普通高等教育“十二五”重点规划教材 化工热力学 第三版 陈钟秀】 顾飞燕胡望明编著 北学￥典☆版社
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第三版前言 近年来，由于化学工业的快速发展，化工热力学的研究范畴不断拓宽和深化，不少新的理 论与方法应运而生，特别在热力学理论模型开发及其在化工计算中的应用方面均有重要的进 展。为了满足新时代下高等院校对课程教育改革的要求，编者在广泛征集对《化工热力学》教 材的使用意见和建议的基础上，对第二版教材进行修改和补充。本书第二版自2001年出版以 来，作为相关专业本科生与研究生的教材，深受师生的欢迎，收到很多好的建议和评价，已经 印别16次，印数达88100册。 编者根据多年教学经验和体会，参阅近年来国内、外出版的相关教材和文献资料，考虑热 力学理论的严谨性、逻辑性强的特点，力求强化基本概念与原理，注重工程中的应用和学生综 合能力的培养，适当介绍近代化工热力学的进展。本书保持第二版教材的基本结构，注意教学 内容之间的衔接，对某些章节安排作适当的调整。增添了以下内容：热力学的发展简史；状态 方程及其混合规则的发展；固体在超临界流体中的溶解度以及固液平衡，高分子膜和凝胶，熔 点与凝固点的估算方法等。本书中也删去一些与基础教学联系不甚紧密的内容。此外，各章节 均作了文字的修正和完善，力求叙述简要，条理清晰。每章安排了相关的习题。附录中增添了 流体热力学性质的普遍化数据和热力学主题词的中、英文对照。标题中标有“号的内容，教学 中可根据情况适当取舍。 浙江大学吴兆立教授担任本书主审，他给予认真的审阅和热情的指导。在本书的编写过程 中，浙江大学化工系的领导、化学工程研究所的全体同仁给予大力支持和帮助，兄弟院校的化 工热力学任课老师为本书的编写提出中肯的意见与建议。本教材第一、二版发行后得到读者的 热情关注和欢迎，在此一并表示衷心的感谢。 本书第1、5、7章由顾飞燕执笔，第2、8、9章由胡望明执笔，其余由陈钟秀执笔。由于 编者水平有限，书中不妥之处，敬请读者批评指正。 编者 2011年7月
第三版前言 近年来，由于化学工业的快速发展，化工热力学的研究范畴不断拓宽和深化，不少新的理 论与方法应运而生，特别在热力学理论模型开发及其在化工计算中的应用方面均有重要的进 展。为了满足新时代下高等院校对课程教育改革的要求，编者在广泛征集对 化工热力学 材的使用意见和建议的基础上，对第二版教材进行修改和补充。本书第二版自 00 年出版以 来，作为相关专业本科生与研究生的教材，深受师生的欢迎，收到很多好的建议和评价，已经 印刷 16 次，印数达 88100 编者根据多年教学经验和体会，参阅近年来国内、外出版的相关教材和文献资料，考虑热 力学理论的严谨性、逻辑性强的特点，力求强化基本概念与原理，注重工程中的应用和学生综 合能力的培养，适当介绍近代化工热力学的进展 本书保持第二版教材的基本结构，注意教学 内容之间的衔接，对某些章节安排作适 的调整。增添了以下内容:热力学的发展简史 ;状态 方程及其渥合规则的发展;固体在超临界流体中的溶解度以及固液平衡;高分子膜和凝胶;熔 点与凝固点的估算方法等。本书中也删去一些与基础教学联系不甚紧密的内容 此外，各章节 均作了文字的修正和完善，力求叙述简要，条理清晰。每章安排了相关的习题 附录中增添了 流体热力学性质的普遍化数据和热力学主题词的中、英文对照 标题中标有赞号的内容，教学 中可根据情况适当取舍 浙江大学 兆立教授担任本书主审，他给予认 的审阅和热情的指导 。在本书 的编写过程 中，浙江大学化工系的领导 、化学工程研究所的全体同仁给予大力支持和帮助 兄弟院校的化 工热力学任课老师为本书的编写提出中肯的意见与建议 本教材第一、二版发行后得到读者的 热情关注和欢迎，在此一并表示衷心的感谢 本书第 由顾飞燕执笔，第 由胡望明执 ，其余由陈钟秀执笔。 由于 编者水平有限，书中不妥之处，敬请读者批评指正 编者 2011
第一版前言 化工热力学是化学工程学科的一个重要分支，是化工类专业必修的专业基础课程 1990年的全国高校化工工艺类专业教学指导委员会教材工作会议制订了化工热力学课程大纲， 并确定由编者承担本书的编写工作。 在编写中，编者在多年的教学实践基础上，总结过去所编写的教材，参考了国内外近期出 版的有关教材和专著，内容上注意了与物理化学课程的衔接。在着重阐述热力学原理的同时， 注重其在工程中的应用，叙述上力求由浅入深。为了提高学生的运算能力，书中附有若干常用 的计算机框图，在每章中安排了较多的例题，附录中列出常用物质的物性数据和图表。 全书共分8章。第1章绪论。第2、3章分别介绍流体及其混合物的VT关系和热力学 性质，这是学习后面各章的基础。第4章是化工过程的能量分析，对能量的有效利用进行分析 和评述。第5章是蒸气动力循环与制冷循环。第6章是溶液的热力学性质。第7、8章是运用 热力学解决化工领域中的相平衡与化学反应平衡的问题，这两章是热力学和传质、分离、反应 工程间联系的纽带。 全国高等学校化工工艺类专业教学指导委员会对本书的编写给予了大力支持和鼓励。成都 科技大学苏裕光教授担任本书的主审，给予了认真审阅和热情指导。浙江大学侯虞钧、吴兆立 教授对本书提出了宝贵意见，化工热力学教研室全体同志提供了许多方便，在此一并深表 谢意 本书第1、5、7章由顾飞燕编写，其余由陈钟秀编写。由于编者水平有限，书中缺点和错 误在所难免，敬请读者批评指正。 编者 1991年12月于浙江大学
第一版前言 化工热力学是化学工程学科的一个重要分支，是化工类专业必修的专业基础课程。 1990 年的全国高校化工工艺类专业教学指导委员会教材工作会议制订了化工热力学课程大纲， 并确定由编者承担本书的编写工作 在编写中，编者在多年的教学实践基础上，总结过去所编写的教材，参考了国内外近期出 版的有关教材和专著，内容上注意了与物理化学课程的衔接 在着重阐述热力学原理的同时， 注重其在工程中的应用，叙述上力求由浅入深 为了提高学生的运算能力，书中附有若干常用 的计算机框图，在每章中安排了较多的例题，附录中列出常用物质的物性数据和图表。 全书共分 章绪论 章分别介绍流体及其混合物的 jrV-T 关系和热力学 性质，这是学习后面各章的基础 章是化工过程的能量分析，对能量的有效利用进行分析 和评述 章是蒸气动力循环与制冷循环。第 章是溶液的热力学性质。第 章是运用 热力学解决化工领域中的相平衡与化学反应平衡的问题，这两章是热力学和传质、分离、反应 工程间联系的纽带 全国高等学校化工工艺类专业教学指导委员会对本书的编写给予了大力支持和鼓励 成都 科技大学苏裕光教授担任本书的主审，给予了认真审阅和热情指导 浙江大学侯虞钧、吴兆立 教授对本书提出了宝贵意见，化工热力学教研室全体同志提供了许多方便，在此一并深表 谢意 本书第 章由顾飞燕编写，其余由陈钟秀编写 由于编者水平有限，书中缺点和错 误在所难免，敬请读者批评指正。 编者 1991 12 月于浙江大学
第二版前言 本书自第一版出版以来，已连续5次印刷，共计32000册，得到了读者的广泛支持。1996 年荣获全国高等学校化工类优秀教材原化学工业部二等奖；1998年获浙江省科学技术进步三 等奖；1999年被浙江省教育委员会确定为“浙江省高等教育面向21世纪教学内容和课程体系 改革课题”。随着科学技术的不断发展，根据拓宽专业基础，提高综合素质，增加创新能力的 要求，我们深感热力学教材在阐述热力学原理时，除了注意其在工程中的应用外，还需要反映 近代热力学的发展。为此，在广泛征集第一版教材使用意见和建议下对本书进行重新组织编 写。书中第8、9章和第11章是重新编写的，其他章节在原有基础上也作了较大的修改和增 减。在某些内容上标有*号的，教学中可根据情况适当取舍。为加强本书应用性，在各章增加 了相应的例顾与习题 根据国家法定表示方法，规定系统得功时W为正值，而对环境做功时W为负值，这与以 往不少教材中的习惯规定相反，务请注意。 本书的编写得到了化学工程与工艺专业教学指导委员会的支持和鼓励。浙江大学吴兆立教 授担任了本书的主审，给予了认真的审阅和热情的指导。四川联合大学苏裕光教授对本书提出 了宝贵意见。全国许多兄弟院校中的任课教师也为第二版的编写提出了许多中肯意见。在此 并表示衷心的感谢。 本书第1、6、7章由顾飞燕执笔，第2、8、9章由胡望明执笔，其余由陈钟秀执笔。由于 编者水平有限，书中不当之处，敬请批评指正。 编者 2000年9月
第二版前言 本书自第一版出版以来，已连续 次印刷，共计 32000 册，得到了读者的广泛支持。 1996 年荣获全国高等学校化工类优秀教材原化学工业部二等奖; 1998 浙江省科学技术进步 等奖; 1999 年被浙江省教青委员会确定为"浙江省高等教育面向 21 纪教学内容和课程体系 改革课题" 随着科学技术的不断发展，根据拓宽专业基础 ，提高综合素质 ，增加创新能力的 要求，我们深感热力学教材在阐述热力学原理时，除了注意其在工程中 的应用外 ，还需要反映 近代热力学的发展。为此，在广泛征集第一版教材使用意见和建议下对本书进行重新组织编 写。书中第 章和第 11 章是重新编写的，其他章节在原有基础上也作了较大的修改和增 在某些内容上标有祷号的，教学中可根据情况适当取舍 为加强本书应用性，在各章增 了相应的例题与习题 根据 国家法定表示方法 ，规定系统得功 正值， 而对环境做功 W 为负 这与以 往不少教材中的习惯规定相反，务请注意。 本书的编写得到了化学工程与工艺专业教学指导委员会的支持和鼓励 浙江大学吴兆立教 授担任了本书的主审，给予了认真的审阅和热情的指导 四川联合大 苏裕光教授对本书提 了宝贵意见 。全国许多兄弟院校中的任课教师也为第二版的编写提出了许多中肯意见 并表示衷心的感谢。 本书第 章由顾飞燕执笔 章由胡望明执笔，其余由陈钟秀执笔。由于 编者水平有限，书中不当之处，敬请批评指正 编者 2000
目 录 1绪论. 1.】热力学的发展及化工热力学的研究 1.3.2平衡状态与状态函数 对象 1.3.3过程与循环 1.2热力学的研究方法 2 1.3.4温度和热力学第零定律.3 1.3转力学名词与定义 2 1.3.5热与功*. 1.3.1体系与环境 2流体的PT关系 2.1纯物质的pVT关系. 2.4真实气体混合物的pVT关系. 21 2.2气体的状态方程 6 2.4.1混合规则与虚拟临界参数 21 2.2.1硬相气达方得 2.4.2气体混合物的第二Virial系数.22 22.2立方刑状本方程.444 2.4.3混合物的状态方程. 2.2.3 多常数状态方程 12 2.4.4 状态 程混合规则的发展 2.2.4 ,状态方程的发展 2.5液体的pVT性质 2.3对比态原理及其应用. 2.5.1经脸关联式. 27 2.3.1对比态原理 17 2.5.2普遍化关联式. 28 2.3.2以偏心因子为第三参数的对比态 2.5.3液体混合物的密度. 44418 习题. .31 2.3.3 普遍化状态方程 3纯流体的热力学性质. .33 3.1热力学性质间的关系. 33 3.3逸度与逸度系数 51 3.1.1单相流体系统基本方程 33 3.3.1逸度及逸度系数的定义. 451 3.1.2点函数间的数学关系式 ,33 3.3.2 气体的逸度 .51 3.1.3 faxwell关系式 34 3.3.3 液体的逸度 56 3.2热力学性质的计算 35 3.4两相系统的热力学性质及热力学 3.2.1 Maxwell关系式的应用 35 图表. 57 3.2.2利余性质法. 39 3.4.1两相系统的热力学性质.57 3.2.3状态方得法. 43 3.4.2热力学件质图表.58 3.2.4 气体热力学性质的普遍化关 习题 61 系法 4流体混合物的热力学性质. 62 4.1变组成体系热力学性质间的关系 ,62 4.4.1理想溶液的逸度、标准态 0478 4.2化学位和偏壁尔性质 63 4.4.2理想溶液和非调担溶液79 421 化学位 .63 42.2 摩尔性质 6 度与 混 质变化 8 4.2.8 Gibbs-Duhem方程 4.6.1混合过程性质变化 4481 4.3混合物的逸度与逸度系数. 70 4,6.2理想溶液的混合性质变化. 4.3.1混合物的组分逸度.70 4.6.3混合过程的给变及焙浓图.83 4.3.2混合物的逸度与其组分逸度之间的 4.7超额性质. 4.87 474 4.8活度系数与组成的关联.89 4.3.3压力和温度对逸度的影响. 。77 4.8.1正规溶液和无热溶液. 90 4.4理想溶液和标准态 77 4.8.2 Redlich-Kister经验式.90
目录 1 绪论 1. 1 热力学的发展及化工热力学的研究 1. 3. 2 平衡状态与状态函数. 对象. 1. 3. 3 过程与循环 1. 2 热力学的研究方法. 1. 3. 4 温度和热力学第零定律. 3 1. 3 热力学名词与定义. 1. 3. 5 热与功 1. 3. 1 体系与环境 2 流体的 p- V-T 关系 2.1 纯物质的户V-T 关系. 2. 2 气体的状态方程. . 6 2. 2. 1 理想气体方程. 7 2. 2. 2 立方型状态方程. 2. 2. 3 多常数状态方程. . . 12 2. 2.4 状态方程的发展. 14 2. 3 对比态原理及其应用. 17 2.3. 1 对比态原理. 17 2.3.2 以偏心因子为第三参数的对比态 原理. 18 2. 3. 3 普遍化状态方程. 19 2. 4 真实气体混合物的户 关系. 21 2. 4.1 混合规则与虚拟临界参数 . 21 2. 4. 2 气体混合物的第二 iri 系数. 22 2. 4. 3 混合物的状态方程. 23 2.4. 4 状态方程混合规则的发展. 25 2. 5 液体的 j:r V-T 性质. 27 2.5.1 经验关联式. . 2.5.2 普遍化关联式. 28 2.5 . 3 液体混合物的密度 . 习题 . 31 3 纯流体的热力学性质. . . 3.1 热力学性质间的关系. 33 3.3 逸度与逸度系数. 3. 1. 1 单相流体系统基本方程. 33 3. 3. 1 逸度及逸度系数的定义. 51 3. 1. 2 点函数间的数学关系式. 33 3. 3. 2 气体的逸度. 51 3. 1. 3 Maxwell 关系式. 34 3. 3. 3 体的逸度. . 56 3. 2 热力学性质的计算. 35 3.4 两相系统的热力学性质及热力学 3. 2. 1 axwell 关系式的应用. 35 图表. 3.2.2 剩余性质法. 39 3.4. 1 两相系统的热力学性质. 57 3.2.3 状态方程法. 43 3. 4. 2 热力学性质图表. 58 3.2.4 气体热力学性质的普遍化 习题. 61 系法. 46 4 流体混合物的热力学性质. 62 4. 1 变组成体系热力学性质间的关系. 62 4.4. 1 理想溶液的逸度、标准态. 78 4. 2 学位和偏摩尔性质 . . 63 4. 2. 1 化学位. 63 4. 2. 2 偏摩 性质. 63 4. 2. 3 Gibbs-Duhem 方程. 69 4. 3 混合物的逸度与逸度系数. 70 4.3.1 混合物的组分逸度. 70 4.3.2 混合物的逸度与其组分逸度之间的 关系. 74 4.3.3 压力和温度对逸度的影响. 77 4.4 理想溶液和标准态 . 77 4.4.2 理想溶液和非理想溶液. 79 4. 5 活度与活度系数. 80 4. 6 混合过程性质变化. 81 4.6.1 混合过程性质变化. 81 4. 6. 2 理想溶液的混合性质变化. 82 4. 6. 3 混合过程的始变及给浓图. 83 4.7 超额性质 . . . . 87 4.8 活度系数与组成的关联. 89 4.8.1 正规溶液和无热溶液. 90 4.8.2 ed li Kist 经验式. 90