化工热力学复习题

《化工热力学》一、判断题：试判断对错，并写出原因或对应公式（2分×5＝10分）熵增原理表示式为：（×）2．二阶舍项维里方程可用于计算纯物质逸度系数（√）RK方程中，常数混合规则分别为（×）4．不论以Henry定律为基准，还是以Lewis-Randall规则为基准定义活度，活度和逸度值不变。（×）5．烃类物系汽液平衡计算能够使用K值法。（√）简答题（8分×7＝56分）写出稳定流动系统热力学第一定律通常形式，并对流体流经泵和流经换热器系统进行适当简化。答：稳定流动系统热力学第一定律表示式为：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数量级差异，动能项和势能项能够忽略，即，；所以，稳流系统热力学第一定律可化简为： 流体流经泵、压缩机、透平等设备在数量级角度上，动能项和势能项不能与焓变相比较，能够忽略，即，；即： 若这些设备可视为与环境绝热，或传热量与所做功数值相比可忽略不计，那么深入可化简为： 写出水在一定温度下饱和蒸气压取得方法。在一定温度下水蒸气压取得方法能够有以下几个：经过试验进行测量经过数据手册查找到对应Antoine常数，使用Antoine方程进行计算经过饱和水蒸气表查找3．有些人提出用以下方程组来表示恒温、恒压下简单二元体系偏摩尔体积式中：V1和V2是纯组分摩尔体积，、只是T、P函数。试从热力学角度分析这些方程是否合理？答：依照Gibbs-Duhem方程得恒温、恒压下或由本题所给方程得到即（A）一样可得即（B）比较上述结果，式（A）=（B）得：整理此式得：或依照题意，所给出方程组只有在时才满足Gibbs-Duhem方程，方程才合理。写出局部组成概念，并说明Wilson方程和NRTL方程适用条件。答：局部组成概念：在某个中心分子近邻，出现分子和出现分子几率不但与分子组成和关于，而且与分子间相互作用强弱关于。Wilson方程：Wilson方程突出优点是（1）能够准确地描述极性和非极性混合物活度系数，比如它能够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选择比较困难，（2）而且它不能用于液相分层体系。NRTL方程：也能够用二元溶液数据推算多元溶液性质。但它最突出优点是能用于部分互溶体系，因而尤其适适用于液液分层物系计算。请写出中低压下汽液相平衡关系式。（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：中低压下汽液平衡关系式为：式中，p为相平衡压力；yi为i组份在汽相中摩尔分率；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下逸度系数；为组份i活度系数；xi为i组份在液相中摩尔分率；Vil为纯物质i液相摩尔体积；R是摩尔通用气体常数；T是相平衡温度。说明基团贡献法出发点、优点及不足答：基团贡献法是假定每个基团在不一样分子中对某一物性具备同一贡献值，比如临界体积，只要由各个基团临界体积贡献值之和加上某一常数即可。优点：更大通用性及不需要临界参数不足：分子交互作用难于校正发展：现在加上基团交互作用项，但愈来愈复杂，降低通用性简述估算沸点下蒸发焓方法答：（1）从Clausis－Clapeyron方程出发可化简为有一个方程，就有一套关系难点：要计算,即pVT关系（2）半经验关系式比如Giacalone式、Chen式、Vetere式不需要蒸发熵法最成功是基团法，比如计算愈加准确写出封闭系统和稳定流动系统热力学第一定律。答：封闭系统热力学第一定律：稳流系统热力学第一定律：写出维里方程中维里系数B、C物理意义，并写出舍项维里方程混合规则。答：第二维里系数B代表两分子间相互作用，第三维里系数C代表三分子间相互作用，B和C数值都仅仅与温度T关于；舍项维里方程混合规则为：，，，，，，，，，请分别以水溶解度和辛醇/水分配系数为例，简述环境热力学中相关关系和特点。答：水溶解度和辛醇/水分配系数是环境热力学中最特征内容水溶解度：经典液液平衡、固液平衡和气液平衡，只是在环境问题中，平衡体系中溶剂是水，而不是其余有机溶剂。辛醇/水分配系数：实质上是固体和液体在部分互溶系统中溶解度。它特点是：溶解度极小；数据可靠性很差；估算方法不准；惯用碎片基团法。写出混合物中i组元逸度和逸度系数定义式。答：逸度定义： （T恒定） 逸度系数定义：请写出剩下性质及超额性质定义及定义式。答：剩下性质：是指同温同压下理想气体与真实流体摩尔广度性质之差，即：；超额性质：是指真实混合物与同温同压和相同组成理想混合物摩尔广度性质之差，即：为何K值法能够用于烃类混合物汽液平衡计算？答：烃类混合物能够近似看作是理想混合物，于是在汽液平衡基本表示式中，，在压力不高情况下，Ponding因子近似为1，于是，汽液平衡表示式化简为：。由该式能够看出，K值仅仅与温度和压力关于，而与组成无关，所以，能够永K值法计算烃类系统汽液平衡。写出局部组成概念及Wilson方程和NRTL方程优缺点。答：局部组成：混合物中不一样组分i物质和j物质，因为分子间相互作用力不一样，同种分子间作用力与异类分子间相互作用力大小不一样，所以，在某一局部，某种分子周围组成与混合物中总体组成有所不一样。这种局部浓度就叫做局部组成。Wilson活度系数方程不适适用于液液分层体系计算，而NRTL方程没有此限制，但该方程是3参数活度系数方程，略复杂。汽相和液相均用逸度系数计算困难是什么？答：依照逸度系数计算方程，需要选择一个同时适适用于汽相和液相状态方程，且计算精度相当。这种方程形式复杂，参数角度，计算比较困难。计算题（共34分）1．低压下丙酮（1）—乙腈（2）二元体系汽液平衡中，汽液两相假定均可视为理想体系，查得丙酮、乙腈饱和蒸气压方程以下：单位为kPa，T单位为K。试求：当p为85KPa,t为55C，该体系汽液平衡组成y1,溶液中总组成为z1=0.8，当p为85KPa,t为55C，该体系液相分率以及汽液相组成y1,当t为55C，汽相组成y1=0.5时相平衡压力与液相组成当t为55C，液相组成x1=0.35时相平衡压力与汽相组成解：使用汽液平衡关系式为：（1）当p为85KPa,t为55（2）当p为85KPa,t为55C当总组成z1=0.8时，体系中液相分率由物料平衡得：解得：e＝0.883，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55C2．某蒸汽压缩制冷装置，采取氨作制冷剂，制冷能力为105kJ/h，蒸发温度为－15℃，冷凝温度为30（1）压缩单位制冷剂所消耗功。（2）该制冷装置所提供单位制冷量。（3）制冷剂每小时循环量。（4）循环制冷系数。解：由附图查出各状态点值：(a)状态点1：蒸发温度为－15℃kJ/kg状态点2：由氨热力学图中找到温度为30℃时对应饱和压力为1.17MPa，在氨p－H图上，找到1点位置，沿恒熵线与p2＝1.17MPa定压线交点，图上读出：kJ/kg状态点4：温度为30℃时饱和液体焓值为kJ/kg状态点5：H5=kJ/kg进行计算：（1）压缩单位制冷剂所消耗功=1880-1664=216kJ/kg（2）所提供单位制冷量为：kJ/kg（3）制冷剂循环量为：kJ/h（4）制冷系数273K,p273K,pis,l473K,3MPa,g273K,pis,ig473K,3MPa,ig-2824kJ·mol-1kJ·mol-1Vm=RT/p+10-5J·mol-1kJ·mol-12．某蒸汽压缩制冷装置，采取氨作制冷剂，制冷能力为105kJ/h，蒸发温度为－15℃，冷凝温度为30（1）压缩单位制冷剂所消耗功。（2）该制冷装置所提供单位制冷量。（3）制冷剂每小时循环量。（4）循环制冷系数。解：由附图查出各状态点值：(a)状态点1：蒸发温度为－15℃kJ/kg状态点2：由氨热力学图中找到温度为3