化工热力过程 pdf epub mobi txt 电子书 下载 2026

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出版时间:1996-3

价格:10.70元

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isbn号码:9787502509941

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• 化工热力学
• 热力过程
• 化工原理
• 传热学
• 过程模拟
• 相平衡
• 热力学性质
• 化学工程
• 工业化学
• 热力学计算

化工热力过程：原理与应用 一、 引言 化工热力学作为化学工程的核心学科之一，为理解和优化化学反应、物质分离以及能源利用等化工过程提供了坚实的基础。它揭示了能量在系统中的转化和传递规律，是实现经济高效、环境友好的化工生产的关键。本书旨在深入探讨化工热力学的基本原理，并结合实际化工过程，阐述其应用方法。 二、 热力学第一定律与能量守恒 本章将从热力学第一定律入手，介绍能量守恒的基本概念。我们将详细讲解焓（enthalpy）、熵（entropy）和吉布斯自由能（Gibbs free energy）等热力学函数的定义及其在过程分析中的作用。通过对功（work）和热（heat）的深入理解，我们将分析各种化工过程中的能量变化，例如流体在管道中的流动、压缩机和泵的功耗，以及换热器中的热量传递。 系统与环境的划分：明确界定研究对象，区分系统与环境，理解界面的作用。 状态函数与路径函数：区分状态函数的性质（如温度、压力、体积、焓、熵、吉布斯自由能）与路径函数（如功、热），强调状态函数只取决于系统所处的状态，与达到该状态的路径无关。 焓的计算与应用：介绍生成焓、燃烧焓、相变焓等概念，并通过焓图或热力学表格演示如何计算反应热、相变热等，以及其在反应器设计和能量衡算中的应用。 功的类型：分析膨胀功、轴功、表面张力功等不同形式的功，及其在化工设备（如压缩机、泵、搅拌器）中的计算和影响。 热力学第一定律在稳态与非稳态过程中的应用：探讨稳态流动过程的能量衡算，以及周期性过程的能量转化。 三、 热力学第二定律与过程方向 热力学第二定律是判断过程自发性的关键。本章将引入熵的概念，阐述其与无序度的关系，并探讨不可逆性对过程效率的影响。我们将分析各种化工过程中的熵产生，以及如何通过优化操作条件来最小化熵产生，提高过程的可行性和经济性。 熵与不可逆性：深入理解熵增原理，以及不可逆性在真实过程中的表现，如摩擦、混合、传热等。 卡诺循环与热机效率：介绍理想的可逆循环（卡诺循环）及其效率，并将其与真实化工过程中的能量转换效率进行对比。 吉布斯自由能的判据：将吉布斯自由能作为判断等温等压条件下过程自发性的判据，分析其在化学反应和相平衡中的应用。 熵产的计算与控制：学习如何计算化工过程中的熵产，并探索减少熵产的策略，例如优化传热、减少物料混合、改进设备设计等。 热力学第二定律在分离过程中的意义：阐述分离过程本质上是一个熵减过程，以及如何利用外加能量克服熵增。 四、 溶液热力学与相平衡 溶液的形成和性质是化工过程中普遍存在的现象。本章将深入研究溶液热力学，包括活度、逸度等概念，并重点分析多组分多相系统的相平衡。我们将探讨汽液平衡、液液平衡、固液平衡等，并介绍汽液平衡关系式（如Raoult定律、Henry定律）及其在精馏、吸收等分离过程中的应用。 偏摩尔量：理解偏摩尔焓、偏摩尔熵、偏摩尔体积等概念，及其在描述溶液性质中的作用。 活度与逸度：介绍如何用活度和逸度来描述真实溶液和真实气体的热力学性质，并提供计算方法。 相平衡原理：基于吉布斯相律，分析多组分多相系统的平衡条件，理解相图的绘制和解读。 汽液平衡：详细讲解理想溶液和非理想溶液的汽液平衡关系，包括恒沸点、共沸点等现象，并介绍如Antoine方程、Wilson方程等关联汽液平衡数据的方法。 液液平衡与固液平衡：分析液体混合物的相分离现象，以及固溶体的形成，并介绍相关平衡关系。 相平衡在分离操作中的应用：将相平衡原理应用于精馏、吸收、萃取、结晶等单元操作的设计和分析。 五、 化学反应热力学 化学反应的发生伴随着能量变化，对反应的可行性和产物的选择性具有决定性影响。本章将从热力学角度分析化学反应，包括反应焓、反应熵和反应吉布斯自由能的计算，以及标准生成焓、标准燃烧焓的意义。我们将重点介绍平衡常数与热力学函数之间的关系，以及温度、压力对化学平衡的影响（如范特霍夫方程）。 化学计量与热化学：介绍反应进度、限制组分等概念，并计算化学反应的热效应。 标准态与标准反应热：定义标准态，计算标准反应焓、标准反应熵和标准反应吉布斯自由能。 平衡常数与热力学函数的联系：推导平衡常数与标准反应吉布斯自由能之间的关系，阐述平衡常数随温度变化的规律。 化学平衡的移动：分析勒夏特列原理在化学平衡中的应用，探讨温度、压力、浓度变化对平衡位置的影响。 多相反应平衡：处理涉及固体、液体和气体的反应体系的平衡问题。 化学反应器设计中的热力学考量：结合反应热力学，分析反应器绝热条件下的温度变化，以及如何通过控制温度来提高产率和选择性。 六、 统计热力学基础（可选） 对于追求更深层次理解的学生，本章将简要介绍统计热力学的基本思想。通过微观粒子的运动和分布来解释宏观热力学性质，如通过配分函数与热力学函数之间的关系，从分子层面理解熵、焓等概念。 微观状态与宏观状态：理解微观状态（微观构型）与宏观状态（可测量的宏观性质）之间的对应关系。 玻尔兹曼分布：介绍粒子在不同能级上的概率分布规律。 配分函数：定义配分函数，并阐述其作为连接微观和宏观热力学的桥梁的作用。 通过配分函数计算热力学性质：展示如何从配分函数计算内能、熵、自由能等宏观热力学量。 七、 实际化工过程中的热力学应用 本章将把前述理论知识应用于分析和优化实际的化工过程。我们将选择几个典型的化工单元操作，如蒸馏、吸收、萃取、压缩、膨胀、换热等，深入分析其热力学过程，并探讨如何利用热力学原理提高能源利用效率、降低环境影响。 蒸馏过程的热力学分析：结合汽液平衡数据，分析二元及多组分体系的精馏过程，计算理论塔板数和操作线。 吸收与解吸过程的模拟：利用传质与传热的热力学原理，分析吸收和解吸过程，设计吸收塔和解吸塔。 压缩与膨胀过程的能耗优化：分析压缩机和膨胀机的功耗，探讨多级压缩、中间冷却、膨胀做功等技术如何降低能耗。 换热器网络的优化：运用传热热力学原理，设计经济高效的换热器网络，实现能量的梯级利用。 制冷与热泵循环：分析制冷循环和热泵循环的工作原理，计算其性能系数，并探讨节能改进措施。 工艺流程的优化与综合：将热力学原理贯穿于整个工艺流程设计中，实现能量的优化配置和资源的高效利用。 八、 结论 本书系统地阐述了化工热力学的基本原理，并将其应用于分析和解决实际的化工问题。通过对能量转化、过程方向、相平衡和化学反应的深入理解，读者将能够更好地设计、操作和优化化工过程，实现经济效益和环境效益的双重提升。化工热力学不仅是理解化学工程的基石，更是推动可持续发展和绿色化学的重要驱动力。

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