化工热力学(马沛生)(通用型)(二版)

主修部分第1章绪论21１热力学发展简史212化工热力学的主要内容313化工热力学的研究方法及其发展3１４化工热力学在化工中的重要性4第2章流体的pVT关系521纯物质pVT的相行为522流体的状态方程6221理想气体状态方程7222维里方程7223立方型状态方程8224硬球扰动状态方程12225多参数状态方程1323对比态原理及其应用14231对比态原理14232三参数对比态原理1424普遍化状态方程19241普遍化第二维里系数19242普遍化立方型状态方程2125流体pVT关系式的比较2326真实流体混合物的pVT关系24261混合规则25262流体混合物的虚拟临界参数25263气体混合物的第二维里系数26264混合物的立方型状态方程2727液体的pVT关系29271饱和液体体积29272压缩液体（过冷液体）体积30273液体混合物的pVT关系30本章小结31习题32第３章单组元流体及其过程的热力学性质3431热力学性质间的关系34311热力学基本方程34312Maxwel(麦克斯韦尔)关系式35313汽液平衡系统的热力学性质关系3832焓变和熵变的计算38321单相流体焓变的计算38322单相流体熵变的计算46323蒸发焓与蒸发熵50324真实气体热容计算5333热力学性质图表54331热力学性质图54332热力学性质表59本章小结61习题61第4章热力学基本定律及其应用6341热力学定律63411能量的种类63412热力学定律的数学表达式——能量平衡方程6542热力学第二定律67421熵与熵增原理68422熵产生与熵平衡7043能量的质量和级别7044理想功、损失功与热力学效率71441理想功71442损失功72443热力学效率7245有效能和无效能73451有效能定义73452稳流过程有效能计算74453无效能76454有效能、无效能、理想功和损失功之间的关系76455有效能效率7646化工过程热力学分析的三种方法及其比较76461三种分析方法77462三种热力学分析方法的比较7747合理用能的基本原则7848气体的压缩78481单级往复式压缩机的功耗79482多级压缩8049气体的膨胀81491节流膨胀81492绝热做功膨胀83493气体通过喷管的膨胀85410蒸汽动力循环874101Carnot循环874102Rankine循环884103Rankine循环效率的提高89411制冷循环914111理想制冷循环914112蒸气压缩制冷循环924113吸收式制冷循环964114喷射式制冷循环97412热泵及其应用984121热泵及其热力学计算984122热泵精馏98413深冷循环与气体液化1014131Linde(林德)循环1014132Claude(克劳德)循环103414制冷剂和载冷剂的选择1044141制冷剂的选择1044142载冷剂的选择105本章小结106习题106第5章均相混合物热力学性质10951变组成系统的热力学关系10952偏摩尔性质111521偏摩尔性质的引入及定义111522偏摩尔性质的热力学关系112523偏摩尔性质的计算114524GibbsDuhem方程11753逸度和逸度系数119531逸度和逸度系数的定义119532混合物的逸度与其组元逸度之间的关系121533温度和压力对逸度的影响122534逸度和逸度系数的计算123535液体的逸度13054理想混合物132541理想混合物的逸度132542理想混合物和非理想混合物13355活度和活度系数134551活度和活度系数的定义134552标准态的选择135553活度系数γi与γ*i的关系13756混合过程性质变化13857超额性质14058活度系数模型143581正规溶液模型144582Whol型方程144583无热溶液模型146584局部组成型方程147本章小结151习题152第6章相平衡15461相平衡基础154611平衡判据154612相律15562互溶系统的汽液平衡关系式155621状态方程法（EOS法）156622活度系数法156623方法比较15763中、低压下汽液平衡159631中、低压下二元汽液平衡相图160632中、低压下泡点和露点计算162633低压下汽液平衡的计算165634烃类系统的K值法和闪蒸计算16864高压汽液平衡173641高压汽液平衡相图173642高压汽液平衡的计算17565汽液平衡数据的热力学一致性检验177651积分检验法（面积检验法）177652微分检验法（点检验法）17866平衡与稳定性18067其他类型的相平衡183671液液平衡183672汽液液平衡186673气液平衡188674固液平衡193675气固平衡和固体（或液体）在超临界流体中的溶解度197本章小结198习题199第7章物性数据的估算20171化工数据概要20172估算的必要性及要求20273对比态法203731二参数法203732三参数法203733使用沸点参数的对比态法203734使用第四参数(极性参数)的对比态法204735使用量子参数(第五参数)的对比态法204736对比态法和状态方程法20574基团贡献法205741概述205742发展和分类206743沸点和临界性质的估算——基团法的一组实例20775蒸气压的估算214751对比态法214752基团贡献法216７６纯气体黏度的估算220７６１势能函数法计算2217６２对比态法估算222本章小结225习题225第8章环境热力学22681环境热力学与一般化工热力学的异同22682辛醇/水分配系数227821定义和应用227822估算方法22883有机溶剂/水分配系数23384水溶解度234841热力学关系234842估算方法23685空气/水分配系数239851定义和热力学关系239852用基团贡献法估算24086土壤或沉积物的吸附作用241861吸附等温线241862几种分配系数241本章小结242习题242辅修部分第９章化学反应热和反应平衡24491化学反应的热效应244911标准燃烧热244912标准生成热245913标准反应热246914温度对标准反应热的影响246915工业反应热效应的计算24792化学反应平衡248921化学反应进度249922标准生成Gibbs自由能251923化学反应平衡的判据251924化学反应平衡常数252925温度对平衡常数的影响253926单一反应平衡组成的计算254本章小结257习题258第10章化工热力学在精细化工中的应用259101化工热力学在精细化工中应用的特点259102精细化学品的基础物性260103精细化工中的热化学计算261104精细化工中的相平衡计算261本章小结262习题262第11章相平衡的估算263本章小结274第12章化工热力学的应用与展望275121化工计算中应用化工热力学的几个实例275122化工热力学与化工设计276123化工热力学在能源与环境中的应用278124化工计算软件中的化工热力学278125化工热力学发展和展望2781251分子热力学与化工热力学2781252化工热力学展望279本章小结280习题280本书总结281附录附录一基本常数表282附录二常用单位换算表282附录三一些物质的基本物性数据283附录四一些物质的标准热化学数据288附录五一些物质的Antoine方程系数294附录六一些物质的理想气体热容温度关联式系数302附录七一些物质的液体热容温度关联式系数305附录八水和水蒸气表307附录九空气的ＴＳ图318附录十氨的tS图319附录十一氨的ｌｎｐＨ图320附录十二Ｒ１２（ＣＣｌ２Ｆ２）的ｌｎｐＨ图321附录十三Ｒ２２（ＣＨＣｌＦ２）的ｌｎｐＨ图322主要符号表323参考文献325

第二版前言    本书于2005年出版后，在多所高校中得到使用，在此深表谢意！同时我们感到应对本书及时修订改进。    在第二版中我们坚持通用型的特色，力图使本书适用范围更广，并且更关注化工热力学的实用性，特别是在化工计算或设计中的应用。书中调整了部分内容，例如增加了热泵精馏，氨的ｔｓ图单位改用国际标准单位。的变化是增加了“化工热力学的应用与展望”这一章，在此章中先总结了化工热力学在化工计算及设计中的应用和重要性，然后对化工热力学的发展进行了展望。增加这一章的目的是激发学生学习本课程的兴趣，使学生更好地理解化工热力学的精髓，也有助于学习与化工热力学有关的课程，包括毕业设计及今后的专业工作。    书中所附的“参考文献”是编写本书时所参考引用过的，也包括近几年国内外部分化工热力学及相关分支的重要教材或著作。    本书由马沛生、李永红主编，马沛生编写第1、7、8、10、11、12章及附录，李永红编写第3、9章，杨长生编写第4章，夏淑倩编写第2章，常贺英编写第5章，陈明鸣编写第6章。    书中难免有不当之处，欢迎读者批评指正。编者２００９年４月版前言    化工热力学是化学工程学科的一个重要分支，是化学工艺或化学工程学科的学生所必须掌握的，因此是化工类专业所必修的基础技术课程。    编者们在多年的教学实践中，深感作为大学课程，化工热力学教材不必追求过深，在不失热力学体系严谨性的同时，务必使学生能体会化工热力学的实用性，目标是使学生有能力、有兴趣在课堂内学习，并减少学生对本课程的“恐惧感”。考虑到近年精细化学品生产的发展及环境热力学的兴起，我们力图使本教材成为一本使用面广、更易为学生接受的“十五”教材。    我们认为本书的特点如下。    （1）化工热力学是一门非常实用的课程，虽然有许多抽象的概念和复杂的公式，但其目的绝不限于概念的推演和现象的解释，更要定量地给出求取能量或组成的方法，因此在化工计算及设计中有直接的应用。本书注意讲清应用，力图使学生能更好理解及掌握抽象的概念及复杂的公式。    （2）化学品对环境的影响越来越显著，成为社会发展的大问题，也成为化学工业能否发展的关键，同时也是化工进入环保企业的契机。环境热力学已成为新的交叉学科，为使化工类学生能掌握环境热力学知识，也使环境类学生能进入化工热力学领域，本教材加入一章进行讨论。    （3）化工热力学已成功地在石油化工中建立了计算方法体系，但对摩尔质量大的精细化学品尚很难推广使用。本书增加了“化工热力学在精细化工中的应用”一章，力图阐明化工热力学在精细化工应用中的特点及难点，希望使化工热力学在化工各方面（包括制药）都能应用，甚至扩大到环保工程专业。    （4）本书在处理模型与计算方法时，更偏重于计算方法，对所用的模型指出其来源，但不作微观推导。总之，本书属经典热力学范围，建议把分子热力学的要求安排在硕士层面上。    （5）本书的重点在于能量计算及组成计算，中心内容是pVT关系、逸度和活度、相平衡，书中也包括了少量工程热力学内容，例如在化工中常用的制冷原理及计算。    （6）在化工热力学计算中，一要模型，即提供计算方法及计算式;二要数据。如果缺乏数据，再好的计算方程也无法投入使用，因此化工数据已成为化工热力学的一个重要分支。本书加入“物性数据的估算”这一章，介绍化工数据中的一些入门知识。    （7）考虑到反应热的计算比化学平衡计算更重要，本书补入一些热化学内容，压缩了部分化学平衡内容。    （8）国内目前化工热力学课时有所差异，还要考虑自学之用，所以本书编排有弹性。本书分为两部分，前一部分（主修部分）共9章，后一部分（辅修部分）共3章，教师可按不同情况做出变动，若为少学时，大体上只能学习主修部分。另有附录，提供了约200个石油化工中常用物质的一批数据，相当于一个小型数据库，除供本书的例题及习题使用外，还可供读者在石油化工的热力学计算中使用。    （9）本书除作为教材外，也可供化工设计院、研究院、化工厂、环境化工工作者作为热力学方面的参考书。    本书由马沛生主编，并编写第1章、第8章、第9章、第10章、第11章、第12章及附录。夏淑倩编写第2章、第3章及第5章的第5～7节。常贺英编写第4章及第7章。陈明鸣编写第5章的第1～4节及第6章。    如需教学辅助材料，请登录天津大学化工热力学教学网站http:／／2021131367/course/reli。    作者力图使本书具有特色，有更大的适用面，有更强的实用性，易于理解，并为后继课程（分离工程、反应工程等）打好基础。但本书内容变化较大，加之作者水平有限，对化工热力学的理解未必很深入，不当之处敬请批评指正。编者2005年3月