適合工業(yè)應(yīng)用的熱力學(xué)模型——從經(jīng)典與高級混合規(guī)則到締合理論
定 價(jià):268 元
- 作者:(希)喬治斯·M.孔托格奧爾吉斯(Georgios M. Kontogeorgis)、(希)喬治斯·K.福拉斯(Georgios K.Folas) 著
- 出版時(shí)間:2020/9/1
- ISBN:9787122360717
- 出 版 社:化學(xué)工業(yè)出版社
- 中圖法分類:TQ013.1
- 頁碼:604
- 紙張:
- 版次:01
- 開本:16開精
本書總結(jié)了過去近30年研究和開發(fā)的高級熱力學(xué)模型,特別是這些模型在工業(yè)過程中的應(yīng)用情況。主要內(nèi)容包括:熱力學(xué)及分子間相互作用的基礎(chǔ)理論;適用于在石油、天然氣和化工及聚合物行業(yè)中應(yīng)用的熱力學(xué)模型;20世紀(jì)90年代以來開發(fā)的適合工業(yè)應(yīng)用的締合體系高級狀態(tài)方程模型和可以處理電解質(zhì)體系的模型,及其在環(huán)境科學(xué)、膠體和表面化學(xué)中的應(yīng)用;適用于生物分子混合物體系的熱力學(xué)工具以及量子化學(xué)在工程熱力學(xué)中的應(yīng)用。
本書是從事熱力學(xué)研究、流程模擬、工藝開發(fā)、過程設(shè)計(jì)等技術(shù)人員的實(shí)用工具書和工作指南,也可作為高;瘜W(xué)工程與工藝專業(yè)本科生和研究生的教學(xué)用書。
作者Georgios M.Kontogeorgis,丹麥理工大學(xué)(DTU)化學(xué)和生化工程系教授。研究領(lǐng)域包括能源(特別是石油和天然氣工業(yè)的熱力學(xué)模型)、材料和納米技術(shù)(特別是聚合物-涂料、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、膠體和表面化學(xué))、環(huán)境(CO2捕捉裝置設(shè)計(jì)、化學(xué)品生命周期,增塑劑遷移)和生物技術(shù)。在國際期刊上發(fā)表100余篇論文,并與他人合編了專著1本。他被授予帝國基金會“化學(xué)成就獎”(1999,希臘)和Dana Lim獎(2002年,丹麥)。
譯者項(xiàng)曙光,青島科技大學(xué)教授,主要從事過程系統(tǒng)工程、化工過程安全等領(lǐng)域研究。作為項(xiàng)目負(fù)責(zé)人,主持國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目3項(xiàng)、企業(yè)橫向項(xiàng)目20余項(xiàng)。多項(xiàng)成果實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化,為企業(yè)新增產(chǎn)值近億元/年。現(xiàn)兼任中國系統(tǒng)工程學(xué)會過程系統(tǒng)工程專業(yè)委員會理事、中國化工學(xué)會信息技術(shù)應(yīng)用專業(yè)委員會理事、中國計(jì)算機(jī)用戶協(xié)會流程工業(yè)專業(yè)委員會理事、中國能源研究會熱力學(xué)及工程應(yīng)用專業(yè)委員會委員、全國化工節(jié)能(減排)中心委員、山東省化學(xué)化工學(xué)會化工安全專業(yè)委員會副主任、計(jì)算機(jī)化工應(yīng)用專業(yè)委員會副主任、青島市國際管理標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會副會長、《化工學(xué)報(bào)》、《高;瘜W(xué)工程學(xué)報(bào)》、《計(jì)算機(jī)與應(yīng)用化學(xué)》及《山東化工》期刊編委。發(fā)表學(xué)術(shù)論文100余篇,被SCI和EI收錄20余篇,申請國家發(fā)明專利7件(已經(jīng)授權(quán)4件)。
第1篇引言
第1章過程設(shè)計(jì)與產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的熱力學(xué)002
附錄1.A熱力學(xué)架構(gòu)的重要方程008
1.A.1超額性質(zhì)和混合性質(zhì)008
1.A.2超額Gibbs自由能、逸度和活度系數(shù)009
1.A.3由超額Gibbs自由能和混合Gibbs自由能變推導(dǎo)活度系數(shù) (γi) 和活度 (ai)009
附錄1.B二元混合物的常見相圖和相包線010
參考文獻(xiàn)013
第2章分子間力與熱力學(xué)模型014
2.1概述014
2.1.1微觀(London)方法018
2.1.2宏觀(Lifshitz)方法018
2.2庫侖力和范德華力018
2.3強(qiáng)調(diào)氫鍵的似化學(xué)力022
2.3.1氫鍵與疏水效應(yīng)022
2.3.2氫鍵與相行為026
2.4模型開發(fā)中分子間力的某些應(yīng)用027
2.4.1狀態(tài)方程的改進(jìn)項(xiàng)027
2.4.2狀態(tài)方程中的組合規(guī)則028
2.4.3超越Lennard-Jones位能函數(shù)029
2.4.4混合規(guī)則030
2.5結(jié)語031
參考文獻(xiàn)031
第2篇經(jīng)典模型
第3章立方型狀態(tài)方程:經(jīng)典混合規(guī)則034
3.1概述034
3.2參數(shù)估計(jì)038
3.2.1純化合物038
3.2.2混合物040
3.3立方型狀態(tài)方程優(yōu)缺點(diǎn)分析043
3.3.1立方型狀態(tài)方程優(yōu)點(diǎn)044
3.3.2立方型狀態(tài)方程的缺點(diǎn)和限制045
3.4立方型狀態(tài)方程的一些新進(jìn)展051
3.4.1狀態(tài)方程參數(shù)估計(jì)中使用液體密度052
3.4.2用活度系數(shù)評價(jià)混合規(guī)則和組合規(guī)則054
3.4.3混合規(guī)則和組合規(guī)則——超越vdW1f規(guī)則和經(jīng)典組合規(guī)則058
3.5結(jié)語060
附錄3.A自由體積理論060
附錄3.B經(jīng)典vdW1f混合規(guī)則和組合規(guī)則的替代方案062
3.B.1超越vdW1f理論062
3.B.2超越經(jīng)典組合規(guī)則063
3.B.3關(guān)于交互共體積參數(shù)的組合規(guī)則065
參考文獻(xiàn)066
第4章活度系數(shù)模型(Ⅰ):隨機(jī)混合模型069
4.1隨機(jī)混合模型介紹069
4.2實(shí)驗(yàn)活度系數(shù)070
4.2.1VLE070
4.2.2SLE(假定純固相)070
4.2.3活度系數(shù)的變化趨勢071
4.3Margules 方程072
4.4從van der Waals方程和van Laar方程到正規(guī)溶液理論074
4.4.1從van der Waals EoS到van Laar模型074
4.4.2從van Laar模型到正規(guī)溶液理論(RST)076
4.5正規(guī)溶液理論的應(yīng)用078
4.5.1概述078
4.5.2低壓汽液平衡079
4.5.3固液平衡(SLE)080
4.5.4氣液平衡(GLE)081
4.5.5聚合物082
4.6著重于蠟形成的固液平衡087
4.7瀝青質(zhì)沉積088
4.8關(guān)于隨機(jī)混合模型的結(jié)語089
附錄4.A多組分Flory-Huggins模型的表達(dá)式093
附錄4.B預(yù)測聚合物-溶劑互溶性的經(jīng)驗(yàn)規(guī)則093
附錄4.C濃度換算(用于聚合物熱力學(xué))094
4.C.1一些有用的濃度換算關(guān)系094
參考文獻(xiàn)095
第5章活度系數(shù)模型(Ⅱ):局部組成模型——從Wilson、NRTL到UNIQUAC與UNIFAC096
5.1概述096
5.2局部組成模型概述097
5.2.1NRTL098
5.2.2UNIQUAC099
5.2.3關(guān)于UNIQUAC的能量參數(shù)100
5.2.4關(guān)于Wilson方程參數(shù)101
5.3理論限制101
5.3.1三個(gè)模型的必然性102
5.4LC模型的應(yīng)用范圍103
5.5交互作用參數(shù)的理論意義110
5.5.1同類組分的參數(shù)值110
5.5.2單參數(shù)LC模型110
5.5.3LC模型參數(shù)與量子化學(xué)以及其它理論確定值的比較112
5.6LC模型:某些統(tǒng)一概念114
5.6.1Wilson和UNIQUAC114
5.6.2LC模型的交互作用參數(shù)115
5.6.3LC模型的成功與限制115
5.7基團(tuán)貢獻(xiàn)原理和UNIFAC116
5.7.1為什么存在如此多的UNIFAC變體119
5.7.2UNIFAC應(yīng)用120
5.8適用于聚合物的局部組成-自由體積模型122
5.8.1引言122
5.8.2FV非隨機(jī)混合模型125
5.9小結(jié):UNIQUAC是現(xiàn)今可用的最好的局部組成模型嗎?131
附錄5.A對局部組分模型來源的簡述132
附錄5.BNRTL方程的修正134
附錄5.CUNIQUAC擴(kuò)展應(yīng)用于固體和電解質(zhì)136
5.C.1適用于固體和蠟的UNIQUAC136
5.C.2適用于電解質(zhì)的UNIQUAC137
參考文獻(xiàn)139
第6章立方型狀態(tài)方程的EoS/GE混合規(guī)則142
6.1概述142
6.2無限壓力限制(Huron-Vidal混合規(guī)則)144
6.3零參考壓力限制(Michelsen方法)146
6.4零參考壓力模型的優(yōu)點(diǎn)和局限性148
6.5Wong-Sandler(WS)混合規(guī)則150
6.6適合于不對稱混合物的EoS/GE方法151
6.7LCVM、MHV2、PSRK和WS混合規(guī)則的應(yīng)用157
6.8適用于聚合物的立方型狀態(tài)方程165
6.8.1高壓聚合物熱力學(xué)165
6.8.2簡單的最初方法:vdW狀態(tài)方程應(yīng)用于聚合物165
6.8.3用于聚合物的立方型狀態(tài)方程168
6.8.4如何估算用于聚合物狀態(tài)方程的參數(shù)170
6.9小結(jié):EoS/GE模型進(jìn)展和限制170
6.10模型推薦(到目前為止)171
附錄6.A應(yīng)用于SRK狀態(tài)方程Huron-Vidal混合規(guī)則的推導(dǎo)172
參考文獻(xiàn)173
第3篇高級模型及其應(yīng)用
第7章締合理論和模型:光譜學(xué)的作用178
7.1引言178
7.2三種不同締合理論178
7.3化學(xué)理論和擾動理論179
7.3.1引導(dǎo)性觀念:基于化學(xué)理論的狀態(tài)方程描述項(xiàng)劃分179
7.3.2超越低聚物和純化合物181
7.3.3擴(kuò)展到混合物181
7.3.4擾動理論182
7.4光譜學(xué)和締合理論183
7.4.1關(guān)鍵特性183
7.4.2締合理論間的類似性185
7.4.3不同締合理論見類似性的使用186
7.4.4光譜學(xué)和理論的有效性187
7.5結(jié)語193
附錄7.A化學(xué)理論和基本假設(shè)194
附錄7.B晶格流體氫鍵理論(LFHB)中的氫鍵單體分?jǐn)?shù)及不同假設(shè)的影響196
參考文獻(xiàn)198
第8章統(tǒng)計(jì)締合流體理論(SAFT)200
8.1SAFT狀態(tài)方程簡史和主要進(jìn)展200
8.2SAFT方程204
8.2.1鏈項(xiàng)和締合項(xiàng)204
8.2.2色散項(xiàng)206
8.3SAFT參數(shù)確定211
8.3.1純化合物211
8.3.2混合物216
8.4SAFT應(yīng)用于非極性分子218
8.5GC SAFT方法222
8.5.1French方法222
8.5.2DTU方法222
8.5.3其它方法223
8.6結(jié)語225
附錄8.A簡化的PC-SAFT狀態(tài)方程計(jì)算逸度系數(shù)226
8.A.1體積計(jì)算228
附錄8.BTihic等人提出的GC sPC-SAFT基團(tuán)參數(shù)229
參考文獻(xiàn)232
第9章立方型+締合狀態(tài)方程236
9.1引言236
9.1.1締合(氫鍵)混合物的重要性236
9.1.2為什么專門開發(fā)CPA狀態(tài)方程?237
9.2CPA狀態(tài)方程238
9.2.1概述238
9.2.2混合規(guī)則和組合規(guī)則239
9.3參數(shù)估算:純化合物240
9.3.1純化合物參數(shù)檢驗(yàn)241
9.4最初應(yīng)用246
9.4.1醇-烴的VLE、LLE和SLE246
9.4.2水-烴相平衡249
9.4.3水-甲醇和醇-醇相平衡252
9.4.4水-甲醇-烴VLLE:甲醇分配系數(shù)預(yù)測253
9.5結(jié)論258
附錄9.A徑向分布函數(shù)(RDF)的若干注釋259
9.A.1RDF和斥力項(xiàng)259
9.A.2RDF表達(dá)式中b/4V的作用260
9.A.3sCPA RDF的驗(yàn)證260
附錄9.BCPA的參數(shù)化261
附錄9.C由CPA狀態(tài)方程計(jì)算逸度系數(shù)262
9.C.1CPA狀態(tài)方程的締合項(xiàng)264
9.C.2體積計(jì)算266
附錄9.D水-醇或水-二元醇混合物的固體復(fù)合物建模267
參考文獻(xiàn)268
第10章CPA在石油和天然氣工業(yè)中的應(yīng)用270
10.1概述270
10.2二元醇-水-烴相平衡271
10.2.1二元醇-烴271
10.2.2二元醇-水和多組分混合物274
10.3氣體水合物277
10.3.1概述277
10.3.2熱力學(xué)框架278
10.3.3水合物平衡計(jì)算279
10.3.4討論282
10.4氣相水含量計(jì)算286
10.5含酸性氣體(CO2和H2S)的混合物288
10.6儲層流體294
10.6.1庚烷及更高烷烴的表征294
10.6.2CPA應(yīng)用于儲層流體296
10.7結(jié)論298
參考文獻(xiàn)300
第11章CPA在化學(xué)工業(yè)中的應(yīng)用302
11.1引言302
11.2含有重醇的水溶液302
11.3胺和酮305
11.3.1強(qiáng)溶劑化混合物:丙酮-氯仿309
11.4含有機(jī)酸混合物310
11.5含醚和酯混合物318
11.6多功能化學(xué)品:甘醇醚和鏈烷醇胺321
11.7復(fù)雜水溶液327
11.8結(jié)語330
附錄11.ACPA/Huron-Vidal方法(CPA/HV)334
參考文獻(xiàn)335
第12章CPA與SAFT在新體系的拓展:應(yīng)用實(shí)例與指導(dǎo)337
12.1引言337
12.2環(huán)丁砜案例:CPA的應(yīng)用338
12.2.1概述338
12.2.2環(huán)丁砜:是“惰性”非自締合化合物嗎?338
12.2.3自締合的環(huán)丁砜343
12.3在環(huán)丁砜相關(guān)體系中使用sPC-SAFT347
12.4將締合理論和采用高級混合規(guī)則的立方型狀態(tài)方程(EoS/GE模型)應(yīng)用于極性化合物349
12.5酚353
12.6結(jié)論354
參考文獻(xiàn)355
第13章SAFT在極性和締合混合物上的應(yīng)用356
13.1引言356
13.2水-烴358
13.3醇、胺和鏈烷醇胺363
13.3.1概述363
13.3.2討論367
13.3.3采用普遍化的締合參數(shù)研究醇368
13.4甘醇369
13.5有機(jī)酸371
13.6極性非締合化合物372
13.6.1擴(kuò)展SAFT理論到極性流體374
13.6.2將tPC-PSAFT狀態(tài)方程應(yīng)用于復(fù)雜極性流體混合物376
13.6.3討論:不同極性SAFT狀態(tài)方程的對比380
13.6.4溶劑化(誘導(dǎo)締合)的重要性386
13.7流動保證(瀝青質(zhì)和天然氣水合物抑制劑)389
13.8結(jié)語391
參考文獻(xiàn)392
第14章SAFT應(yīng)用于聚合物395
14.1概述395
14.2SAFT型狀態(tài)方程聚合物參數(shù)估計(jì)395
14.2.1狀態(tài)方程聚合物參數(shù)估計(jì):總論395
14.2.2Kouskoumvekaki等人的方法400
14.2.3極性和締合聚合物402
14.2.4共聚物參數(shù)404
14.3采用簡化PC-SAFT的低壓相平衡(VLE和LLE)405
14.4高壓相平衡411
14.5共聚物415
14.6結(jié)語418
附錄14.A用簡化PC-SAFT基團(tuán)貢獻(xiàn)法估算聚合物參數(shù)的實(shí)例419
14.A.1例子:聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)419
14.A.2實(shí)例:聚(異丙基甲基丙烯酸甲酯) (PIPMA)420
附錄14.B計(jì)算方面:在LLE計(jì)算中應(yīng)用逐次切線法420
參考文獻(xiàn)422
第4篇熱力學(xué)與其它學(xué)科
第15章用于電解質(zhì)體系的模型426
15.1引言:電解質(zhì)混合物的重要性和建模挑戰(zhàn)426
15.1.1電解質(zhì)體系的重要性和庫侖力426
15.1.2電中性427
15.1.3標(biāo)準(zhǔn)態(tài)427
15.1.4(鹽的)平均離子活度系數(shù)429
15.1.5滲透活度系數(shù)430
15.1.6鹽的溶解度430
15.2離子(遠(yuǎn)程)作用理論431
15.2.1Debye-Hückel與平均球型近似431
15.2.2其它離子貢獻(xiàn)434
15.2.3介電常數(shù)的作用435
15.3電解質(zhì)模型:活度系數(shù)436
15.3.1概述436
15.3.2模型的對比438
15.3.3擴(kuò)展UNIQUAC方法在離子型表面活性劑中的應(yīng)用442
15.4電解質(zhì)模型:狀態(tài)方程444
15.4.1綜述444
15.4.2框架的對比447
15.5電解質(zhì)狀態(tài)方程比較:功能與局限447
15.5.1立方型狀態(tài)方程+電解質(zhì)項(xiàng)447
15.5.2e-CPA狀態(tài)方程449
15.5.3電解質(zhì)狀態(tài)方程453
15.5.4離子液體461
15.6用于CO2-水-鏈烷醇胺的熱力學(xué)模型462
15.6.1概述462
15.6.2Gabrielsen模型466
15.6.3活度系數(shù)模型(γ-φ方法)469
15.6.4狀態(tài)方程473
15.7結(jié)語479
參考文獻(xiàn)481
第16章工程熱力學(xué)中的量子化學(xué)484
16.1引言484
16.2COSMO-RS模型486
16.2.1引言486
16.2.2應(yīng)用范圍487
16.2.3限制491
16.3利用QC估算締合模型參數(shù)494
16.4由QC估算SAFT型模型的尺寸參數(shù)497
16.4.1帝國理工大學(xué)的方法497
16.4.2Aachen法499
16.5結(jié)論503
參考文獻(xiàn)503
第17章環(huán)境熱力學(xué)505
17.1引言505
17.2環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)中化學(xué)品分布506
17.2.1環(huán)境計(jì)算中熱力學(xué)的范圍和重要性506
17.2.2環(huán)境熱力學(xué)關(guān)鍵概念介紹510
17.2.3環(huán)境熱力學(xué)的基本關(guān)系513
17.2.4辛醇-水分配系數(shù)518
17.3環(huán)境友好溶劑:超臨界流體525
17.4結(jié)論526
參考文獻(xiàn)527
第18章熱力學(xué)與膠體和表面化學(xué)528
18.1概述528
18.2分子間力與粒子間力528
18.2.1分子間力和界面張力理論528
18.2.2采用界面張力理論表征固體界面531
18.2.3擴(kuò)散534
18.3膠體與界面中的粒子間力535
18.3.1粒子間力與膠體535
18.3.2力與膠體的穩(wěn)定性536
18.3.3粒子間力與黏附539
18.4黏附研究中的酸堿概念540
18.4.1黏附力測量與界面張力540
18.4.2工業(yè)實(shí)例541
18.5由熱力學(xué)模型得到表面張力和界面張力543
18.5.1梯度理論543
18.6親水性546
18.6.1CPP參數(shù)546
18.6.2HLB參數(shù)546
18.7膠束化作用和表面活性劑溶液548
18.7.1概述548
18.7.2cmc、Krafft點(diǎn)和膠束化作用549
18.7.3從熱力學(xué)模型估算cmc550
18.8吸附552
18.8.1概述552
18.8.2吸附的某些應(yīng)用553
18.8.3多組分Langmuir吸附和vdW-Platteeuw 固體溶液理論556
18.9結(jié)論557
參考文獻(xiàn)557
第19章生物技術(shù)熱力學(xué)559
19.1引言559
19.2用于藥品的模型560
19.2.1概述560
19.2.2NRTL-SAC模型562
19.2.3用于藥品的NRHB模型564
19.3用于氨基酸和多肽的模型567
19.3.1化學(xué)與基本關(guān)系式567
19.3.2過量溶解度法568
19.3.3經(jīng)典建模方法570
19.3.4現(xiàn)代方法573
19.4蛋白質(zhì)的吸附和色譜576
19.4.1引言576
19.4.2與兩種色譜分離相關(guān)的吸附基礎(chǔ)576
19.4.3簡單的吸附模型(低蛋白質(zhì)濃度)578
19.4.4討論580
19.5蛋白質(zhì)體系的半預(yù)測模型582
19.5.1滲透第二維里系數(shù)和蛋白質(zhì)溶解度:蛋白質(zhì)沉淀建模工具583
19.5.2蛋白質(zhì)-膠束體系的分配系數(shù)584
19.5.3蛋白質(zhì)分離中含水兩相體系的分配系數(shù)586
19.6結(jié)語588
附錄19.ANRTL-SAC活度系數(shù)模型588
附錄19.BNRHB狀態(tài)方程590
19.B.1氫鍵流體的建模591
19.B.2NRHB的其它應(yīng)用592
參考文獻(xiàn)595
第20章21世紀(jì)熱力學(xué)面臨的挑戰(zhàn)597
20.1簡述597
20.2石油和化學(xué)工業(yè)599
20.3包括聚合物和復(fù)雜產(chǎn)品的化學(xué)品設(shè)計(jì)599
20.4包括制藥的生物技術(shù)600
20.5如何滿足未來需求602
參考文獻(xiàn)602