普通高等教育“十一五”国家级规划教材 化工热力学 (通用型) 第二版 马沛生李永红主编 园化学工业食版社
圆■第二版前言■题 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5图单位改用国际标准单位。最大的变化是增加了“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
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 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，例如增加了热泵精锢，氨 的的图单位改用国际标准单位 最大的变化是增加了"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 用和重要性，然后对化工热力 学的发 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 学及 分支的重要教材或 本书由马沛生、李永红主编，马沛生编写第 10 11 及附录，李永 编写 章，杨长生编写第 章，夏淑倩编写第 章，常贺英编写第 章，陈明鸣编写第 书中难免有不当之处，欢迎读者批评指正 编者 2009
圆图■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，本教材加人一章进行 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，力图闸明化工热力 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pVT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。 (?)考虑到反应热的计算比化学平衡计算更重要，本书补人一些热化学内容，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
第-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 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 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 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 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 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 方法时，更偏重 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 范围，建议把分子热力 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 -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 方程也无法技人使用，因此化工数据已成为化工热力 重要分支。 本书 加入"物性数据的估 "这一章 ，介绍化工数据中的 些人门知识 (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) 内目前化 热力 学课时有所差异，还要考虑自学之用，所以本书编 有弹性 本书 分为两部分，前一部分(主修部分 章， 部分(辅修部分)共 ，教师可按 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 ，提供了约 00 油化工中 常用物质的一批数据，相 当于一个小型数据 ，除供本书的例题及习题使用外，还可供 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 、第 、第 10 11 及附 录。夏 情编写第 章及第 节。常贺英编 章及第 章。 陈明呜
编写第5章的第1一4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htp:1/202.113.13.67 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
编写第 章的第 ~4 节及第 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. 11 3. 13. 67/ co urs e/ r eli 0 作者力图使本书具有特色，有更大的适用面，有更强的 用性， 于理解， 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 热力 的理解未必很深入，不当之处敬请 评指正 编者 2005
配图■目 录■■ 主修部分 第1音绪论， 3.2焙变和搞变的计算 38 1.1热力学发简中 3.2.1单相流体焓变的计算 ,38 31 化工热力学的主要内笔 3.2.2 单相流体变的计算 46 1. 化工热力学的研究方法及其发展 3.2.3 蒸发焓与蒸发城 1.4 化工热力学在化工中的重要性· 3.2.4真实气体热容计算 第2章流体的pV-T关系 3.3热力学件质图表 54 21 纯物质VT的相行为 3.3.1热力学性质图. .54 22 流体的状态方程 3.3.2热力学性质表 2.2.1 理想气体状态方程 本章小结 2.2.2 维理方积 习题· 61 022 立方型状态方程. 第4章热力学基本定律及其应用 .63 2.2.4 硬球扰动状态方程 12 4.1 热力学第 定律 63 225 多参数状态方码 13 能量的种类 63 2.3对比态原理及其应用 4.1.2热力学第一定律的数学表达式 2,3.1对比态原理 14 能量平衡方程 .65 929 三参数对比态原理 14 4.2热力学第二宗律 .67 2.4尊遍化状态方程 4.2.1 与增原理 6 24. 普遍化第 二维里系数 19 4.2.2 产生与嫡平衡 2.4.2 普遍化立方型状态方程 2 4.3能量的质量和级别 70 2.5流体VT关系式的比较 23 4.4理想功、损失功与热力学效率 71 2.6直实流体混合物的T关系 4.4.1 理相功 2.6.1 混合规则 损失功 2.6.2 流体混合物的虚拟临界参 25 4.4.3热力学效率 2.6.3 气体混合物的第二维里系数 4.5有效能和无效能 73 2.6.4混合物的立方型状态方程 27 4.5.1有效能定义 73 2.7液体的VT关系 4.5.2稳流过程有效能计算 74 2.7.1 饱和液体体积 4.5.3 无效 76 2.72 压缩液体 过冷液体) 体积 30 4.5.4有效能、无效能、理想功和损失功 2.7.3 液体混合物的pVT关系. 30 之国的关系 76 本查小结 31 .5.5有效能效率 76 可期， 4.6化工过程热力学 分析的三种方法及其比较 第3章 单组元流体及其过程的热力学 4.6.1 三种分析方法 性质 34 4.6.2三种热力学分析方法的比较 77 3.1热力学性质间的关系 34 4.7合理用能的基本原则 78 31.1热力学基本方程 4.8气体的压 78 3.1.2 Ma 1(麦克斯韦尔)关系式 4.81 单级往复式压缩机的功耗 79 3.1.3汽液平衡系统的热力学性质关系 38 4.8.2多级压缩4.80
王幢韶妇 章绪论. . . 2 1. 1 热力学发展简史. . 1. 2 热力学的主要内容. . 3 1. 3 热力 的研究方法及其发展 . 3 1. 4 力学在 工中 重要性 . 章流体的 Jr V-T 关系. 2. 1 纯物质 p- 的相行为. . 2. 2 流体的状态方程. 6 2. 2. 1 理想 体状态方程. 2. 2. 2 维里方程. 7 2. 2. 3 立方型状态方程. 2. 2. 4 硬球扰动状态方程 . 12 2. 2. 5 多参数状态方程 . 13 2. 3 对比态原理及其应用 . 14 2.3. 1 对比态 . 14 2. 3.2 三参数对比态原理 . 14 2. 4 普遍化状态方程 . . 2.4. 1 普遍 第二维里系数 . . 19 2. 4. 2 普遍 立方型状态方程 . 21 2. 5 流体户 关系式的比 . 23 2. 6 真实 流体混 物的户 关系 . . . 24 2.6. 1 混合规则 . . 25 2. 6. 2 流体混合物的虚拟临界参数 . 25 2. 6. 3 体混合物的第 维里系数 . 26 2. 6. 4 混合物的立方型状态方程 . 27 2. 7 体的 p- 关系 . m 2.7. 1 饱和液体体积 . 29 2. 7. 2 压缩液体( 冷液 )体积 . 30 2. 7.3 液体混合物的 p- 丁关系- . 30 . . . 习题 . . . 32 单组元流体及其过程的热力学 性质. . . 34 3. 1 热力 间的关系 . 34 3. 1. 1 热力 学基本方程 . 34 3.1. 2 Maxwel (麦克斯韦尔)关系式 . 35 3. 1. 3 汽液平衡系统的热力 性质关系 . 38 3. 2 始变和恼变的计算 . 38 3. 2. 1 单相流体始变的 . 38 3. 2. 2 单相流体恼变的计算 . 46 3. 2. 3 蒸发始与蒸发恼 . . 50 3. 2. 4 真实气体热容计算 . . 53 3. 3 热力 学性质图表 . . . . . 54 3.3. 1 热力 学性质图 . . 54 3.3. 2 热力 性质表 . . 本章小结. . . . 61 习题 . . . . 热力学基本定律及其应用 . 63 4. 1 热力学第一定律 . 63 4. 1. 1 能量的种类 . . . 63 4. 1. 2 力学第 定律 的数学表达式 能量平衡方程 . 65 4. 2 热力 学第二定律 . 67 4. 2. 1 '脑与 搞增原理 . 68 4. 2. 2 '脑产生与情平衡 . 70 4. 3 量的质量和级别 . 70 4. 4 理想功、损失功 热力学效率 . 71 4.4. 1 理想功 . 71 4. 4. 2 损失功 . . 72 4. 4. 3 力学效率 . 72 4. 5 有效能和无效能 . 73 4. 5. 1 有效能定义 . 73 4. 5. 2 稳流过程有效能计算 . 74 4. 5. 3 无效能 . . . 76 4. 5. 4 有效能、无效能、理想功和损失功 的关系 . . 76 4. 5. 5 有效能效率 . . 76 4. 6 工过程热力学分析的 种方法及其比较 . 76 4.6. 1 种分析方法 . . 77 4.6. 2 种热力学分析方法的 比较 . 77 4. 7 合理 能的基本原则 . 78 4. 8 体的压缩 . 78 4.8. 1 单级往复式压 机的功耗 . 79 4. 8. 2 级压缩 . . . 80