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书名:化学和工程热力学
作者:Sandler
译者:
出版社:化学工业出版社
价格:75元


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简介

          
      This  book  is  intended  to  be  the  text  for  a  course  in  thermodynamics  for  undergrad  –  uate  students  in  chemical  engineering  .  It  has  been  used  in  this  manner  at  the  Uni  –versity  of  Delaware  for  more  than  twenty  years  ,  originally  as  a  course  for  third  -  year  students  and  currently  for  sophomores  .  I  had  two  Objectives  in  writing  the  first  edi  –tion  of  this  bood  ,  which  have  been  reyained  in  the  succeeding  editions  .The  first  was  to  develop  a  modern  applied  thermodynamics  text  ,  especially  for  chemical  engineer  -  ing  students  ,  that  was  relevant  to  other  parts  of  the  curriculum  ,  speciflcally  courses  in  separations  processes  ,  chemical  reactor  analysis  ,  and  process  design  .  The  other  Objective  was  to  organize  and  present  material  in  sufflcient  detail  ,  and  in  such  a  way  that  the  sutdent  obtained  a  good  understanding  of  the  principles  of  thermodynam  -  ics  ,  and  a  proflciency  in  applying  these  principles  tol  the  solution  of  a  large  variety  of  energy  flow  and  equilibuium  problems  .  
      Since  the  first  two  editions  largely  met  these  goals  ,  and  the  principles  of  thermo  -  dynamics  have  not  changed  in  the  last  decade  ,  this  edition  is  similar  in  structure  to  the  earlier  ones  .  However  ,  there  have  been  three  importantchanges  in  engineering  education  in  the  recent  decades  .  The  first  is  the  availability  of  powerful  desktop  com  –is  the  application  of  chemical  engineering  principles  to  new  technology  areas  such  as  biotechnology,  polymers  ,  solid  –  state  processing  ,  etc  .  In  the  current  edition  of  this  text  I  have  made  changes  to  address  each  of  these  issues  .  
      The  availability  of  desktop  computers  and  equation  -  solving  software  has  nowmade  it  possible  to  bring  engineering  science  ,  industrial  practice  ,  and  undergraduate  education  much  closer  together  .  In  particular  ,  students  in  their  dormitory  rooms  or  at  home  can  now  perform  sophisticated  thermodynamics  and  phase  equilibrium  cal  -  culations  similar  to  those  that  they  will  encounter  in  industry  .  I  provide  two  different  ways  to  accomplish  this  .  
      The  first  is  to  utilize  the  set  of  progranms  I  have  developed  for  certain  types  of  cal  –  culations  .  These  programs  are  for  :  (1)  the  calculation  of  thermodynamic  properties  and  vapor  –  liquid  equilibrium  of  a  pure  fluid  described  by  a  cubic  equation  of  state;  (2)  the  calculation  of  the  thermodynamic  properties  and  phase  equilibria  for  a  mul  –  ticomponent  mixture  described  by  a  cubic  equation  of  state  ;  (3)  the  prediction  of  activity  coefficients  in  a  mixture  using  the  UNIQUAC  group  comtribution  activity  coefficient  model  ;  and  (4)  the  calculation  of  chemical  equilibrium  constants  and  the  standard  state  heats  of  reaction  as  a  function  of  temperature  using  a  database  of  approximately  100  compounds  .  These  programs  are  provided  both  as  program  code  and  as  stand  -  alone  executable  modules.  
      The  second  is  to  mae  use  of  computer  algebra/calculus  programs  such  as  MATH-CAD.  The  solutions  to  the  illustrations  and  homework  problems  in  this  book  were  largely  done  with  that  program  .  Alternatively  ,  students  and  instructors  could  use  similar  protrams  such  sa  MATHEMATICA  ,  MAPLE  ,  MATLAB  of  others  .  Ibelieve  that  such  computer  algebra  programs  ,  that  allow  students  to  solve  difficult  prlblems  without  having  to  become  experts  in  computer  programming  and  numeri  cal  analysis  ,  should  have  an  important  role  throughout  the  chemical  engineering  cur  –  riculum  ,  Most  importantly  ,  they  let  the  student  concentrate  on  the  subject  matter  at  hand  ,  here  thermodynamics  ,  rather  than  being  distracted  by  computational  methods  ,  algorithms  and  programming  languages  .  However  ,  while  these  equation  –  solving  pro  –  grams  are  valuable  educational  tools  ,  there  is  nothing  in  this  textbook  that  requires  their  use  .  This  book  can  be  used  with  or  without  such  programs  as  the  instructor  feels  is  appropriate  .  For  those  who  would  like  to  explore  the  use  of  such  programs  ,  Ihave  prepared  a  number  of  problem  worksheets  using  MATHCAD.  The  set  of  programs  discussed  above  and  the  MATHCAD  worksheets  can  be  downloaded  from  the  Web  site  for  this  text  .  Access  www.wiley.com/college/sandler  and  follow  the  instructions  given  there.  
      In  an  effort  to  make  the  subject  of  thermodynamics  more  accessible  to  the  stu  –dent  I  have  made  several  pedagogical  changes  in  this  edition  .  First  ,  the  format  of  the  book  has  been  changed  to  provide  room  for  marginal  notes  .  The  notes  I  have  added  are  meant  to  emphasize  the  concepts  Ibilieve  to  be  important  ,  as  well  as  to  make  it  easier  for  the  student  to  find  those  concepts  again  at  a  later  time  .  Since  I  frequently  write  notes  in  the  margins  of  books  ,  I  also  wanted  to  provide  a  place  for  students  to  add  notes  of  their  own  .  A  second  change  was  to  put  boxes  around  important  equa  –tions  ,  so  that  the  reader  can  easily  identify  the  equations  that  are  the  end  results  of  sometimes  quite  detailed  analysis  .  In  this  way  it  is  hoped  that  the  student  will  easily  see  the  important  tree  in  what  may  appear  to  be  a  forest  of  equations  .  Also  ,  I  have  provided  a  short  title  or  deScription  to  indicate  what  is  to  be  learned  from  or  seen  in  each  illustration  .  
      A  reader  familiar  with  the  second  edition  of  this  text  will  notice  that  while  the  basic  structure  of  text  is  largely  unchanged  ,  there  are  many  subtle  changes  ,  For  example,  SI  units  are  now  used  throughout  ,  and  there  are  many  new  illustrative  and  home  –  work  problems  .  Illustrations  have  been  added  not  only  to  demonstrate  new  concepts,  but  also  to  provide  breaks  among  pages  of  mathematical  derivations  or  the  ;  mody  –  namic  philosophy.  Also  ,  to  make  thermodynamics  and  phase  equilibria  more  rele  –  vant  to  the  interests  of  students,  I  have  added  several  new  sections  .  One  section  deals  with  computing  the  distribution  of  a  chemical  pollutant  throughout  the  environment  as  an  illustration  of  multi  –  phase  equilibria  .  Two  other  sections  use  thermodynamics  to  understand  the  dangers  of  physical  and  chemical  explosions  .  There  are  also  newsections  introducing  electrochemical  processes  ,  the  phase  behavior  of  polymer  solu  –  tions  ,  the  thermodynamic  behavior  of  molten  metals  ,  and  coupled  chemical  reactions  in  biochemical  systems  .  I  have  also  added  sections  on  traditional  areas  such  as  the  liquefaction  of  gases  ,  and  on  power  and  refrigeration  cycles  .  Finally  ,  I  have  included  a  section  on  the  new  class  of  mixing  rules  that  combines  equations  of  state  and  activitycoefficient  models  .  Such  mixing  rules  are  perhaps  the  most  important  development  in  applied  thermodynamics  in  the  last  decade  ,  and  have  greatly  increased  the  range  of  applicability  and  utility  of  equations  of  state.  
      While  some  of  the  idiosyncrasies  that  appeared  in  the  two  earlier  editions  of  this  text  remain  here  ,  the  reader  will  find  more  use  of  the  terms  such  the  first  ,  second  ,  and  third  laws  of  thermodynamics  ,  and  chemical  potential  than  I  included  in  the  earlier  editions  .  I  prefer  ,  and  continue  to  use  ,  the  partial  molar  Gibbs  free  energy  ,  which  describes  the  function  exactly  ,  to  the  traditional  term  of  chemical  potential  .  Likewise  ,  I  rather  use  the  term  energy  balance  than  the  first  law  ,  etc  .  Also  ,  I  prefer  to  show  that  the  Carnot  efficiency  can  easily  be  found  once  entropy  is  defined  ,  rather  than  the  more  common  procedure  of  introducing  entropy  (and  the  second  law  )  in  terms  of  the  Carnot  cycle  .  My  experience  with  the  latter  method  is  that  students  have  difficulty  making  the  necessary  generalization  if  the  concept  entropy  and  the  second  law  are  introduced  in  terms  of  a  specific  device.  
      It  has  been  more  than  a  decade  since  the  appearance  of  the  second  edition  of  this  book  .  During  this  time  many  people  have  encouraged  me  to  prepare  this  third  edi-tion  ,  and  have  graciously  contributed  their  ideas  and  advice  .  The  most  important  contributors  have  been  the  undergraduate  and  graduate  students  I  have  taught  at  Delaware  with  their  incredibly  inquisitive  minds  and  penetrating  questions  .  I  have  also  benefited  from  the  helpful  comments  of  faculty  colleagues  at  the  University  of  Delaware  and  elsewhere  who  have  used  the  earlier  editions  of  this  book,  The  comments  of  professor  Raul  Lobo  (Univ  .  of  Delaware  ),  who  taught  from  a  draft  version  of  this  third  edition  ,  and  also  contributed  several  new  problems  ,  and  profes  –  sor  Lawrence  R  .  Dodd  (Polytechnic  Inst  .  of  N  .  Y  .)  ,  who  has  provided  many  correc  –  tions  to  the  earlier  edition  ,  are  greatly  appreciated  .  Professor  Clayton  Radke  (Univ.  California-Berkeley)  introduced  me  to  the  advantages  of  using  MATHCAD  in  undergraduate  chemical  engineering  courses  .  The  use  of  this  tool  in  this  edition  is  largely  the  result  of  the  contagion  of  his  enthusiasm  that  has  spread  to  me  .  However  ,  again  I  want  to  emphasize  that  there  is  nothing  in  this  book  that  requires  the  use  of  MATHCAD  or  any  other  equation-oslving  program.  
      Perhaps  most  important  in  completing  this  third  edition  was  having  the  time  avail-able  to  do  this  .  This  was  provided  from  several  sources  .  First  and  foremost  my  wife  and  (now  grown)  children  ,  who  over  the  years  have  graciously  accepted  the  fact  that  I  am  so  inefficient  that  I  always  work  on  evenings  and  weekends  .  Judith  ,  my  wife  ,  has  also  proofread  the  galley  proofs  and  helped  prepare  the  index  ,  and  my  son  Michael  has  prepared  some  of  the  computer  programs  available  on  the  Web  site  .  Second  ,  from  the  administration  and  my  faculty  colleagues  at  the  University  of  Delaware  who  have  provided  the  unencumbered  thme  of  a  sabbatical  leave  that  proved  necessary  for  the  completion  of  this  revision  .  Finally  ,  I  also  wish  to  thank  my  friends  and  colleagues  in  the  Departments  of  Chemical  Engineering  at  the  Univer-sity  of  California  –  Berkeley  and  the  University  of  Queensland  (Brisbane  ,  Australia  )  for  their  hospitality,  companionship  and  use  of  their  facilities  during  that  sabbatical  leave.  
            Stanley  I  .  Sandler
            Newark  ,  Delaware
            December  25,  1997  
目录

   NOTATION
   CHAPTENR   1         INTRODUCTION
            1.1   the   Central   Problems   of   Thermodynamics        1
1.2 A   System   of   Units         3
1.3 The   Equilibrium   State         5
1.4 Pressure  ,   Temperature  ,   and   Equilibrium         7
1.5 Heat  ,   Work  ,   and     the    Conservation   of   Energy         12
1.6 Specification   of   the   Equilibrium   State  ;   Intensive   and   Extensive   Variables;   Equations   of   State         15
1.7 A   Summary   of   Important   Experimental   Observations         18
1.8 A   Comment   on   the   Development   of  Thermodynamics          20


   CHAPTER     2          CONSERVATION   OF   MASS   AND   ENERGY     22
            2.1   A   General    Balance   Equation   and   Conserved   
                    Quantities          23
            2.2   Conservation   of   Mass          27
2.3 Conservation   of   Energy         30
2.4 The   Thermodynamic   Properties   of    Matter     43
2.5 Applications    of   the   Mass   and   Energy   Balances         51
2.6 Conservation   of   Momentum         75
2.7 The   Microscopic   Equations   of   Change   for   Thermodynamics   and   Fluid   Mechanics  (Optional)          76


   CHAPTER   3            ENTROPY:   AN   ADDITIONAL    BALANCE
            EQUATION              89
3.1 Entropy:   A   New   Concept          90
3.2 The   Entropy   Balance   and   Reversibility         97
3.3 Heat,   Work  ,   Engines,    and   Entropy         103
3.4 Entropy   Changes   of   Matter         112
3.5 Applications   of   the   Entropy   Balance         115
3.6 Liquefaction         128
3.7 Power     Generation     and     Refrigeration     Cycles          132
3.8 The   Thermodynamics   of   Mechanical   Explosions         154
3.9 The    Microscopic    Entropy    Balance      (Optional)         163


   CHAPTER    4           THE   THERMODYNAMIC   PROPERTIES   OF
             REAL   SUBSTANCES          175
4.1 Some   Mathematical   Preliminaries          175
4.2 The   Evaluation   of   Thermodynamic   partial   Derivatives          179
4.3 The   Ideal   Gas   and   Absolute-Temperature   Scales          194
4.4 The   Evaluation   of   Change   in   the   Thermodynamic   Properties   of   Real   Substances   Accompanying   a   Change   of   State         195
4.5 An   Example   Involving   the   Change   of   State   of   a   Real   Gas         219
4.6 The   Principle   of   Corresponding   States         225
4.7 Generalized   Equations   of   State         238
4.8 The   Third   Law   of   Thermodynamics          242
4.9 More   About   Thermodynamic  Partial   Derivatives  (Optional  )          243


   CHAPTER   5            EQUILIBRIUM   AND   STABILITY   IN   ONE-
            COMPONENT    SYSTEMS          260
5.1 The   Criteria   for   Equilibrium         260
5.2 Stability   of   Thermodynamic   Systems         265
5.3 Phase   Euqilibria  :   Application   of   the   Equilibrium   and   Stability          272
5.4 The   Molar   Gibbs   Free   Energy   and   Fugacity   of   a   Pure   Component         279
5.5 The   Calculation   of   Pure   Fluid-Phase   Equilibrium:   The   Computation   of   Vapor   Pressure   from   an   Equilibrium   of   State         295
5.6 The   Specification   of   the   Equilibrium  Thermodynamic   State   of   a   System   of   Several   Phases  :   The   Gibbs   Phase   Rule   for    a   One-Component   System          303
5.7 Thermodynamic   Properties   of   Phase   Transitions         307
   CHAPTER   6            THE   THERMODYNAMICS   OF   
            MULTICOMPONENT   MIXTURES           324
6.1 The    Thermodynamic    DeScription    of     Mixtures         324
6.2 The   Partial   Molar   Gibbs   Free   Energy   and   the   Generalized   Gibbs-Duhem   Equation         333
6.3 A   Notation   for   Chemical   Reactions         337
6.4 The   Equations   of   Change   for   a   Multicomponent   System         340
6.5 The   Heat   of   Reaction   and   a   Convention   for   the   Thermodynamic   Properties   of  Reacting   Mixtures         349
6.6 The   Experimental   Determination   of   the   Partial   Molar   Volume   and   Enthalpy          354
6.7 Criteria   for   Phase   Equilibrium   in   Multicomponent   Systems          364
6.8 The    Criteria    for    Chemical   Equilibrium,    and   Combined     Chemical   and    Phase       Equilibrium           368
6.9 The   Specifica

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