化工热力学练习题.docVIP

一、 判断题：1 熵增原理的表达式为：（ ）熵增原理的表达式应该为：或者写为：，（其中等号在可逆条件下成立）2 二阶舍项维里方程可用于计算纯物质的逸度系数（）二阶舍项维里方程可以适用于压力不高的气体的pVT关系计算，由于逸度系数的计算需要使用相应条件下的状态方程，因此二阶舍项维里方程可以用于压力不高（小于1.5MPa）情况下的纯物质逸度系数的计算。3 RK方程中，常数的混合规则分别为 （ ）习惯上，用于RK方程中常数的混合规则分别为 4无论以Henry定律为基准，还是以Lewis-Randall规则为基准定义活度，活度和逸度的值不变。（）以Henry定律为基准和以Lewis-Randall规则为基准定义的活度选用的逸度标准态不同，因此相应的活度和活度系数值会发生相应的变化，但是逸度值不变。5烃类物系汽液平衡计算可以使用K值法。 （ ）烃类物系可以近似为理想混合物，因此其相平衡常数，式中的变量均只为温度T、压力p的函数，与汽相组成和液相组成均无关，可以使用PTK图进行计算，简称K值法。二、 简答题 1. 写出稳定流动系统热力学第一定律的一般形式，并对流体流经泵和流经换热器的系统进行适当的简化。答：稳定流动系统的热力学第一定律表达式为：(1) 流体流经换热器传质设备Ws=0；另外，考虑动能项和势能项与焓变之间的数量级差别，动能项和势能项可以忽略，即，；因此，稳流系统热力学第一定律可化简为：(2) 流体流经泵、压缩机、透平等设备在数量级的角度上，动能项和势能项不能与焓变相比较，可以忽略，即，；即：若这些设备可视为与环境绝热，或传热量与所做功的数值相比可忽略不计，那么进一步可化简为：2. 写出局部组成的概念，并说明Wilson方程适用条件。答：局部组成的概念：在某个中心分子的近邻，出现分子和出现分子的几率不仅与分子的组成和有关，而且与分子间相互作用的强弱有关。Wilson方程的突出优点是（1）可以准确地描述极性和非极性混合物的活度系数，例如它可以很好地回归烃醇类物系，而用其它方程回归时效果却很差。（2）Wilson方程对二元溶液是一个两参数方程，且对多元体系的描述也仅用二元参数即可。Wilson方程也存在一些缺点，（1）当活度系数小于1时，Wilson方程有多个根，在自动计算机程序中进行根的选择比较困难，（2）而且它不能用于液相分层体系。3. 请写出中低压下汽液相平衡的关系式。（其中：液相用活度系数表示，以 Lewis-Randall规则为基准；汽相用逸度系数表示）。答：中低压下汽液平衡的关系式为：式中，p为相平衡的压力；yi为i组份在汽相中的摩尔分率；为i组份在汽相混合物中逸度系数；pis为相平衡温度T下纯物质i的饱和蒸气压；为i组份做为纯气体时，在相平衡温度T饱和蒸气压pis下的逸度系数；为组份i的活度系数；xi为i组份在液相中的摩尔分率；Vil为纯物质i的液相摩尔体积；R是摩尔通用气体常数；T是相平衡温度。三、 计算题1 已知某饱和液体在273K时，H=0, S=0，饱和蒸气压为1.27105Pa，若求478K，68.9105Pa时该物质蒸汽的H和S，请设计出计算路径，并画出图。解：（1）相应的计算路径为：478K,68.9105Pa饱和蒸气273K, 1.27105Pa478K,68.9105Pa理想气体理想气体273K, 1.27105Pa饱和液体273K, 1.27105Pa （A） （B）（a）由方程：故：则：（b）分别为T=273K，p的剩余焓与剩余熵， 则： 故： （c）（d）分别为478K、的剩余焓与剩余熵。 将各步骤的结果代入式（A）和（B）即可。2 某二元溶液，Lewis-Randall 规则标准态的超额Gibbs自由能可由下式给出： 式中：为常数，两纯组元逸度分别为和，单位为Pa, , T：K, 求：（1） 以Lewis-Randall 规则为标准态的活度系数与的表达式。（2） 以Henry定律为标准态的活度系数与的表达式。解：（1）由于 故：对于二元混合物，可以使用二元截矩公式计算活度系数二元截矩公式为：则：将代入上式，整理得：（2）由活度的定义： 因此，以Lewis-Randall 规则为标准态的活度系数与分别为：， 则 又由于亨利系数：则：同理可得：则依据定义式: 以Henry定律为标准态的活度系数与的表达式为： 3低压下丙酮（1）乙腈（2）二元体系的汽液平衡中，汽液两相假定均可视为理想体系，查得丙酮、乙腈的饱和蒸气压方程如下： 的单位为kPa， T的单位为K。试求：（1） 当p为85KPa, t为55C，该体系的汽液平衡组成y1, x1（2） 溶液中总组成为z1=0.8，当p为85KPa, t为55C，该体系的液相分率以及汽液相组成y1, x1（3） 当t为55C，汽相组成y1=0.5时相平衡压力与液相组成x1（4） 当t为55C，液相组成x1=0.35时的相平衡压力与汽相组成y1解：使用的汽液平衡关系式为：（1）当p为85KPa, t为55C，即328.15K时（2）当p为85KPa, t为55C，即328.15K时，上题求得：当总组成z1=0.8时，体系中液相分率由物料平衡得：解得：e0.883，即液相分率为0.883。（3）t为55C，故：将已知代入上式，解出：（4）t为55C，4某蒸汽压缩制冷装置，采用氨作制冷剂，制冷能力为105kJ/h，蒸发温度为15，冷凝温度为30，设压缩机作可逆绝热压缩，试求：（1）压缩单位制冷剂所消耗的功。（2）该制冷装置所提供的单位制冷量。（3）制冷剂每小时的循环量。（4）循环的制冷系数。解：由附图查出各状态点的值：(a)状态点1：蒸发温度为15时，制冷剂为饱和蒸汽的焓值、熵值 kJ/kg 状态点2：由氨的热力学图中找到温度为30时相应的饱和压力为1.17MPa，在氨 的pH图上，找到1点位置，沿恒熵线与p21.17MPa的定压线的交点，图上读出： k