编辑推荐
本书为国家精品课程“化工热力学”教材，由清华大学化学工程系教师编写。内容包括热力学基本定律、流体p-V-T关系和热力学性质、气体压缩和膨胀、热功转换和过程热力学分析、液体溶液、相平衡和化学反应平衡等。第3版主要补充了极性物质立方型状态方程、溶液理论全面推导、超额吉布斯混合规则和先进相平衡算法等内容。本书可用作高等院校化工热力学课程的教材，也可供从事化学工业、石油天然气、环保、材料和热能动力的科技人员参考。
作者简介
作者：高光华
高光华：清华大学化工系教授，从事化工热力学教学30余年，国家教学名师，国家精品课主讲教师。陈健：清华大学化工系教授，博导，从事化工热力学教学10余年，清华大学精品课教师。卢滇楠：清华大学化工系副教授，博导，全国优秀博士论文获得者，从事化工热力学教学10余年。
目录
0绪论
0.1化工热力学的内容
0.2名词、定义和基本概念
0.2.1热力学体系
0.2.2热力学变量
0.2.3热力学过程
0.2.4热力学第零定律和温度
0.2.5能、功和热
习题
参考文献
1热力学基本定律
1.1热力学第一定律
1.1.1焦耳实验和内能
1.1.2热力学第一定律的数学表达式
1.1.3稳定流动过程
1.1.4气体的基本热力学过程
1.2热力学第二定律
1.2.1从热变功的实际意义
1.2.2热力循环与热效率
1.2.3卡诺循环与卡诺定理
1.2.4热力学第二定律的数学表达式
1.2.5熵变与不可逆性
习题
参考文献
2流体的p—V—T关系
2.1纯流体的p—V—T性质
2.2理想气体定律与维里方程
2.2.1理想气体模型与理想气体定律
2.2.2维里方程
2.2.3实用的舍项维里方程
2.3经典状态方程
2.3.1立方型状态方程
2.3.2多参数状态方程
2.4对比态原理
2.4.1对比态原理的提出
2.4.2改良对比态原理
2.4.3普遍化的真实气体状态方程
2.5对比态关联
2.5.1普遍化压缩因子图
2.5.2Lydersen—Greenkorn—Hougen对比态关联式
2.5.3Pitzer对比态关联式
2.5.4Lee—Kesler改进的Pitzer对比态关联式
2.5.5极性物质的对比态关联式
2.6液体的p—V—T性质
2.6.1饱和液体状态方程
2.6.2压缩液体状态方程
2.6.3普遍化关联式
2.6.4结构加和法
2.7真实气体混合物
2.7.1Amagat定律、Dalton定律与普遍化压缩因子图联用
2.7.2状态方程混合规则
2.7.3混合物的临界参数
2.7.4液体混合物的混合规则
习题
参考文献
3流体的热力学性质
3.1热力学关系
3.1.1麦克斯韦关系式
3.1.2热力学函数的一阶导数间的普遍关系
3.2热力学性质的计算
3.2.1参比态的选择和理想气体的热力学性质
3.2.2真实气体的热力学性质
3.2.3普遍化热力学性质图
3.3逸度与逸度系数的定义及其计算
3.3.1逸度与逸度系数的定义
3.3.2纯气体逸度的计算
3.3.3逸度与温度和压力的关系
3.3.4凝聚态物质的逸度
3.4热力学图表
3.4.1从实验数据制作热力学图表的方法与步骤
3.4.2热力学图的形式
3.5变组成体系的主要性质关系
3.5.1开放体系的热力学关系式和化学势
3.5.2偏摩尔性质
3.6气体混合物的热力学性质
3.6.1气体混合物的组分逸度
3.6.2气体混合物的焓值计算
习题
参考文献
4气体的压缩和膨胀过程
4.1压缩机
4.1.1单级往复式压缩机
4.1.2有余隙的往复式压缩机
4.1.3多级压缩机
4.1.4压缩机的功率与效率
4.1.5压缩机的冷却
4.1.6叶轮式压缩机
4.2喷管和扩压管的热力学分析
4.2.1喷管
4.2.2有摩擦的流动
4.2.3扩压管
4.3喷射器
习题
参考文献
5热功转换过程
5.1动力装置循环
5.1.1蒸汽动力装置循环
5.1.2燃气轮机动力装置循环
5.1.3蒸汽—燃气联合装置循环
5.2节流膨胀与做功膨胀
5.2.1节流膨胀过程
5.2.2做外功的等熵膨胀过程
5.3制冷装置循环
5.3.1蒸汽压缩制冷循环
5.3.2制冷剂的选择
5.3.3载冷剂的选用
5.3.4冷冻能力的比较
5.4分级压缩制冷及复迭式制冷
5.4.1分级压缩制冷循环
5.4.2复迭式制冷循环
5.5其他形式的制冷装置
5.5.1蒸汽喷射式制冷循环
5.5.2吸收式制冷循环
5.6热泵原理与热能的综合利用
5.7气体的液化
5.7.1简单林德（Linde）冷冻装置循环
5.7.2Heylandt冷冻装置循环
习题
参考文献
6过程热力学分析
6.1理想功
6.2损失功
6.3稳定流动过程的热力学分析
6.3.1过程热力学分析的表达式
6.3.2有效能
6.4分离过程功
习题
参考文献
7液体溶液
7.1溶液的热力学基本关系式
7.1.1理想溶液
7.1.2非理想溶液、活度与活度系数
7.1.3超额性质、吉布斯—杜亥姆方程
7.2二元体系液相活度系数
7.2.1Scatchard—Hildebrand方程
7.2.2Wohl方程
7.2.3Flory—Huggins方程
7.2.4Wilson方程
7.2.5NRTL方程
7.2.6UNIQUAC模型
7.3多元体系液相活度系数
7.3.1Scatchard—Hildebrand方程
7.3.2Wilson方程
7.3.3NRTL方程
7.3.4UNIQUAC模型
7.3.5基团贡献模型
7.4无限稀释活度系数与配偶参数
7.4.1无限稀释活度系数
7.4.2配偶参数的确定方法
7.5GE型混合规则
7.5.1Huron—Vidal混合规则
7.5.2改进的Huron—Vidal混合规则
7.5.3预测性的SRK方程
习题
参考文献
……
8相平衡
9化学反应平衡
附录
主要符号表
序言
第3版前言
童景山、高光华和刘裕品编著的《化工热力学》第1版于1995年出版，高光华和童景山编著的《化工热力学》第2版于2007年出版。第2版作为清华大学化工系本科三年级的国家精品课教材也已有9年，同学们普遍反映教材整体适合化工及相关专业本科生的化工热力学课程的学习，是一本理论和应用两方面都很出色的教材。
随着化工热力学学科理论研究和实践的进展，有必要对教材进行内容的增补和修订。第2章中，主要增加了适合于极性物质的立方型状态方程、多参数立方型方程和混合规则，弥补了原有的立方型方程只能用于非极性和弱极性物质的不足，由高光华和陈健完成。第7章中，增补完善了溶液理论中的ScatchardHildebrand、FloryHuggins、NRTL和UNIQUAC模型的具有物理意义的推导，有助于学生学习理论模型的逻辑推导过程； 增加了改进的UNIFAC模型和超额吉布斯自由能混合规则。特别是超额吉布斯自由能混合规则将状态方程和溶液理论相结合，改变了过去状态方程主要用于气相非极性弱极性混合物而溶液理论只能用于液相的状况。同时结合了状态方程适用于不同压力而溶液理论适用于各种物质的优点，适用于所有混合物的气相和液相的热力学性质的计算，建立了比较完美的热力学模型，由陈健完成。第8章中，增补了气体溶解度计算中的非对称归一化的活度系数和多元液液平衡的算法等内容，完善了相平衡算法，由陈健完成。将第8章中的化学平衡，经过整理和增补，作为单独的第9章，系统地描述了化学平衡判断准则和算法，由卢滇楠完成。在全书的符号方面，整体保持了原有的设计，只是将Helmholtz自由能由原来的F改为A，和国内外大多数文献相符合。全书也进行了必要的勘误和文字修订。上述增补的主要内容，都第一次出现在教科书中，提高了教材的整体性和系统性。
本书得到了清华大学教务处、化工系领导和同事们、清华大学出版社的鼎力支持，在此一并表示感谢！
本书仍有很多不足之处，敬请同行和读者们指正。
高光华陈健卢滇楠
2016年1月于清华园
文摘
0绪论
0.1化工热力学的内容
热力学是以热力学第一、第二定律为基础，经过严密的逻辑推理导出的科学结论，因而被物理学家、化学家和工程师广泛使用。在化学工业
的生产科学实验中有大量的问题需要解决，既有化学问题，又有工程问题，所以化工热力学
也就应运而生。化工热力学实际上是化学热力学和工程热力学组合而成的一门学科，它是热
力学的分支，也是化学工程学的主要分支之一。近二三十年来化学工业的高速发展，使这门学科的地位日益显著。化学工程师首先要处理大量的物质，据统计，现已有10万种以上的无机物和近万种有机化合物，这里尚未把数不尽的混合物计算在内。且就热力学性质而论，现已研究得十分透彻的元素和化合物只有100种左右。除了测定必要的数据之外，物质热
力学性质的估算、流体状态方程式的研究以及普遍化方法求算热力学函数就成为化工热力学
的基础工作了。在化工生产的许多单元操作如反应、蒸馏、吸收、萃取以及物质传递中，温
度和压力的变化范围是如此宽广，处理的流体有的是强极性的，有的是氢键缔合的，因而使
得化学工程师不能再囿于理想气体和理想溶液的狭隘范畴进行简单的计算，而必
须置于实际的生产过程中，对真实系统做出精确的定量描述以满足化工过程的开发、研究和
设计的需要。在分子间的作用力效应尚未完全搞清楚之前，不得不借用经验或半经验方法。
这些正是化工热力学的方法之一。此外，对于绝大多数实际研究的体系，直接测定的实验数
据往往是不完整的，因此如何利用有限的实验数据来预测整个体系的性质，这也是化工热力
学面临的任务，需要利用化工热力学中有关平衡性质的理论来对体系的性质进行关联推断
。而且，对一研究体系，虽有很多实验数据可以查得，但如果对其组成、压力和温度等变化的影
响没有整理分析，这些数据也还是难以采用的，例如查阅到五套醋酸水体系的汽液平
衡数据，在设计中究竟采用哪一套呢，这不能凭个人的好恶而加以取舍，只能依热力学一致
性的理论来校验，从而对汽液平衡数据做出评价以便从中挑选。
近20年来，随着化工装置的大型化，化工工艺设计及操作分析也向着定量研究的前景发展，
需借
助电子计算机对复杂的工艺流程进行模拟计算，这就不可避免地要对真实体系提出可靠的平衡
热力学数学模型，以适应化学工程系统的模拟计算。近年来计算机科学的蓬勃发展已将繁复
的热力学计算变为可能，新的计算工具引进了新的观点、新的方法和新的理论，从而促进了
化工热力学理论的发展。在许多化工设计程序中，热力学的计算可占计算机时间的50%以上
，有的甚至可高达80%，可见化工热力学在化学工程学科中举足轻重的地位。
自从1944年B.F.Dodge［１］撰写了《化工热力学》教科书以后，国内外这方面
的研究不断深入，教学工作也颇有成效，目前，化工热力学不仅是大学生的必修课，也是研
究生的必修课。化工热力学已成为化学工程学的主要分支学科之一，化工热力学与化学工程其他基础学科的关系就如基石与高层建筑的关系，如图01所示。
图01化工热力学和其他化学工程分支学科的关系
经典热力学处理问题时采取宏观的方法，不需要知道体系内部的粒子结构和变化的细节，只
要知道体系的初态和终态就可进行热力学状态函数的计算，而统计热力学通过正则配分函数
把大量粒子构成的体系的微观运动和宏观行为联系起来，从而能定量地预算物质的热力学性
质。遗憾的是，目前统计热力学只能计算近乎理想体系的性质，尚不能解决化学工业中常见
的非理想体系。随着科学技术的迅速发展，越来越多地要求从微观角度来讨论和计算宏观性
质，出现了分子热力学(或称应用统计热力学)。它克服了经典热力学和统计热力学的某种局
限，在经典热力学的基础上，依靠分子物理和统计热力学的方法来考虑、关联和计算物质的
行为和性质。现在这方面已取得不少成功，早在1969年就出版了专著［2］。应该说
，分子热力学仍属技术科学的范畴，乃是化工热力学发展的新方向，必须引起足够的注意。
本书为国家精品课程“化工热力学”教材，由清华大学化学工程系教师编写。内容包括热力学基本定律、流体p-V-T关系和热力学性质、气体压缩和膨胀、热功转换和过程热力学分析、液体溶液、相平衡和化学反应平衡等。第3版主要补充了极性物质立方型状态方程、溶液理论全面推导、超额吉布斯混合规则和先进相平衡算法等内容。本书可用作高等院校化工热力学课程的教材，也可供从事化学工业、石油天然气、环保、材料和热能动力的科技人员参考。
作者简介
作者：高光华
高光华：清华大学化工系教授，从事化工热力学教学30余年，国家教学名师，国家精品课主讲教师。陈健：清华大学化工系教授，博导，从事化工热力学教学10余年，清华大学精品课教师。卢滇楠：清华大学化工系副教授，博导，全国优秀博士论文获得者，从事化工热力学教学10余年。
目录
0绪论
0.1化工热力学的内容
0.2名词、定义和基本概念
0.2.1热力学体系
0.2.2热力学变量
0.2.3热力学过程
0.2.4热力学第零定律和温度
0.2.5能、功和热
习题
参考文献
1热力学基本定律
1.1热力学第一定律
1.1.1焦耳实验和内能
1.1.2热力学第一定律的数学表达式
1.1.3稳定流动过程
1.1.4气体的基本热力学过程
1.2热力学第二定律
1.2.1从热变功的实际意义
1.2.2热力循环与热效率
1.2.3卡诺循环与卡诺定理
1.2.4热力学第二定律的数学表达式
1.2.5熵变与不可逆性
习题
参考文献
2流体的p—V—T关系
2.1纯流体的p—V—T性质
2.2理想气体定律与维里方程
2.2.1理想气体模型与理想气体定律
2.2.2维里方程
2.2.3实用的舍项维里方程
2.3经典状态方程
2.3.1立方型状态方程
2.3.2多参数状态方程
2.4对比态原理
2.4.1对比态原理的提出
2.4.2改良对比态原理
2.4.3普遍化的真实气体状态方程
2.5对比态关联
2.5.1普遍化压缩因子图
2.5.2Lydersen—Greenkorn—Hougen对比态关联式
2.5.3Pitzer对比态关联式
2.5.4Lee—Kesler改进的Pitzer对比态关联式
2.5.5极性物质的对比态关联式
2.6液体的p—V—T性质
2.6.1饱和液体状态方程
2.6.2压缩液体状态方程
2.6.3普遍化关联式
2.6.4结构加和法
2.7真实气体混合物
2.7.1Amagat定律、Dalton定律与普遍化压缩因子图联用
2.7.2状态方程混合规则
2.7.3混合物的临界参数
2.7.4液体混合物的混合规则
习题
参考文献
3流体的热力学性质
3.1热力学关系
3.1.1麦克斯韦关系式
3.1.2热力学函数的一阶导数间的普遍关系
3.2热力学性质的计算
3.2.1参比态的选择和理想气体的热力学性质
3.2.2真实气体的热力学性质
3.2.3普遍化热力学性质图
3.3逸度与逸度系数的定义及其计算
3.3.1逸度与逸度系数的定义
3.3.2纯气体逸度的计算
3.3.3逸度与温度和压力的关系
3.3.4凝聚态物质的逸度
3.4热力学图表
3.4.1从实验数据制作热力学图表的方法与步骤
3.4.2热力学图的形式
3.5变组成体系的主要性质关系
3.5.1开放体系的热力学关系式和化学势
3.5.2偏摩尔性质
3.6气体混合物的热力学性质
3.6.1气体混合物的组分逸度
3.6.2气体混合物的焓值计算
习题
参考文献
4气体的压缩和膨胀过程
4.1压缩机
4.1.1单级往复式压缩机
4.1.2有余隙的往复式压缩机
4.1.3多级压缩机
4.1.4压缩机的功率与效率
4.1.5压缩机的冷却
4.1.6叶轮式压缩机
4.2喷管和扩压管的热力学分析
4.2.1喷管
4.2.2有摩擦的流动
4.2.3扩压管
4.3喷射器
习题
参考文献
5热功转换过程
5.1动力装置循环
5.1.1蒸汽动力装置循环
5.1.2燃气轮机动力装置循环
5.1.3蒸汽—燃气联合装置循环
5.2节流膨胀与做功膨胀
5.2.1节流膨胀过程
5.2.2做外功的等熵膨胀过程
5.3制冷装置循环
5.3.1蒸汽压缩制冷循环
5.3.2制冷剂的选择
5.3.3载冷剂的选用
5.3.4冷冻能力的比较
5.4分级压缩制冷及复迭式制冷
5.4.1分级压缩制冷循环
5.4.2复迭式制冷循环
5.5其他形式的制冷装置
5.5.1蒸汽喷射式制冷循环
5.5.2吸收式制冷循环
5.6热泵原理与热能的综合利用
5.7气体的液化
5.7.1简单林德（Linde）冷冻装置循环
5.7.2Heylandt冷冻装置循环
习题
参考文献
6过程热力学分析
6.1理想功
6.2损失功
6.3稳定流动过程的热力学分析
6.3.1过程热力学分析的表达式
6.3.2有效能
6.4分离过程功
习题
参考文献
7液体溶液
7.1溶液的热力学基本关系式
7.1.1理想溶液
7.1.2非理想溶液、活度与活度系数
7.1.3超额性质、吉布斯—杜亥姆方程
7.2二元体系液相活度系数
7.2.1Scatchard—Hildebrand方程
7.2.2Wohl方程
7.2.3Flory—Huggins方程
7.2.4Wilson方程
7.2.5NRTL方程
7.2.6UNIQUAC模型
7.3多元体系液相活度系数
7.3.1Scatchard—Hildebrand方程
7.3.2Wilson方程
7.3.3NRTL方程
7.3.4UNIQUAC模型
7.3.5基团贡献模型
7.4无限稀释活度系数与配偶参数
7.4.1无限稀释活度系数
7.4.2配偶参数的确定方法
7.5GE型混合规则
7.5.1Huron—Vidal混合规则
7.5.2改进的Huron—Vidal混合规则
7.5.3预测性的SRK方程
习题
参考文献
……
8相平衡
9化学反应平衡
附录
主要符号表
序言
第3版前言
童景山、高光华和刘裕品编著的《化工热力学》第1版于1995年出版，高光华和童景山编著的《化工热力学》第2版于2007年出版。第2版作为清华大学化工系本科三年级的国家精品课教材也已有9年，同学们普遍反映教材整体适合化工及相关专业本科生的化工热力学课程的学习，是一本理论和应用两方面都很出色的教材。
随着化工热力学学科理论研究和实践的进展，有必要对教材进行内容的增补和修订。第2章中，主要增加了适合于极性物质的立方型状态方程、多参数立方型方程和混合规则，弥补了原有的立方型方程只能用于非极性和弱极性物质的不足，由高光华和陈健完成。第7章中，增补完善了溶液理论中的ScatchardHildebrand、FloryHuggins、NRTL和UNIQUAC模型的具有物理意义的推导，有助于学生学习理论模型的逻辑推导过程； 增加了改进的UNIFAC模型和超额吉布斯自由能混合规则。特别是超额吉布斯自由能混合规则将状态方程和溶液理论相结合，改变了过去状态方程主要用于气相非极性弱极性混合物而溶液理论只能用于液相的状况。同时结合了状态方程适用于不同压力而溶液理论适用于各种物质的优点，适用于所有混合物的气相和液相的热力学性质的计算，建立了比较完美的热力学模型，由陈健完成。第8章中，增补了气体溶解度计算中的非对称归一化的活度系数和多元液液平衡的算法等内容，完善了相平衡算法，由陈健完成。将第8章中的化学平衡，经过整理和增补，作为单独的第9章，系统地描述了化学平衡判断准则和算法，由卢滇楠完成。在全书的符号方面，整体保持了原有的设计，只是将Helmholtz自由能由原来的F改为A，和国内外大多数文献相符合。全书也进行了必要的勘误和文字修订。上述增补的主要内容，都第一次出现在教科书中，提高了教材的整体性和系统性。
本书得到了清华大学教务处、化工系领导和同事们、清华大学出版社的鼎力支持，在此一并表示感谢！
本书仍有很多不足之处，敬请同行和读者们指正。
高光华陈健卢滇楠
2016年1月于清华园
文摘
0绪论
0.1化工热力学的内容
热力学是以热力学第一、第二定律为基础，经过严密的逻辑推理导出的科学结论，因而被物理学家、化学家和工程师广泛使用。在化学工业
的生产科学实验中有大量的问题需要解决，既有化学问题，又有工程问题，所以化工热力学
也就应运而生。化工热力学实际上是化学热力学和工程热力学组合而成的一门学科，它是热
力学的分支，也是化学工程学的主要分支之一。近二三十年来化学工业的高速发展，使这门学科的地位日益显著。化学工程师首先要处理大量的物质，据统计，现已有10万种以上的无机物和近万种有机化合物，这里尚未把数不尽的混合物计算在内。且就热力学性质而论，现已研究得十分透彻的元素和化合物只有100种左右。除了测定必要的数据之外，物质热
力学性质的估算、流体状态方程式的研究以及普遍化方法求算热力学函数就成为化工热力学
的基础工作了。在化工生产的许多单元操作如反应、蒸馏、吸收、萃取以及物质传递中，温
度和压力的变化范围是如此宽广，处理的流体有的是强极性的，有的是氢键缔合的，因而使
得化学工程师不能再囿于理想气体和理想溶液的狭隘范畴进行简单的计算，而必
须置于实际的生产过程中，对真实系统做出精确的定量描述以满足化工过程的开发、研究和
设计的需要。在分子间的作用力效应尚未完全搞清楚之前，不得不借用经验或半经验方法。
这些正是化工热力学的方法之一。此外，对于绝大多数实际研究的体系，直接测定的实验数
据往往是不完整的，因此如何利用有限的实验数据来预测整个体系的性质，这也是化工热力
学面临的任务，需要利用化工热力学中有关平衡性质的理论来对体系的性质进行关联推断
。而且，对一研究体系，虽有很多实验数据可以查得，但如果对其组成、压力和温度等变化的影
响没有整理分析，这些数据也还是难以采用的，例如查阅到五套醋酸水体系的汽液平
衡数据，在设计中究竟采用哪一套呢，这不能凭个人的好恶而加以取舍，只能依热力学一致
性的理论来校验，从而对汽液平衡数据做出评价以便从中挑选。
近20年来，随着化工装置的大型化，化工工艺设计及操作分析也向着定量研究的前景发展，
需借
助电子计算机对复杂的工艺流程进行模拟计算，这就不可避免地要对真实体系提出可靠的平衡
热力学数学模型，以适应化学工程系统的模拟计算。近年来计算机科学的蓬勃发展已将繁复
的热力学计算变为可能，新的计算工具引进了新的观点、新的方法和新的理论，从而促进了
化工热力学理论的发展。在许多化工设计程序中，热力学的计算可占计算机时间的50%以上
，有的甚至可高达80%，可见化工热力学在化学工程学科中举足轻重的地位。
自从1944年B.F.Dodge［１］撰写了《化工热力学》教科书以后，国内外这方面
的研究不断深入，教学工作也颇有成效，目前，化工热力学不仅是大学生的必修课，也是研
究生的必修课。化工热力学已成为化学工程学的主要分支学科之一，化工热力学与化学工程其他基础学科的关系就如基石与高层建筑的关系，如图01所示。
图01化工热力学和其他化学工程分支学科的关系
经典热力学处理问题时采取宏观的方法，不需要知道体系内部的粒子结构和变化的细节，只
要知道体系的初态和终态就可进行热力学状态函数的计算，而统计热力学通过正则配分函数
把大量粒子构成的体系的微观运动和宏观行为联系起来，从而能定量地预算物质的热力学性
质。遗憾的是，目前统计热力学只能计算近乎理想体系的性质，尚不能解决化学工业中常见
的非理想体系。随着科学技术的迅速发展，越来越多地要求从微观角度来讨论和计算宏观性
质，出现了分子热力学(或称应用统计热力学)。它克服了经典热力学和统计热力学的某种局
限，在经典热力学的基础上，依靠分子物理和统计热力学的方法来考虑、关联和计算物质的
行为和性质。现在这方面已取得不少成功，早在1969年就出版了专著［2］。应该说
，分子热力学仍属技术科学的范畴，乃是化工热力学发展的新方向，必须引起足够的注意。
| ISBN | 9787302452010 |
|---|---|
| 出版社 | 清华大学出版社 |
| 作者 | 高光华 |
| 尺寸 | 16 |