化工热力学作业讲解

1、第五章例题一、填空题1 .指出下列物系的自由度数目，（1）水的三相点0,（2）液体水与水蒸汽处于汽液平衡状态1,（3）甲醇和水的二元汽液平衡状态2,（4）戊醇和水的二元汽-液-液三相平衡状态1。2 .说出下列汽液平衡关系适用的条件？v?无限制条件（2） ?Vyi?为无限制条件PyiRsiXi低压条件下的非理想液相。3. 丙酮（1）-甲醇（2）二元体系在98.66KPa时，恒沸组成x1=y1=0.796,恒沸温度为327.6K,已知此温度下的P1s95.39,P。65.06kPa则vanLaar方程常数是A12=0.587,A21=0.717（已知vanLaar方程为GA12"组成为x

2、1=0.2,x2=0.8,温度为300K的二元液体的泡点组成丫1的为（已知液相的EssGt75n1n24nln2）,R1866,P23733Pa）0.334。"2.若用EOS+法来处理300K时的甲烷（1）正戊烷（2）体系的汽液平衡时，主要困难是PiS25.4MPa饱和蒸气压太高，不易简化：（EOS+y法对于高压体系需矫正）。EOS法则计算混合物的汽液平衡时，需要输入的主要物性数据是丁。，Pa,Ci,kj,通常如何得到相互作用参数的值？从混合物的实验数据拟合得到。4.由Wilson方程计算常数减压下的汽液平衡时，需要输入的数据是Antoine常数Ai,Bi,Ci;Rackett方程常

3、数a.B:能量参数（jH）（i,j1,2,N）-Wilson方程的能量参数是如何得到的？能从混合物的有关数据（如相平衡）得到。）RTA12X1A21X24. 在101.3kPa下四氯化碳（1）-乙醇（2）体系的恒沸点是xi=0.613和64.95C,该温度下两组分的饱和蒸汽压分别是73.45和59.84kPa,恒沸体系中液相的活度系数11.38,21693。5.对于一个具有UCST和LCST的体系，当TTucst和TTulst时，溶液是均相（相太、2G心),2x1T,P>0（>0,<0,=0）;当TTucst和TTulst时，溶液是液液平衡计算题3.在常压和25c时，测得xi

4、0.059的异丙醇（1）-苯（2）溶液的汽相分压（异丙醇的）是1720Pa。已知25c时异丙醇和苯的饱和蒸汽压分别是5866和13252Pa。（a）求液相异丙醇的活度系数（对称归一化）；（b）求该溶液的GEo解：由PyP1sx11得1Py1101325y11720_s一_一一_一_一一一一PiXi0.05958660.0595866同样有:Py21013251720°28P2sX210.059132521.乙醉（1）-甲苯（2）体系的有关的平衡数据如下T=318K、P=24.4kPa、xi=0.300、y1=0.634,ss已知318K的两组饱和烝汽压为pi23.06,巳10.05k

5、Pa,并测得液相的混合热是一个仅与温度有关的常数H/RT0.437,令气相是理想气体，求（a）液相各组分的活度系数；（b）液相的G和GE；（c）估计333K、xi=0.300时的GE值；（d）由以上数据能计算出333K、xi=0.300时液相的活度系数吗为什么（e）该溶液是正偏差还是负偏差？解：（a）由pyP；Xi1得13PiSXi24.40.6340.323.062.24同样有:Py2sP2X224.4(10.634)1270.710.05(b)GEXiln1X2ln20.3ln2.240.7ln1.270.41RTGE1084.0Jmol(c)GETHEH0.437R7r7TT积分得（d）

6、不能得到活度系数，因为没有GE的表达式。（e）由于GE>0,故为正偏差溶液。2 .在总压101.33kPa、350.8KT,苯-正已烷（2）形成xi=0.525的恒沸混合物。此温度下两组分的蒸汽压分别是99.4KPa和97.27KPa,液相活度系数模型选用Margules方程，汽相服从理想气体，求350.8K下的汽液平衡关系PXi和y1Xi的函数式。解：将低压下的二元汽液平衡条件与共沸点条件结合可以得将此代入Margules方程得解出小0.1459,A210.0879由此得新条件下的汽液平衡关系3 .苯（1）-甲苯（2）可以作为理想体系。（a）求90c时，与xi=0.3的液相成平衡的汽相

7、组成和泡点压力；（b）90c和101.325kPa时的平衡汽、液相组成多少（c）对于xi=0.55和y1=0.75的平衡体系的温度和压力各是多少（d）y1=0.3的混合物气体在101.325KPa下被冷却到100c时，混合物的冷凝率多少解：查出Antoine方程常数物质ABC苯(1)6.94192769.42-53.26甲苯（2）7.05803076.65-54.65T90273.15363.15(K),由Antoine方程得(a)同样得P2s54.2kPa由理想体系的汽液平衡关系得(b)由(c)由Py1P；Xi,Py2P2sX2得即所以(d)T100273.15373.15(K),由Anto

8、ine方程得设最初混合物汽相有10mol,即苯3mol,甲苯7mol。冷凝后汽、液相分别为(10-a)和amol,100.4563则：3a0.257(10a)0.456a7.839mol0.4560.257冷凝率：783978.39%10105.用Wilson方程，计算甲醇(1)水(2)体系的露点(假设气相是理想气体，可用软件计算)。(a)P=101325Pa,y1=0.582(实验值T=81.48C,xi=0.2);(b)T=67.83C,y1=0.914(实验值P=101325Pa,xi=0.8)。已知Wilson参数1211108sl3Jmol-1和121221631.04Jmol解：（

9、a）已知P=101325Pa,y=0.582,属于等压露点计算，由于压力较低，气相可以作理想气体。T,y1,y2可以从活度系数用Wilson方程计算，其中纯组分的液体摩尔体积由Rackett方程；纯分的饱和蒸汽压由Antoine方程计算。查得有关物性常数，并列于下表纯组分的物性常数纯组分（i）Rackett方程参数Antoine常数几/KPci/MPa甲醇512.588.0970.22730.02199.41383477.90-40.53水(2)647.3022.1190.22510.03219.38763826.36-45.47用软件来计算。输入独立变量、Wilson能量参数和物性常数，即可

10、得到结果:T356.9816K和X10.2853034（b）已知T=67.83C,yi=0.914,属于等温露点计算，同样由软件得到结果,97.051kPa,x10.72404036.测定了异丁醛（1）水（2）体系在30c时的液液平衡数据是X10.8931,x10.0150。(a)由此计算vanLaar常数(答案是A124.32,A212.55)；(b)推算T30C,X10.915的液相互溶区的汽液平衡（实验值:P29.31kPa)。已知30c时,P1s28.58,P2s4.22kPa。解:得（a）液液平衡准则lnA2将vanLaar方程A21X2A12X1A21X22代入上式再代入数据x1lnA21A2X1A12X1A21X20.8931,X10.0150,X2X1,X21X1,解方程组得结果:(b)T30C,%0.915的液相活度系数是设汽相是理想气体,由汽液平衡准则得三、图示题描述下列二元的降温过程。Txy图中的变化过程A处于汽相区，降温到B点时,BC即为露点,继续下降，产生的液相量增加，而汽相量减少，当达到D:这是一个等压定（总）组成开始有液滴冷凝，随着温度的C点，即泡点时，汽相消失，D点。此时，液相的组成与原始汽相组成相同。继续降温到达描述下列二元Pxy图中的变化过程ABCD:这是一等温等压的变组成过程。从A至ijB,是液相中轻组分1的含量增加，B点为泡点，即开始