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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Vsl 37

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Cidp 55

3.2.1.2真实气体的热容Cp 58

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SR 65

3.2.3.2利用状态方程计算HR和SR 66

3.2.3.3利用普遍化关联式计算HR和SR 67

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Ex 249

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