解决实际问题的能力。(4) 新手段教材将配套多媒体教学软件，便于采用计算机辅助教学、辅导自学和检查教学效果，也能用软件解决较复杂的计算问题。全书分为7章，第1章至第5章是关于均相封闭系统和非均相封闭系统的内容，由陈新志编写；第6章是流动系统的内容，由蔡振云编写；第7章简单介绍了热力学在其他领域的应用，由胡望明编写。陈新志对全书进行了通读和协调。本教材主要用作化学工程与工艺专业本科生的教学，也能作为化学、化工等专业教师、研究生和从事相关工作的工程技术人员的参考书。在本教材的写作过程中得到侯虞钧院士的指导，并提出了宝贵意见，在教材的编写过程中，还得到浙江大学有关部门的支持和化工热力学研究室同仁的协作，在此深表感谢。作者的学术水平有限，书中不妥之处，敬请读者批评指正。作者于浙江大学2000年8月第二版前言自本书版问世以来，已经连续印刷四次，受到读者的广泛关注。我们在教学实践中感到，调整本教材少数章节次序和内容表述是有必要的。再版教材较全面地纠正了存在的错误和内容表达上的不妥之处，同时适当增补跟踪学科发展的新内容。由于再版教材没有改变主体框架结构，所以，对于已经采用版教材进行教学，并希望继续用第二版教材的教师，不会因此增加工作量和困难，相反，新教材会使教学过程更为顺利。作者一直认为学习化工热力学的目的在于应用，化工热力学的应用主要体现在物性的计算上，这一宗旨在教材的再版中是不变的，而且在某种程度上得到加强。随着计算机和算法的发展，化工热力学教学中例题、习题都可能与工业实际过程更接近，教学手段更先进，教学效率更高。本教材再版后，即将出版的化工热力学性质计算软件，将会大大方便教学活动，提高应用能力的培养，也是在版教材使用过程中教师和学生期望解决的问题。在教材修订过程中，吸取了全国若干高校从事化工热力学教学的教师们的意见和多届浙江大学化工系学生的意见。如果没有这些手资料，新版教材将会逊色许多，在此作者深表谢意。由于作者学术水平所限，新教材仍会存在一些问题，希望继续得到从事化工热力学教学、科研同行们的不吝赐教。作者2005年3月第三版前言《化工热力学》、二版问世以来，已经连续印刷多次，受到读者的广泛关注。教学实践与师生们的指正使本教材在结构和内容上不断完善，虽有的教学者认为部分内容有难度，计算上问题更多一些，但这是学科发展的趋势，工程应用的必要，不过作者还是在修订中力求教材能有较大适应性。本版教材中修改了部分例题和习题，以便更接近实际，反映学科的新发展。提供了计算程序ThermalCal软件，可登录www.cipedu.com.cn免费下载，以方便教与学，提高教学效率。在第7章中增加了一节化工热力学在环境保护中的应用。此外，教材还增加了第8章常用热力学基础数据，主要内容有：热力学数据查阅方法与工具，热力学数据的估算方法等第8章由钱超编写。第三版教材没有改变主体框架结构，所以对于已经采用第二版教材进行教学，并希望继续用第三版教材的教师，不会因此增加工作量和困难，相反，新教材会使教学过程更为顺利。笔者一直认为，学习化工热力学的目的在于应用，化学物质的物性计算是化工热力学的主要应用之一，这一宗旨在再版的教材中是不变的，而且在某种程度上得到了加强。教材修订过程中，吸收了从事化工热力学的许多大学师生们的意见，如果没有这些手资料，新版教材将会逊色许多，在此笔者深表谢意。因学识所限，该教材中的问题仍在所难免，殷切期待同行们的不吝赐教。编者2009年1月于浙江大学