หนังสือ “หลักเทอร์โมไดนามิกส์สำหรับวิศวกรรมเคมี” เล่มนี้ จัดทำขึ้นเพื่อใช้ประกอบการเรียนการสอนรายวิชาเทอร์โมไดนามิกส์เบื้องต้น สำหรับนักศึกษาในสาขาวิชาวิศวกรรมเคมี ซึ่งส่วนต้นของตำรานี้เป็นส่วนที่เกี่ยวข้องกับพลังงาน กฎทางเทอร์โมไดนามิกส์ อีกทั้งยังกล่าวถึงความสัมพันธ์ระหว่างสมบัติต่าง ๆ ของสาร ในขณะที่ส่วนหลังของตำราเน้นถึงสมดุลในสภาพต่าง ๆ ได้แก่ สมดุลวัฏภาค สมดุลในระบบของสารผสม และสมดุลของการเกิดปฏิกิริยาเคมี ทั้งนี้เนื้อหาในวิชานี้สามารถประยุกต์ใช้ในการแก้ปัญหาต่าง ๆ ทางวิทยาศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์ เช่น การคำนวณหาค่าความร้อนและงานที่ต้องใช้ในการเกิดกระบวนการทางกายภาพและกระบวนการทางเคมี การหาสภาวะสมดุลของปฏิกิริยาเคมีและสมดุลของการถ่ายโอนของสารระหว่างสถานะ เป็นต้น
บทที่ 1 บทนำ .................................... 1
1.1 นิยามและขอบเขตของอุณหพลศาสตร์......................... 1
1.2 มิติและหน่วย .......................................................... 2
1.3 มาตรวัดปริมาณหรือขนาด ................................. 3
1.4 คำจำกัดความของคำศัพท์ที่ใช้ในวิชาอุณหพลศาสตร์......... 3
1.5 แรง (Force) ............................................................... 6
1.6 อุณหภูมิ (Temperature) ............................................. 7
1.7 ความดัน (Pressure) ................................................. 8
1.8 งาน (Work) ...................................................... 10
1.9 พลังงาน (Energy) ........................................... 11
1.10 ความร้อน (Heat) ......................................... 15
แบบฝึกหัดบทที่ 1 ......................................................... 17
บทที่ กฎข้อที่หนึ่งและแนวคิดพื้นฐาน ........................... 19
2.1 การทดลองของจูล ....................................................... 19
2.2 พลังงานภายใน (Internal Energy) ........................... 20
2.3 กฎข้อที่หนึ่งของอุณหพลศาสตร์ ............................... 20
2.4 สมการสมดุลพลังงานสำหรับระบบปิด ........................... 21
2.5 สภาวะทางอุณหพลศาสตร์และฟังก์ชันสภาวะ
(Thermodynamic states and state function) ......................... 23
2.6 สมดุล ............................................................. 23
2.7 กฎของสถานะ (Phase Rule) .................................... 25
2.8 กระบวนการผันกลับได้ ............................................. 26
2.9 กระบวนการปริมาตรคงที่และความดันคงที่ ................... 32
2.10 เอนทัลปี .................................................... 33
ix
2.11 ความจุความร้อน (Heat Capacity) .............................. 34
2.12 สมการสมดุลมวลสารและสมดุลพลังงานสำหรับระบบเปิด .. 38
แบบฝึกหัดบทที่ 2 ........................................................ 48
บทที่ สมบัติของสารบริสุทธิ์ ......................................... 51
3.1 แผนภาพแสดงสมบัติ PVT ของสารบริสุทธิ์ ..................... 51
3.2 ตารางแสดงสมบัติ .................................................. 60
3.3 สารบริสุทธิ์สถานะเดียว ........................................... 61
3.4 ค่าคุณภาพไอหรือค่าความแห้งของไอ
(Quality หรือ Dryness Fraction, x) ........................... 63
3.5 สมการสภาวะ (Equation of State) ........................ 65
3.6 สมการรูปทั่วไปสำหรับแก๊ส (Generalized Correlation for Gases) ............ 93
3.7 สมการรูปทั่วไปสำหรับของเหลว (Generalized Correlations for Liquids) ......... 98
แบบฝึกหัดบทที่ 3 ................................... 100
บทที่ 4 อิทธิพลของความร้อน .................................... 103
4.1 ความร้อนที่เกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของสารบริสุทธิ์
(Sensible Heat Effect) ...................................... 104
4.2 ความร้อนแฝงของสารบริสุทธิ์ (Latent Heats of Pure Substances) .......... 109
4.3 ความร้อนมาตรฐานของการเกิดปฏิกิริยา (Standard Heat of Reaction) ....... 111
4.4 ความร้อนมาตรฐานของการเผาไหม้ (Standard Heat of Combustion) ........ 116
4.5 ความสัมพันธ์ของ Ho กับอุณหภูมิ ..................................... 116
4.6 อิทธิพลของความร้อนสำหรับปฏิกิริยาในอุตสาหกรรม ............. 119
แบบฝึกหัดบทที่ 4 ................................................... 127
บทที่ กฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์ ..................... 129
5.1 เครื่องจักรกลความร้อน ......................................... 129
5.2 แหล่งสะสมพลังงานความร้อน (Thermal Energy Reservoir) ......... 131
5.3 ประสิทธิภาพของเครื่องจักรกลความร้อน (Thermal Efficiency) ....... 132
5.4 วัฏจักรคาร์โนต์ (Carnot Cycle) .......................... 132
5.5 คำกล่าวของกฎข้อที่สองของอุณหพลศาสตร์.................. 135
5.6 สเกลของอุณหภูมิเชิงอุณหพลศาสตร์ (The Thermodynamic Temperature Scale) ... 136
x
5.7 เอนโทรปี (Entropy) ........................ 139
5.8 การเปลี่ยนแปลงเอนโทรปีของแก๊สอุดมคติ ................ 142
5.9 กฎข้อที่สองในรูปสมการคณิตศาสตร์ ........................ 145
5.10 งานที่ได้รับจากเครื่องจักรกลความร้อนจริง ................. 146
5.11 สมดุลของเอนโทรปี ............................................... 147
5.12 สมดุลของเอนโทรปีในระบบเปิด ............................. 148
5.13 งานอุดมคติ (Ideal Work) ................................ 153
5.14 งานที่สูญเสียไป (Lost Work) ............................... 156
5.15 กฎข้อที่สามของอุณหพลศาสตร์ ............................ 160
แบบฝึกหัดบทที่ 5 ...................................................... 161
บทที่ สมบัติทางอุณหพลศาสตร์ของของไหล .............. 163
6.1 ความสัมพันธ์ของสมบัติในระบบวัฏภาคเนื้อเดียว .......... 163
6.2 สมบัติรีซิดวล (Residual Properties) ........................ 172
6.3 การหาสมบัติรีซิดวลโดยใช้ Equation of State ............ 177
6.4 ระบบที่ประกอบไปด้วยสองวัฏภาค (Two–Phase Systems) ....... 182
6.5 สมการรูปทั่วไปของความสัมพันธ์อุณหพลศาสตร์ของแก๊ส .......... 186
แบบฝึกหัดบทที่ 6 ....................................... 195
บทที่ การประยุกต์ใช้อุณหพลศาสตร์กับกระบวนการไหลต่างๆ .... 197
7.1 อุปกรณ์ทางวิศวกรรม ................................................. 197
7.2 อุณหพลศาสตร์กับกระบวนการไหลต่าง ๆ ........................ 199
แบบฝึกหัดบทที่ 7 ........................................................... 220
บทที่ การผลิตกำลังจากความร้อน ................................. 223
8.1 เครื่องจักรกลไอน้ำ ................................................ 223
8.2 เครื่องจักรกลสันดาปภายใน (Internal–Combustion Engine) ...... 233
แบบฝึกหัดบทที่ 8 ............................................................. 244
บทที่ กระบวนการทำความเย็นและการทำให้เป็นของเหลว ... 247
9.1 เครื่องทำความเย็น (Refrigerators) ................................. 248
9.2 เครื่องทำความเย็นแบบคาร์โนต์ (Carnot Refrigerator) ....... 250
9.3 วัฏจักรไออัดตัว (Vapor–Compression Cycle) ...... 251
9.4 การเลือกสารหล่อเย็น (Refrigerant) ........................... 254
9.5 เครื่องทำความเย็นแบบดูดซึม (Absorption Refrigeration) ........ 255
9.6 ปั๊มความร้อน (Heat Pumps) ............................... 257
9.7 กระบวนการทำให้เป็นของเหลว (Liquefaction Processes) ......... 259
แบบฝึกหัดบทที่ 9 ................................. 264
บทที่ 10 สมดุลระหว่างวัฏภาคที่เป็นไอและของเหลว ................. 267
10.1 ธรรมชาติของสภาวะสมดุล ................................. 268
10.2 กฎของสถานะ (Phase Rule) และ Duhem’s Theorem ......... 269
10.3 พฤติกรรมของวัฏภาคไอ/ของเหลว ..................... 270
10.4 โมเดลอย่างง่ายสำหรับสมดุลไอ/ของเหลว ............. 280
10.5 การอธิบายสมดุลไอ/ของเหลวด้วย Raoult’s law ที่ได้รับการปรับเปลี่ยน ... 289
10.6 การอธิบายสมดุลไอ/ของเหลวด้วย K–value ........... 293
แบบฝึกหัดบทที่ 10 .......................... 300
บทที่ 11 อุณหพลศาสตร์ของสารละลาย : ทฤษฎี ............ 307
11.1 สมการความสัมพันธ์ของสมบัติพื้นฐาน (Fundamental Property Relation) ...... 308
11.2 Chemical Potential กับสมดุลวัฏภาค ................ 309
11.3 สมบัติ Partial Property .............................. 310
11.4 โมเดลสำหรับสารผสมของแก๊สอุดมคติ ................. 320
11.5 Fugacity และ Fugacity Coefficient ในกรณีสารบริสุทธิ์ ......... 323
11.6 Fugacity และ Fugacity Coefficient ของสารที่อยู่ในสารละลาย ........ 330
11.7 สมการรูปทั่วไปสำหรับ Fugacity Coefficient ............ 336
11.8 โมเดลสำหรับสารละลายอุดมคติ .................. 339
11.9 Excess Property ....................... 341
แบบฝึกหัดบทที่ 11 ......................................... 349
บทที่ อุณหพลศาสตร์ของสารละลาย : การใช้งาน .......... 355
12.1 สมบัติของวัฏภาคของเหลวจากข้อมูล VLE ........... 355
12.2 โมเดลสำหรับ Excess Gibbs Energy ..................... 371
12.3 ค่าการเปลี่ยนแปลงสมบัติจากการผสม (Property Changes of Mixing) ..................... 375
12.4 ผลทางความร้อนของกระบวนการผสม .................. 381
แบบฝึกหัดบทที่ 12 .......................................... 397
บทที่ สมดุลของการเกิดปฏิกิริยาเคมี ..................... 407
13.1 The Reaction Coordinate ................................. 407
13.2 การใช้หลักการของสมดุลกับปฏิกิริยาเคมี ................. 411
13.3 ค่าการเปลี่ยนแปลง Gibbs Energy ที่สภาวะมาตรฐานกับค่าคงที่สมดุล ....... 412
13.4 อิทธิพลของอุณหภูมิต่อค่าคงที่สมดุล ................ 415
13.5 การประเมินค่าคงที่สมดุล ............................... 418
13.6 ความสัมพันธ์ระหว่างค่าคงที่สมดุลกับสัดส่วนองค์ประกอบ........ 420
13.7 ค่า Conversion ที่สภาวะมาตรฐานสำหรับปฏิกิริยาเคมีเดียว ......... 424
13.8 กฎวัฏภาคและ Duhem’s theorem สำหรับระบบที่เกิดปฏิกิริยาเคมี ... 437
13.9 สมดุลของปฏิกิริยาเคมีหลายปฏิกิริยา ............ 441
13.10 เซลเชื้อเพลิง ............................................ 451
แบบฝึกหัดบทที่ 13 .......................................... 456
บทที่ สมดุลวัฏภาค ..................................................... 465
14.1 การพัฒนาค่า Gamma/Phi ของสมดุล VLE ............... 465
14.2 การคำนวณสมดุล VLE โดยใช้ Cubic Equation of State ..... 477
14.3 สมดุลกับความเสถียร ................................. 496
14.4 สมดุลของเหลว/ของเหลว (LLE) ..................... 502
14.5 สมดุลไอ/ของเหลว/ของเหลว (VLLE) ............ 510
14.6 สมดุลของแข็ง/ของเหลว (SLE) ........................ 518
14.7 สมดุลของแข็ง/ไอ (SVE) ................................. 522
14.8 การดูดซับของแก๊สบนของแข็งที่สภาวะสมดุล........ 526
14.9 สมดุลออสโมติก (Osmotic Equilibrium)
และความดันออสโมติก (Osmotic Pressure) ................ 541
แบบฝึกหัดบทที่ 14 ............................. 545
บทที่ 15 การวิเคราะห์กระบวนการในเชิงอุณหพลศาสตร์ .............. 553
15.1 การวิเคราะห์เชิงอุณหพลศาสตร์ของกระบวนการไหลแบบคงตัว ..... 553
แบบฝึกหัดบทที่ 15 ............................. 562
ภาคผนวก
ภาคผนวก A /ภาคผนวก B /ภาคผนวก C /ภาคผนวก D /ภาคผนวก E /ภาคผนวก F /ภาคผนวก G /
ภาคผนวก H : วิธี UNIFAC /ภาคผนวก I : วิธี Newton’s method
This website uses cookies (Learn more) and has a privacy policy (Learn more).