化工熱力學(xué)習(xí)題

1、一、 判斷題：1 熵增原理的表達(dá)式為：（ ）熵增原理的表達(dá)式為：（ × ）熵增原理的表達(dá)式應(yīng)該為：或者寫為：，（其中等號在可逆條件下成立）2 二階舍項維里方程可用于計算純物質(zhì)的逸度系數(shù)（）二階舍項維里方程可以適用于壓力不高的氣體的pVT關(guān)系計算，由于逸度系數(shù)的計算需要使用相應(yīng)條件下的狀態(tài)方程，因此二階舍項維里方程可以用于壓力不高（小于1.5MPa）情況下的純物質(zhì)逸度系數(shù)的計算。3 RK方程中，常數(shù)的混合規(guī)則分別為 （ × ）習(xí)慣上，用于RK方程中常數(shù)的混合規(guī)則分別為4無論以Henry定律為基準(zhǔn)，還是以Lewis-Randall規(guī)則為基準(zhǔn)定義活度，活度和逸度的值不變。（

2、15;）以Henry定律為基準(zhǔn)和以Lewis-Randall規(guī)則為基準(zhǔn)定義的活度選用的逸度標(biāo)準(zhǔn)態(tài)不同，因此相應(yīng)的活度和活度系數(shù)值會發(fā)生相應(yīng)的變化，但是逸度值不變。5烴類物系汽液平衡計算可以使用K值法。 （ ）烴類物系可以近似為理想混合物，因此其相平衡常數(shù)，式中的變量均只為溫度T、壓力p的函數(shù)，與汽相組成和液相組成均無關(guān)，可以使用PTK圖進(jìn)行計算，簡稱K值法。二、 簡答題 1. 寫出穩(wěn)定流動系統(tǒng)熱力學(xué)第一定律的一般形式，并對流體流經(jīng)泵和流經(jīng)換熱器的系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮喕?。答：穩(wěn)定流動系統(tǒng)的熱力學(xué)第一定律表達(dá)式為：(1 流體流經(jīng)換熱器傳質(zhì)設(shè)備Ws=0；另外，考慮動能項和勢能項與焓變之間的數(shù)量級差別，動

3、能項和勢能項可以忽略，即，；因此，穩(wěn)流系統(tǒng)熱力學(xué)第一定律可化簡為： (2 流體流經(jīng)泵、壓縮機、透平等設(shè)備在數(shù)量級的角度上，動能項和勢能項不能與焓變相比較，可以忽略，即，；即： 若這些設(shè)備可視為與環(huán)境絕熱，或傳熱量與所做功的數(shù)值相比可忽略不計，那么進(jìn)一步可化簡為： 2. 寫出局部組成的概念，并說明Wilson方程適用條件。答：局部組成的概念：在某個中心分子的近鄰，出現(xiàn)分子和出現(xiàn)分子的幾率不僅與分子的組成和有關(guān)，而且與分子間相互作用的強弱有關(guān)。Wilson方程的突出優(yōu)點是（1）可以準(zhǔn)確地描述極性和非極性混合物的活度系數(shù)，例如它可以很好地回歸烴醇類物系，而用其它方程回歸時效果卻很差。（2）Wilso

4、n方程對二元溶液是一個兩參數(shù)方程，且對多元體系的描述也僅用二元參數(shù)即可。Wilson方程也存在一些缺點，（1）當(dāng)活度系數(shù)小于1時，Wilson方程有多個根，在自動計算機程序中進(jìn)行根的選擇比較困難，（2）而且它不能用于液相分層體系。3. 請寫出中低壓下汽液相平衡的關(guān)系式。（其中：液相用活度系數(shù)表示，以 Lewis-Randall規(guī)則為基準(zhǔn)；汽相用逸度系數(shù)表示）。答：中低壓下汽液平衡的關(guān)系式為：式中，p為相平衡的壓力；yi為i組份在汽相中的摩爾分率；為i組份在汽相混合物中逸度系數(shù)；pis為相平衡溫度T下純物質(zhì)i的飽和蒸氣壓；為i組份做為純氣體時，在相平衡溫度T飽和蒸氣壓pis下的逸度系數(shù)；為組份i

5、的活度系數(shù)；xi為i組份在液相中的摩爾分率；Vil為純物質(zhì)i的液相摩爾體積；R是摩爾通用氣體常數(shù)；T是相平衡溫度。三、 計算題1 已知某飽和液體在273K時，H=0, S=0，飽和蒸氣壓為1.27×105Pa，若求478K，68.9×105Pa時該物質(zhì)蒸汽的H和S，請設(shè)計出計算路徑，并畫出圖。解：（1）相應(yīng)的計算路徑為：478K,68.9×105Pa飽和液體273K, 1.27×105Pa （A） （B）（a）由方程：故：則：（b）分別為T=273K，p的剩余焓與剩余熵，則： 故： （c）（d）分別為478K、的剩余焓與剩余熵。 將各步驟的結(jié)果代入式（A

6、）和（B）即可。2 某二元溶液，Lewis-Randall 規(guī)則標(biāo)準(zhǔn)態(tài)的超額Gibbs自由能可由下式給出： 式中：為常數(shù)，兩純組元逸度分別為和，單位為Pa, , T ：K, 求：（1） 以Lewis-Randall 規(guī)則為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)的活度系數(shù)與的表達(dá)式。（2） 以Henry定律為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)的活度系數(shù)與的表達(dá)式。解：（1）由于 故：對于二元混合物，可以使用二元截矩公式計算活度系數(shù)二元截矩公式為：則：將代入上式，整理得：（2）由活度的定義： 因此，以Lewis-Randall 規(guī)則為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)的活度系數(shù)與分別為：， 則 又由于亨利系數(shù)：則：同理可得：則依據(jù)定義式: 以Henry定律為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)的活度系數(shù)

7、與的表達(dá)式為： 3低壓下丙酮（1）乙腈（2）二元體系的汽液平衡中，汽液兩相假定均可視為理想體系，查得丙酮、乙腈的飽和蒸氣壓方程如下： 的單位為kPa， T的單位為K。試求：（1） 當(dāng)p為85KPa, t為55C，該體系的汽液平衡組成y1, x1（2） 溶液中總組成為z1=0.8，當(dāng)p為85KPa, t為55C，該體系的液相分率以及汽液相組成y1, x1（3） 當(dāng)t為55C，汽相組成y1=0.5時相平衡壓力與液相組成x1（4） 當(dāng)t為55C，液相組成x1=0.35時的相平衡壓力與汽相組成y1解：使用的汽液平衡關(guān)系式為：（1）當(dāng)p為85KPa, t為55C，即328.15K時（2）當(dāng)p為85KPa

8、, t為55C，即328.15K時，上題求得：當(dāng)總組成z1=0.8時，體系中液相分率由物料平衡得：解得：e0.883，即液相分率為0.883。（3）t為55C，故：將已知代入上式，解出：（4）t為55C，4某蒸汽壓縮制冷裝置，采用氨作制冷劑，制冷能力為105kJ/h，蒸發(fā)溫度為15，冷凝溫度為30，設(shè)壓縮機作可逆絕熱壓縮，試求：（1）壓縮單位制冷劑所消耗的功。（2）該制冷裝置所提供的單位制冷量。（3）制冷劑每小時的循環(huán)量。（4）循環(huán)的制冷系數(shù)。解：由附圖查出各狀態(tài)點的值：(a狀態(tài)點1：蒸發(fā)溫度為15時，制冷劑為飽和蒸汽的焓值、熵值 kJ/kg 狀態(tài)點2：由氨的熱力學(xué)圖中找到溫度為30時相應(yīng)的飽和壓力為1.17MPa，在氨 的pH圖上，找到1點位置，沿恒熵線與p21.17MPa的定壓線的交點，圖上讀出： k