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化工熱力學(第2版)/馮新

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出版社:化學工業出版社出版時間:2018-09-01
開本: 16開 頁數: 346
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化工熱力學(第2版)/馮新 版權信息

化工熱力學(第2版)/馮新 本書特色

化工熱力學是化學工程與工藝專業*重要的必修課程之一,也是一門非常抽象、枯燥和難以理解的課程。為了使學生能真正體會到化工熱力學的美麗和智慧所帶來的快樂,《化工熱力學》(第二版)無論從內容還是形式上均有推陳出新之舉,令人耳目一新。書中列舉大量“從生活中來、到生產中去”的鮮活實例;盡可能用直觀生動的圖像替代抽象的語言;插入重點提示,使得本書生動活潑、重點突出、易于理解,同時具有時代氣息。此外,《化工熱力學》(第二版)采用化工設計公司寶貴的工程案例真題真做,讓學生充分理解熱力學模型對化工生產質量與經濟效益的重要性。

《化工熱力學》(第二版)內容包括:緒論、流體的p-V-T關系和狀態方程、純流體的熱力學性質計算、溶液熱力學性質的計算、相平衡、化工過程能量分析、蒸汽動力循環與制冷循環,共七章。本書可作為化工及相關專業的高等學校教材,也可供有關科研和工程技術人員參考。

化工熱力學(第2版)/馮新 內容簡介

化工熱力學是化學工程與工藝專業重要的必修課程之一,也是一門非常抽象、枯燥和難于理解的課程。為了使學生能真正體會到化工熱力學的美麗和智慧,《化工熱力學》(第二版)精細打造,在內容和形式上均有推陳出新之舉,令人耳目一新。

《化工熱力學》(第二版)中列舉大量 “從生活中來到生產中去” 的鮮活實例,盡可能用直觀生動的圖像替代抽象的語言。

《化工熱力學》(第二版)中插入大量圖片與重點提示,使得教材生動活潑、重點突出、易于理解,具有時代氣息。

《化工熱力學》(第二版)采用化工設計公司提供的寶貴工程案例,真題真做,讓學生充分理解熱力學模型對化工生產質量與經濟效益的重要性。

《化工熱力學》(第二版)面向普通高等院校化學工程與工藝、制藥、材料、環境工程及其他相關專業本科學生。

化工熱力學(第2版)/馮新 目錄

第1章 緒論/ 1

1.1 化工熱力學的范疇 / 1

1.2 化工熱力學在化工中的重要性 / 2

1.3 化工熱力學的任務和主要研究內容 / 3

1.4 化工熱力學處理問題的方法 / 5

1.5 如何學好本課程——寫給同學們 / 6

習題 / 7



第2章 流體的p-V-T 關系和狀態方程/ 8

2.1 純流體的p-V-T 關系 / 9

2.1.1 T-V 圖 / 9

2.1.2 p-V 圖 / 10

2.1.3 p-T 圖 / 12

2.1.4 p-V-T 圖 / 12

2.1.5 流體p-V-T 關系的應用及思考 / 14

知識拓展——氣體液化的歷史 / 14

2.2 流體的狀態方程 / 17

2.2.1 理想氣體狀態方程 / 18

2.2.2 氣體的非理想性 / 18

2.2.3 立方型狀態方程 / 19

2.2.4 virial (維里) 方程 / 27

*2.2.5 多參數狀態方程 / 28

2.3 對應態原理和普遍化關聯式 / 28

2.3.1 對應態原理 / 29

2.3.2 兩參數對應態原理 / 29

2.3.3 三參數對應態原理 / 29

2.3.4 普遍化壓縮因子圖法 / 30

2.3.5 普遍化第二virial系數法 / 32

2.4 液體p-V-T 關系 / 35

2.4.1 飽和液體摩爾體積VsL / 36

2.4.2 液體摩爾體積 / 37

2.5 真實氣體混合物的p-V-T 關系 / 37

2.5.1 混合規則 / 37

2.5.2 虛擬臨界參數法和Kay規則 / 38

2.5.3 氣體混合物的第二virial系數 / 39

2.5.4 氣體混合物的立方型狀態方程 / 40

2.6 狀態方程的比較、選用和應用 / 45

2.6.1 狀態方程的比較和選用 / 45

2.6.2 狀態方程的應用 / 46

知識拓展——SAFT狀態方程 / 47

創新的軌跡——狀態方程—低溫技術—超導—磁懸浮列車之間的關系 / 47

本章小結 / 48

本章符號說明 / 49

習題 / 49



第3章 純流體的熱力學性質計算/ 52

3.1 預備知識——點函數間的數學關系 / 53

3.1.1 基本關系式 / 53

3.1.2 變量關系式 / 54

3.2 熱力學性質間的關系 / 54

3.2.1 熱力學基本方程 / 54

3.2.2 Maxwell關系式 / 55

3.2.3 熱力學基本關系式、偏導數關系式和Maxwell方程的意義 / 56

3.2.4 熱容 / 56

3.3 熱力學性質H、S、G 的計算關系式 / 56

3.3.1 H、S 隨T、p 的變化關系式 / 57

3.3.2 G 隨T、p 的變化關系式 / 58

3.3.3 理想氣體的H、S 計算關系式 / 60

3.3.4 真實氣體的H、S 計算關系式 / 61

3.4 剩余性質 / 62

3.4.1 剩余焓HR 和剩余熵SR / 62

3.4.2 剩余焓HR 和剩余熵SR 的計算方法 / 63

3.5 真實氣體的焓變和熵變的計算 / 70

3.6 真實氣體熱容的普遍式 / 72

3.7 流體的飽和熱力學性質 / 75

3.8 純流體的熱力學性質圖和表 / 76

3.8.1 水蒸氣表 / 76

3.8.2 熱力學性質圖的類型 / 78

3.8.3 熱力學性質圖的應用 / 80

本章小結 / 82

本章符號說明 / 84

習題 / 85



第4章 溶液熱力學性質的計算/ 87

4.1 均相敞開系統的熱力學基本關系與化學位 / 88

4.1.1 均相敞開系統的熱力學基本關系 / 88

4.1.2 化學位 / 89

4.2 偏摩爾性質 / 90

4.2.1 偏摩爾性質的引入及定義 / 90

4.2.2 偏摩爾性質與溶液性質的關系 / 92

4.2.3 偏摩爾性質之間的關系 / 93

4.2.4 偏摩爾性質的計算 / 93

4.2.5 偏摩爾性質間的依賴關系Gibbs-Duhem 方程 / 98

4.3 混合變量 / 100

4.3.1 混合變量的定義 / 100

4.3.2 混合體積變化 / 101

4.3.3 混合焓變 / 102

4.3.4 焓濃圖及其應用 / 103

4.4 逸度和逸度系數 / 104

4.4.1 純物質逸度和逸度系數的定義 / 105

4.4.2 純物質逸度系數的計算 / 105

4.4.3 混合物的逸度fm 及其逸度系數φm 的定義 / 110

4.4.4 混合物逸度系數φm 的計算 / 110

4.4.5 混合物中組分i 的逸度f^i 及其逸度系數φ ^i 的定義 / 111

4.4.6 混合物中組分i 的逸度f^i 及其逸度系數φ ^i 的計算 / 112

4.4.7 液體的逸度 / 116

4.4.8 壓力和溫度對逸度的影響 / 118

4.5 理想溶液 / 119

4.5.1 理想溶液的定義與標準態 / 119

4.5.2 理想溶液的特征及其關系式 / 121

4.5.3 理想溶液模型的用途 / 121

4.6 活度及活度系數 / 122

4.6.1 活度和活度系數的定義 / 122

4.6.2 活度系數標準態的選擇 / 124

4.6.3 超額性質 / 125

4.7 活度系數模型 / 131

4.7.1 Redlish-Kister經驗式 / 131

4.7.2 對稱性方程 / 132

4.7.3 兩參數Margules方程 / 132

4.7.4 van Laar方程 / 133

4.7.5 局部組成概念與Wilson方程 / 133

4.7.6 NRTL (Non-Random Two Liquids) 方程 / 135

*4.7.7 UNIQUAC方程 / 136

*4.7.8 基團溶液模型與UNIFAC方程 / 137

科學史話——吉布斯的熱力學“三部曲” / 141

本章小結 / 143

本章符號說明 / 146

習題 / 146



第5章 相平衡/ 150

5.1 相平衡基礎 / 151

5.1.1 相平衡判據 / 151

5.1.2 相律 / 152

5.2 互溶系統的汽液平衡計算通式 / 152

5.2.1 狀態方程法(EOS法) / 153

5.2.2 活度系數(γi 法) / 153

5.2.3 方法比較 / 155

5.3 汽液平衡 / 155

5.3.1 二元汽液平衡相圖 / 156

5.3.2 低壓下泡、露點計算 / 160

5.3.3 中壓下泡點、露點計算 / 167

5.3.4 烴類系統的K 值法和閃蒸計算 / 171

5.4 汽液平衡數據的熱力學一致性檢驗 / 177

5.4.1 Gibbs-Duhem 方程的活度系數形式 / 178

5.4.2 積分檢驗法(面積檢驗法) / 178

5.4.3 等壓汽液平衡數據的熱力學一致性檢驗 / 179

5.4.4 微分檢驗法(點檢驗法) / 180

5.5 熱力學模型選擇與Aspen Plus / 183

5.5.1 Aspen Plus在化工過程模擬中的主要功能 / 183

5.5.2 相平衡計算中的物性方法與模型選擇 / 183

5.5.3 熱力學模型選擇對精餾塔設計的影響案例 / 185

*5.6 其他類型的相平衡 / 193

5.6.1 液液平衡 / 193

5.6.2 汽液液平衡 / 194

5.6.3 氣液平衡 / 194

5.6.4 固液平衡 / 196

5.6.5 氣固平衡和固體(或液體) 在超臨界流體中的溶解度 / 196

本章小結 / 197

本章符號說明 / 198

習題 / 199



第6章 化工過程能量分析/ 203

6.1 熱力學**定律及其應用 / 204

6.1.1 穩流系統的熱力學**定律 / 205

6.1.2 穩流系統熱力學**定律的簡化及應用 / 207

6.2 熱力學第二定律及其應用 / 211

6.2.1 封閉系統的熵平衡式 / 212

6.2.2 孤立系統的熵平衡式 / 213

6.2.3 敞開體系的熵平衡式 / 213

6.3 理想功、損失功和熱力學效率 / 216

6.3.1 理想功 / 216

6.3.2 損失功 / 218

6.3.3 熱力學效率 / 220

6.4 損耗功分析 / 221

6.4.1 流體流動過程 / 221

6.4.2 傳熱過程的熱力學分析 / 222

6.4.3 傳質過程的熱力學分析 / 225

6.5 有效能 / 227

6.5.1 能量的級別與有效能 / 228

6.5.2 穩流過程有效能計算 / 229

6.5.3 有效能與理想功的異同 / 232

6.5.4 不可逆過程的有效能損失與無效能 / 233

6.5.5 有效能平衡方程式與有效能效率 / 234

6.6 化工過程能量分析及合理用能 / 237

6.6.1 化工過程的能量分析 / 237

6.6.2 合理用能基本原則 / 243

知識拓展——能源的梯級利用 / 243

工程案例——化工熱力學為節能減排而生 / 244

本章小結 / 246

本章符號說明 / 247

習題 / 248



第7章 蒸汽動力循環與制冷循環/ 251

7.1 氣體的壓縮 / 252

7.1.1 氣體的壓縮過程 / 252

7.1.2 等溫壓縮過程 / 253

7.1.3 絕熱壓縮過程 / 253

7.1.4 多變壓縮過程 / 254

7.2 氣體的膨脹 / 259

7.2.1 節流膨脹過程 / 259

7.2.2 對外做功的絕熱膨脹過程 / 261

7.3 蒸汽動力循環 / 264

知識拓展——發電廠介紹 / 265

7.3.1 卡諾(Carnot) 蒸汽循環 / 266

7.3.2 Rankine循環及其熱效率 / 267

7.3.3 蒸汽參數對Rankine循環熱效率的影響 / 271

7.3.4 Rankine循環的改進 / 272

知識拓展——超臨界和超超臨界火電機組 / 277

7.4 制冷循環 / 279

7.4.1 制冷原理與逆Carnot循環 / 279

7.4.2 蒸汽壓縮制冷循環 / 281

知識拓展——各種實際因素對蒸汽壓縮制冷循環的影響 286

7.4.3 制冷劑和載冷劑的選擇 / 292

知識拓展——制冷工質的發展歷程 294

7.4.4 吸收式制冷循環 / 295

7.5 熱泵 / 297

7.5.1 熱泵原理及性能指標 / 297

*7.5.2 熱泵精餾 / 299

*7.6 深冷循環與氣體液化過程 / 301

7.6.1 氣體液化*小功 / 302

7.6.2 林德(Linde) 循環 / 302

7.6.3 克勞德(Claude) 循環 / 303

*7.7 熱管 / 304

7.7.1 熱管的工作原理 / 304

7.7.2 熱管的傳熱極限 / 305

7.7.3 熱管的應用 / 305

創新的軌跡——熱力學**定律改變了我們的生活 / 306

本章小結 / 307

本章符號說明 / 309

習題 / 309



附錄/ 312

附錄1 常用單位換算表 / 312

附錄2 一些物質的基本物性數據表 / 313

附錄3 一些物質的理想氣體摩爾熱容與溫度的關聯式系數表 / 315

附錄4 一些物質的Antoine方程系數表 / 318

附錄5 水的性質表 / 321

附錄5.1 飽和水與飽和蒸汽表(按溫度排列) / 321

附錄5.2 飽和水與飽和蒸汽表(按壓力排列) / 322

附錄5.3 未飽和水與過熱蒸汽表 / 324

附錄6 R134a的性質表 / 330

附錄6.1 R134a飽和液體與蒸氣的熱力學性質表 / 330

附錄6.2 R134a過熱蒸氣熱力學性質表 / 331

附錄7 氨(NH3) 飽和液態與飽和蒸氣的熱力學性質表 / 331

附錄8 氨的T-S 圖 / 334

附錄9 氨的Inp-H 圖 / 335

附錄10 R12 (CCl2F2) 的Inp-H 圖 / 336

附錄11 R22 (CHCIF2) 的Inp-H 圖 / 337

附錄12 水蒸氣的H-S 圖 / 338

附錄13 空氣的T-S 圖 / 339

附錄14 主要公式的推導 / 340

附錄14.1 由RK方程計算組分逸度公式的推導 / 340

附錄14.2 開系非穩態過程能量平衡方程式的推導 / 341

附錄15 基團貢獻法 / 343



參考文獻/ 346
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化工熱力學(第2版)/馮新 作者簡介

馮新,南京工業大學化工學院教授,主要從事鈦酸鉀晶須的制備及在復合材料中的應用,如晶須增強尼龍、增強聚四氟乙烯以及高性能無石棉摩擦材料研究等。教學上是本科生主干課《化工熱力學》及研究生《計算機信息檢索》課程的學科帶頭人。共發表論文50多篇,獲得發明專利5項,申請發明專利4項,完成達到國際先進水平成果三項。 2001年獲中國石油和化學工業科技進步二等獎。化工熱力學教改獲2002年江蘇省二類優 秀課程,校一類優 秀課程。2004年被評為校“教書育人先進個人”,2005年獲得校首屆“優 秀教學質量獎”,同年被化工學院畢業班同學投票評為“化工學院十佳教師”。2005年獲校“優 秀共產黨員”稱號。2006年被評為校首屆“青年名師”培養對象。2006年獲校江蘇省高校“優 秀共產黨員”。

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