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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4

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

2.1.1T-V图9

2.1.2 p-V图10

2.1.3 p-T图12

2.1.4 p-V-T图13

2.1.5流体p-V-T关系的应用及思考14

2.1.5.1气体液化和低温技术14

2.1.5.2制冷剂的选择15

2.1.5.3液化气成分的选择15

2.1.5.4超临界流体萃取技术16

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

2.2.3.1 van der Waals （vdW）状态方程19

2.2.3.2 Redlich-Kwong （RK）方程20

2.2.3.3 Soave-Redlish-Kwong（SRK）方程20

2.2.3.4 Peng-Robinson （PR）方程21

2.2.3.5立方型状态方程的通用形式和应用21

2.2.3.6立方型状态方程的解题方法22

2.2.4 virial（维里）方程27

*2.2.5多参数状态方程28

2.2.5.1 Benedict-Webb-Rubin（BWR）方程28

2.2.5.2 Martin-Hou （MH）方程29

2.3对应态原理和普遍化关联式29

2.3.1对应态原理29

2.3.2两参数对应态原理30

2.3.3三参数对应态原理30

2.3.4普遍化压缩因子图法31

2.3.5普遍化第二virial系数法31

2.4液体p-V-T关系37

2.4.1饱和液体摩尔体积Vsl37

2.4.2液体摩尔体积39

2.5真实气体混合物的p-V-T关系39

2.5.1混合规则39

2.5.2虚拟临界参数法和Kay规则40

2.5.3状态方程的混合规则41

2.5.3.1气体混合物的第二virial系数41

2.5.3.2气体混合物的立方型状态方程42

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47

本章小结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热力学性质间的关系52

3.1.1热力学基本方程52

3.1.2点函数间的数学关系53

3.1.2.1基本关系式53

3.1.2.2变量关系式54

3.1.3 Maxwell关系式54

3.1.4热力学基本关系式、偏导数关系式和Maxwell方程的意义55

3.2焓变和熵变的计算55

3.2.1热容55

3.2.1.1理想气体的热容Cidp55

3.2.1.2真实气体的热容Cp58

3.2.2热力学性质焓、熵值的计算58

3.2.2.1 H、S随T、p的变化58

3.2.2.2理想气体的H、S的计算61

3.2.2.3真实气体的H、S的计算62

3.2.2.4剩余性质63

3.2.3真实气体的焓变和熵变的计算64

3.2.3.1由气体p-V-T实验数据计算HR和SR65

3.2.3.2利用状态方程计算HR和SR66

3.2.3.3利用普遍化关联式计算HR和SR67

3.2.4真实气体热容的普遍式74

3.2.5流体的饱和热力学性质77

3.3纯流体的热力学性质图和表78

3.3.1水蒸气表78

3.3.1.1饱和水和水蒸气表78

3.3.1.2过冷水和过热蒸气表79

3.3.2热力学性质图的类型80

3.3.2.1 T-S图81

3.3.2.2 Inp-H图82

3.3.2.3 H-S图82

3.3.3热力学性质图的应用83

本章小结84

本章符号说明86

习题86

第4章 溶液热力学性质的计算89

4.1均相敞开系统的热力学基本关系89

4.2偏摩尔性质91

4.2.1偏摩尔性质的引入及定义92

4.2.2偏摩尔性质与溶液性质的关系94

4.2.3偏摩尔性质之间的关系94

4.2.4偏摩尔性质的计算95

4.2.5偏摩尔性质间的依赖关系Gibbs-Duhem方程100

4.3混合变量103

4.3.1混合变量的定义103

4.3.2混合体积变化104

4.3.3混合焓变105

4.3.4焓浓图及其应用106

4.4逸度和逸度系数108

4.4.1纯物质逸度和逸度系数的定义109

4.4.2纯物质逸度系数的计算109

4.4.2.1计算逸度的关系式109

4.4.2.2利用状态方程计算逸度的关系式111

4.4.2.3利用普遍化关系式计算逸度的关系式112

4.4.2.4利用剩余性质关系式计算逸度的关系式115

4.4.3溶液的逸度fm及其逸度系数？m的定义116

4.4.4混合物逸度系数？m的计算116

4.4.5溶液中组分i的逸度fi及其逸度系数？m的定义117

4.4.6混合物中组分i的逸度fi及其逸度系数的计算118

4.4.6.1用virial方程计算119

4.4.6.2用RK方程计算121

4.4.7液体的逸度122

4.4.8温度和压力对逸度的影响125

4.4.8.1压力对逸度的影响125

4.4.8.2温度对逸度的影响125

4.5理想溶液126

4.5.1理想溶液的定义与标准态126

4.5.1.1理想溶液的定义126

4.5.1.2理想溶液的模型与标准态126

4.5.2理想溶液的特征及其关系式127

4.5.3理想溶液模型的用途128

4.6活度及活度系数130

4.6.1活度和活度系数的定义130

4.6.2活度系数标准态的选择132

4.6.3超额性质133

4.6.3.1超额性质的定义133

4.6.3.2超额性质变化133

4.6.3.3超额Gibbs自由能GE与活度ai的关系134

4.6.3.4活度ai与其他混合变量之间的关系135

4.7活度系数模型139

4.7.1 Redlish-Kister经验式139

4.7.2对称性方程140

4.7.3两参数Margules方程140

4.7.4 van Laar方程141

4.7.5局部组成概念与Wilson方程142

4.7.5.1无热溶液基础142

4.7.5.2局部组成概念142

4.7.5.3 Wilson方程143

*4.7.6 NRTL （Non-Random Two Liquids）方程144

*4.7.7 UNIQUAC方程145

*4.7.8基团溶液模型与UNIFAC方程146

本章小结150

本章符号说明151

习题151

第5章 相平衡156

5.1相平衡基础157

5.1.1相平衡判据157

5.1.2相律157

5.2互溶系统的汽液平衡计算通式158

5.2.1状态方程法（EOS法）159

5.2.2活度系数（γi法）160

5.2.3方法比较161

5.3汽液平衡162

5.3.1低压下二元汽液平衡相图162

5.3.1.1三维p-T-x-y相图与二维p-T相图162

5.3.1.2逆向现象及其工程应用164

5.3.1.3二元系统p-x（y）／T-x（y）的相图165

5.3.2低压下泡、露点计算168

5.3.2.1低压下的简化168

5.3.2.2低压下的计算公式168

5.3.2.3低压下泡点压力p与汽相组成y1的计算170

5.3.2.4低压下泡点温度T与汽相组成y1的计算170

5.3.2.5低压下露点温度T与液相组成x1的计算171

5.3.3中压下泡点、露点计算177

5.3.3.1中压下泡点压力P与汽相组成yi的计算177

5.3.3.2中压下泡点温度T与汽相组成yi的计算179

5.3.3.3中压下露点压力P与液相组成xi的计算181

5.3.3.4中压下露点温度T与液相组成xi的计算182

5.3.4烃类系统的K值法和闪蒸计算183

5.3.4.1烃类系统的K值法183

5.3.4.2闪蒸计算187

5.4汽液平衡数据的热力学一致性检验191

5.4.1 Gibbs-Duhem方程的活度系数形式191

5.4.2积分检验法（面积检验法）193

5.4.3等压汽液平衡数据的热力学一致性检验194

5.4.4微分检验法（点检验法）194

*5.5溶液的稳定性与液液平衡198

5.5.1溶液的稳定性198

5.5.2液液平衡相图199

5.5.3液液平衡准则及计算201

*5.6其他类型的相平衡203

5.6.1汽液液平衡204

5.6.2气液平衡207

5.6.2.1常压下的气液平衡（气体在液体中的溶解度）207

5.6.2.2压力对气体溶解度的影响208

5.6.2.3温度对气体溶解度的影响209

5.6.2.4活度系数法计算气液平衡211

5.6.2.5状态方程法计算气液平衡211

5.6.3固液平衡213

5.6.3.1固液平衡的热力学关系213

5.6.3.2 ？i的估算214

5.6.3.3固液平衡的两种极限情况215

5.6.4汽固平衡和超临界流体在固体（或液体）中的溶解度218

5.6.4.1汽固平衡218

5.6.4.2超临界流体在固体（或液体）中的溶解度219

本章小结219

本章符号说明220

习题220

第6章 化工过程能量分析226

6.1热力学第一定律及其应用227

6.1.1稳流系统的热力学第一定律227

6.1.2稳流系统热力学第一定律的简化及应用229

6.2热力学第二定律及其应用234

6.2.1熵增原理与熵产生235

6.2.1.1熵增原理与过程的不可逆性235

6.2.1.2熵流和熵产生237

6.2.2熵平衡方程式238

6.3理想功、损失功和热力学效率241

6.3.1理想功241

6.3.2损失功244

6.3.3热力学效率246

6.4有效能247

6.4.1能量的级别与有效能248

6.4.1.1化工生产中涉及的几种主要能量形式248

6.4.1.2能量的级别（品位）248

6.4.1.3有效能Ex249

6.4.2稳流过程有效能计算250

6.4.2.1物理有效能的计算250

6.4.2.2化学有效能的计算252

6.4.2.3有效能与理想功的异同253

6.4.3不可逆过程的有效能损失与无效能254

6.4.4有效能平衡方程式与有效能效率255

6.4.4.1有效能平衡方程255

6.4.4.2有效能效率257

6.5化工过程能量分析及合理用能258

6.5.1热力学分析的三种方法258

6.5.2典型化工单元过程热力学分析259

6.5.2.1流体流动过程260

6.5.2.2传热过程的热力学分析261

6.5.2.3传质过程的热力学分析264

6.5.3合理用能基本原则266

本章小结267

本章符号说明269

习题269

第7章 压缩、膨胀、动力循环与制冷循环272

7.1气体的压缩272

7.1.1活塞式压气机的压气过程273

7.1.2压缩过程的热力学分析273

7.1.2.1等温压缩过程274

7.1.2.2绝热压缩过程274

7.1.2.3多变压缩274

*7.1.2.4多级多变压缩276

7.2气体的膨胀277

7.2.1节流膨胀277

7.2.2绝热作外功膨胀279

7.3蒸汽动力循环282

7.3.1卡诺（Carnot）蒸汽循环283

7.3.2 Rankine循环及其热效率283

7.3.2.1理想Rankine循环283

7.3.2.2实际Rankine循环285

7.3.3蒸汽参数对Rankine循环热效率的影响288

7.3.3.1蒸汽温度对热效率的影响288

7.3.3.2蒸汽压力对热效率的影响288

7.3.3.3背压对热效率的影响288

7.3.4 Rankine循环的改进289

7.3.4.1回热循环289

7.3.4.2再热循环292

7.4制冷循环292

7.4.1 Carnot制冷循环293

7.4.2蒸汽压缩制冷循环294

7.4.2.1单级蒸汽压缩制冷循环294

*7.4.2.2多级压缩制冷298

7.4.3制冷工质的选择299

7.4.4吸收式制冷302

7.4.5热泵304

7.4.6热管307

*7.4.7液化过程310

本章小结313

科学的来龙去脉314

本章符号说明315

习题315

附录317

附录1 常用单位换算表317

附录2 一些物质的基本物性数据表318

附录3 一些物质的理想气体热容与温度的关联式系数表320

附录4 一些物质的Antoine方程系数表323

附录5 水的性质表326

附录5.1 饱和水与饱和蒸汽表（按温度排列）326

附录5.2 饱和水与饱和蒸汽表（按压力排列）328

附录5.3 未饱和水与过热蒸汽表（水平粗线之上为未饱和水，粗线之下为过热蒸汽）330

附录6 R134a的性质表336

附录6.1 R134a饱和液体及蒸气的热力学性质336

附录6.2 R134a过热蒸气热力学性质337

附录7 氨（NH3）饱和液态与饱和蒸气的热力学性质表338

附录8 氨的T-S图341

附录9 氨的Inp-H图342

附录10 R12 （CC12 F2）的Inp-H图343

附录11 R22 （CHCIF）2的Inp-H图344

附录13 空气的T-S图345

附录14 主要公式的推导346

附录14.1 由RK方程计算组分逸度的公式推导——公式（4-75）的推导346

附录14.2 开系非稳态过程能量平衡方程式的推导347

参考文献350