醉染图书化工热力学(冯新)(第二版)97871222524

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 / 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 / 18

2.. 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

. 对应态原理和普遍化关联式 / 28

..1 对应态原理 / 29

..2 两参数对应态原理 / 29

.. 三参数对应态原理 / 29

..4 普遍化压缩因子图法 / 30

..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.. 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 流体的饱和热力学质 / 75

3.8 纯流体的热力学质图和表 / 76

3.8.1 水蒸气表 / 76

3.8.2 热力学质图的类型 / 78

3.8.3 热力学质图的应用 / 80

本章小结 / 82

本章符号说明 / 84

习题 / 85



第4章　溶液热力学质的计算/ 87

4.1 均相敞开系统的热力学基本关系与化 / 88

4.1.1 均相敞开系统的热力学基本关系 / 88

4.1.2 化 / 89

4.2 偏摩尔质 / 90

4.2.1 偏摩尔质的引入及定义 / 90

4.2.2 偏摩尔质与溶液质的关系 / 92

4.. 偏摩尔质间的关系 / 93

4.2.4 偏摩尔质的计算 / 93

4.2.5 偏摩尔质间的依赖关系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 UNIUAC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.. 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 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.. 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 / 2

6.5.4 不可逆过程的有效能损失与无效能 /

6.5.5 有效能平衡方程式与能效 / 4

6.6 化工过程能量分析及合理用能 /

6.6.1 化工过程的能量分析 /

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的质表 / 330

附录6.1 R134a饱和液体与蒸气的热力学质表 / 330

附录6.2 R134a过热蒸气热力学质表 / 331

附录7 氨(NH3) 饱和液态与饱和蒸气的热力学质表 / 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

冯新，南京工业大学化工学院教授，主要从事钛酸钾晶须的制备及在复合材料中的应用，如晶须尼龙、聚四氟乙烯以及高能无石棉摩擦材料研究等。教学上是生主干课《化工热力学》及《计算机信息检索》课程的学科带头人。共发表50多篇，获得发明专利5项，申请发明专利4项，完成达到国际水平成果三项。 2001年获中国石油和化学工业科技进步二等奖。化工热力学教改获2002年江苏省二类 课程，校一类 课程。2004年被评为校“教书育人个人”，2005年获得校首届“ 教学质量奖”，同年被化工学院班同学投票评为“化工学院十佳教师”。2005年获校“ 员”称号。2006年被评为校首届“青年名师”培养对象。2006年获校江苏省高校“ 员”。

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《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、纯流体的热力学质计算、溶液热力学质的计算、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。