第1章概述1

1.1化工熱力學的發展歷程1

1.2繫統與環境2

1.3化學狀態與流體性質2

1.4熱力學定律3

1.4.1控制質量繫統的熱力學定律4

1.4.2控制體積繫統的熱力學定律4

1.5熱力學第二定律8

1.5.1熱量向功轉化的上限9

1.5.2熵11

1.5.3熱力學第二定律的數學表達12

思考題14

習題14



第2章流體的容積性質16

2.1純物質的p-V-T行為16

2.2流體的狀態方程18

2.2.1理想氣體狀態方程18

2.2.2維裡(Virial)方程19

2.2.3立方型方程21

2.3氣體的普遍化關聯30

2.3.1對應狀態原理31

2.3.2普遍化的立方型狀態方程31

2.3.3兩參數對應狀態原理33

2.3.4三參數對應狀態原理35

2.3.5普遍化第二維裡繫數關聯式37

2.4液體與似液體通用立方型狀態方程的根40

2.5液體普遍化關聯42

思考題44

習題45



第3章流體的熱力學性質46

3.1均相流體繫統的熱力學基本關繫式46

3.2焓和熵的計算48

3.3剩餘性質50

3.4剩餘性質的計算52

3.4.1由狀態方程求剩餘性質52

3.4.2由普遍化壓縮因子關繫求剩餘焓和剩餘熵54

3.4.3由普遍化維裡繫數求剩餘焓和剩餘熵57

3.5液體焓和熵的計算63

3.6熱力學性質圖表64

3.6.1TS圖65

3.6.2pH圖68

3.6.3HS圖68

思考題71

習題72



第4章真實氣體混合物的熱力學性質74

4.1混合規則74

4.2真實氣體混合物普遍化壓縮因子和摩爾體積的計算76

4.2.1Amagat定律(分體積定律)和普遍化壓縮因子圖聯用76

4.2.2真實氣體混合物的狀態方程77

4.3真實氣體混合物剩餘焓和剩餘熵的計算83

4.3.1由RK方程計算真實氣體混合物的剩餘焓和剩餘熵83

4.3.2由普遍化第二維裡繫數計算真實氣體混合物的剩餘焓和剩餘熵83

4.3.3由普遍化關聯圖計算真實氣體混合物的剩餘焓和剩餘熵85

思考題88習題89



第5章溶液熱力學90

5.1敞開繫統的熱力學關繫式與化學勢91

5.2偏摩爾性質92

5.3逸度和逸度繫數96

5.3.1純氣體的逸度計算97

5.3.2純液體的逸度計算101

5.3.3溶液中組分的逸度計算103

5.3.4利用Microsoft Excel進行熱力學性質計算108

5.4理想溶液與標準態112

5.5過量性質與混合過程中的性質變化114

5.5.1過量性質114

5.5.2混合過程中的性質變化115

5.5.3焓濃圖116

5.6活度和活度繫數117

5.6.1Wohl型方程120

5.6.2基於局部組成概念的活度繫數方程123

5.6.3UNIQUAC和UNIFAC模型125

思考題128

習題129



第6章相平衡131

6.1相平衡的判據131

6.2汽液平衡132

6.2.1低壓下的汽液平衡134

6.2.2中壓下的汽液平衡142

6.2.3高壓下的汽液平衡157

6.3氣液平衡159

6.4液液平衡161

6.4.1液液平衡相圖161

6.4.2溶液的穩定性162

6.4.3液液平衡計算164

6.5汽液液平衡(VLLE)165

思考題168

習題168



第7章化學反應平衡171

7.1反應坐標172

7.2化學反應平衡判據的應用174

7.3標準Gibbs能的變化及平衡常數175

7.4溫度對平衡常數的影響177

7.5平衡常數的估算180

7.6平衡常數與組成的關繫182

7.6.1氣相反應182

7.6.2液相反應183

7.7單一反應的平衡轉化率184

7.7.1均相反應185

7.7.2非均相反應186

7.8反應繫統的相律和Duhem定理187

7.9多個反應平衡189

7.10燃料電池195

思考題199

習題199



第8章流動繫統的熱力學分析200

8.1質量守恆201

8.2能量守恆202

8.3熵衡算205

8.3.1熵的概念205

8.3.2熵的衡算205

8.4熱力學方法的過程分析208

8.4.1流體流動過程分析209

8.4.2壓縮過程211

8.4.3膨脹過程217

8.4.4節流過程218

思考題222

習題222



第9章熱力學循環224

9.1卡諾循環及其逆循環224

9.2朗肯循環和蒸汽動力裝置225

9.2.1卡諾熱機的改進226

9.2.2朗肯循環的改進230

9.3蒸汽壓縮制冷循環233

9.4吸收式制冷循環234

9.5熱泵循環236

9.6吸收式熱泵237

思考題239

習題239



第10章化工過程的節能分析241

10.1理想功241

10.2損耗功242

10.3典型過程的分析244

10.3.1管內流動過程24410.3.2換熱過程244

10.3.3逆流換熱和順流換熱245

10.4能量原則246

思考題248

習題248



附錄250

附錄A單位換算繫數與通用氣體常數250

附錄B純物質的性質250

附錄C比熱容與物質生成性質253

附錄DLee-Kesler普遍化關聯表257

附錄E水蒸氣表272

附錄F熱力學圖301



習題參考答案303



參考文獻306

隨著經濟的全球化和高等教育的國際化，我國高等教育要融入世界高等教育平臺。“卓越工程師教育培養計劃”(簡稱“卓越計劃”)是貫徹落實《國家中長期教育改革和發展規劃綱要(2010—2020年)》和《國家中長期人纔發展規劃綱要(2010—2020年)》的重大改革，也是促進我國由工程教育大國邁向工程教育強國的重大舉措，對全面提高工程教育人纔培養質量具有十分重要的意義。伴隨著“卓越計劃”的啟動，高等院校專業課的教學內容、教學要求與方法都應作出必要的調整，以適應新的工程技術人纔培養要求，為國家培養出具有國際競爭能力、適應全球工程技術發展、符合國際工程認證標準的卓越工程技術人纔。

化工熱力學是化學工程的重要分支和基礎學科，“化工熱力學”課程是化工專業的重要專業基礎課。目前國內外《化工熱力學》教材多強調熱力學理論的闡述與推演，而在熱力學原理的工程應用方面顯得薄弱。工程技術人員特別需要的是利用化工熱力學原理解決化工實際問題的能力與實用的熱力學計算方法。根據“卓越計劃”的培養方案，本教材在繫統介紹化工熱力學原理的前提下，強化化工過程實用知識與實用計算方法的闡述，以使學生獲取更多的利用熱力學原理解決化工生產實際問題的能力。

全書共分10章。內容基於讀者已學完物理化學課程的熱力學基礎進行組織，編排次序注重課程內容更好的銜接。第1章是概述，介紹熱力學的發展及復習熱力學、第二定律；第2章闡述流體的容積性質；第3章介紹流體的熱力學性質；化工過程物流中絕大部分都是混合物，故混合物物流的熱力學性質尤為重要，本書將此內容繫統編排，單設一章，即第4章；第5章闡述溶液熱力學基礎；第6章闡述流體相平衡，重點闡述了汽液平衡計算，對氣液與液液平衡亦作了適當的介紹；第7章為化學反應平衡；第8章為流動繫統的熱力學分析，介紹典型化工過程的流體輸運、功能熱轉換與計算；第9章闡述流體的動力循環與制冷循環；第10章為化工過程的節能分析。前5章重點闡述化工熱力學的基礎理論，後5章著重體現了化工熱力學理論與化工生產實踐的結合。

本書主要作為化工及相關專業本科生教材，也可作為相關工程技術人員的參考書。

本書由大連理工大學於志家、李香琴、蘭忠與大連工業大學黃德智共同編著，具體分工為：於志家編寫第1、第5、第6章，李香琴編寫第2～4章，蘭忠編寫第8～10章，黃德智編寫第7章。全書由於志家統稿。在本書編寫過程中得到了張乃文、陳嘉斌、張艷、鮑軍江、張寧老師與研究生佟詩宇、姜營營、李群、張凱博、姜睿、徐威、溫榮福、鄭毅、趙小航、於得旭、王松、程惠遠及本科生叢陽、楊筱恬、周昊等在內容、例題、習題、文檔處理等方面提供的諸多幫助，得到了大連理工大學教務處、化工與環境生命學部有關領導的大力支持,在此深表謝意。

本書編寫過程中參閱了多部國內外同行編著的教材，特向相關作者表示感謝。由於作者水平有限，疏漏與不當之處在所難免,衷心希望讀者批評指正。



編著者

2016年6月