化工熱力學(xué)第五章作業(yè)講解

1、.第五章 例題一、填空題 1. 指出下列物系的自由度數(shù)目，(1)水的三相點(diǎn) 0 ，(2)液體水與水蒸汽處于汽液平衡狀態(tài) 1 ，(3)甲醇和水的二元汽液平衡狀態(tài) 2 ，(4)戊醇和水的二元汽-液-液三相平衡狀態(tài) 1 。2. 說(shuō)出下列汽液平衡關(guān)系適用的條件 (1) _無(wú)限制條件_；(2) _無(wú)限制條件_；(3) _低壓條件下的非理想液相_。3. 丙酮(1)-甲醇(2)二元體系在98.66kpa時(shí)，恒沸組成x1=y1=0.796，恒沸溫度為327.6k，已知此溫度下的kpa則 van laar 方程常數(shù)是 a12=_0.587_，a21=_0.717_(已知van laar 方程為 )4. 在101

2、.3kpa下四氯化碳(1)-乙醇(2)體系的恒沸點(diǎn)是x1=0.613和64.95，該溫度下兩組分的飽和蒸汽壓分別是73.45和59.84kpa，恒沸體系中液相的活度系數(shù)。1. 組成為x1=0.2，x2=0.8，溫度為300k的二元液體的泡點(diǎn)組成y1的為(已知液相的pa) _0.334_。 2. 若用eos法來(lái)處理300k時(shí)的甲烷（1）正戊烷（2）體系的汽液平衡時(shí)，主要困難是飽和蒸氣壓太高，不易簡(jiǎn)化；（ eos+法對(duì)于高壓體系需矯正）。3. eos法則計(jì)算混合物的汽液平衡時(shí)，需要輸入的主要物性數(shù)據(jù)是，通常如何得到相互作用參數(shù)的值？_從混合物的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到。4. 由wilson方程計(jì)算常數(shù)減壓

3、下的汽液平衡時(shí)，需要輸入的數(shù)據(jù)是antoine常數(shù)ai,bi,ci; rackett方程常數(shù)，；能量參數(shù)，wilson方程的能量參數(shù)是如何得到的？能從混合物的有關(guān)數(shù)據(jù)（如相平衡）得到。精品.5. 對(duì)于一個(gè)具有ucst和lcst的體系，當(dāng)和時(shí)，溶液是 均相 （相態(tài)）， 0 （0,0,=0）；當(dāng)和時(shí)，溶液是 液液平衡 二、 計(jì)算題3在常壓和25時(shí)，測(cè)得的異丙醇(1)-苯(2)溶液的汽相分壓（異丙醇的）是1720pa。已知25時(shí)異丙醇和苯的飽和蒸汽壓分別是5866和13252pa。(a)求液相異丙醇的活度系數(shù)（對(duì)稱歸一化）；(b)求該溶液的。解：由得同樣有：1. 乙醇(1)-甲苯(2)體系的有關(guān)的平

4、衡數(shù)據(jù)如下 t=318k、p=24.4kpa、x1=0.300、y1=0.634，已知318k的兩組飽和蒸汽壓為 kpa，并測(cè)得液相的混合熱是一個(gè)僅與溫度有關(guān)的常數(shù)，令氣相是理想氣體，求 (a)液相各組分的活度系數(shù)；(b)液相的和ge；(c)估計(jì)333k、x1=0.300時(shí)的ge值；(d)由以上數(shù)據(jù)能計(jì)算出333k、x1=0.300時(shí)液相的活度系數(shù)嗎? 為什么?（e）該溶液是正偏差還是負(fù)偏差？解：（a）由得同樣有：(b)精品.(c)積分得(d)不能得到活度系數(shù)，因?yàn)闆](méi)有g(shù)e的表達(dá)式。(e)由于ge0，故為正偏差溶液。2. 在總壓101.33kpa、350.8k下，苯(1)-正已烷(2)形成x1

5、=0.525的恒沸混合物。此溫度下兩組分的蒸汽壓分別是99.4kpa和97.27kpa，液相活度系數(shù)模型選用margules方程，汽相服從理想氣體，求350.8k下的汽液平衡關(guān)系和的函數(shù)式。解：將低壓下的二元汽液平衡條件與共沸點(diǎn)條件結(jié)合可以得將此代入margules方程得解出由此得新條件下的汽液平衡關(guān)系3. 苯(1)-甲苯(2)可以作為理想體系。(a)求90時(shí)，與x1=0.3 的液相成平衡的汽相組成和泡點(diǎn)壓力；(b) 90和101.325kpa時(shí)的平衡汽、液相組成多少? (c)對(duì)于x1=0.55和y1=0.75的平衡體系的溫度和壓力各是多少? (d)y1=0.3的混合物氣體在101.325kp

6、a下被冷卻到100時(shí)，混合物的冷凝率多少?解：查出antoine方程常數(shù)物質(zhì)abc精品.苯(1)6.94192769.42-53.26甲苯(2)7.05803076.65-54.65，由antoine方程得（a）同樣得由理想體系的汽液平衡關(guān)系得(b) 由(c)由得即所以（d），由antoine方程得設(shè)最初混合物汽相有10mol，即苯3mol，甲苯7mol。冷凝后汽、液相分別為(10-a)和amol，則：精品.冷凝率：5用wilson方程，計(jì)算甲醇（1）水（2）體系的露點(diǎn)（假設(shè)氣相是理想氣體，可用軟件計(jì)算）。（a）p=101325pa，y1=0.582（實(shí)驗(yàn)值t=81.48，x1=0.2）；（b

7、）t=67.83，y1=0.914（實(shí)驗(yàn)值p=101325pa，x1=0.8）。已知wilson 參數(shù)jmol-1和 jmol-1解：（a）已知p=101325pa，y1=0.582，屬于等壓露點(diǎn)計(jì)算，由于壓力較低，氣相可以作理想氣體?？梢詮幕疃认禂?shù)用wilson方程計(jì)算，其中純組分的液體摩爾體積由rackett方程；純分的飽和蒸汽壓由antoine方程計(jì)算。查得有關(guān)物性常數(shù)，并列于下表純組分的物性常數(shù)純組分(i)rackett 方程參數(shù)antoine 常數(shù)/k/mpa甲醇(1)512.588.0970.22730.02199.41383477.90-40.53水(2)647.3022.119

8、0.22510.03219.38763826.36-45.47用軟件來(lái)計(jì)算。輸入獨(dú)立變量、wilson能量參數(shù)和物性常數(shù)，即可得到結(jié)果：和精品.（b）已知t=67.83，y1=0.914，屬于等溫露點(diǎn)計(jì)算，同樣由軟件得到結(jié)果，,6 測(cè)定了異丁醛（1）水（2）體系在30時(shí)的液液平衡數(shù)據(jù)是。(a)由此計(jì)算van laar常數(shù)（答案是）；(b)推算，的液相互溶區(qū)的汽液平衡（實(shí)驗(yàn)值：kpa）。已知30時(shí)，kpa。解：（a）液液平衡準(zhǔn)則得將van laar方程代入上式再代入數(shù)據(jù) ，解方程組得結(jié)果：(b) ，的液相活度系數(shù)是精品.設(shè)汽相是理想氣體，由汽液平衡準(zhǔn)則得三、圖示題描述下列二元圖中的變化過(guò)程：這是一個(gè)等壓定（總）組成的降溫過(guò)程。a處于汽相區(qū)，降溫到b點(diǎn)時(shí)，即為露點(diǎn)，開始有液滴冷凝，隨著溫度的繼續(xù)下降，產(chǎn)生的液相量增加，而汽相量減少，當(dāng)達(dá)到c點(diǎn)，即泡點(diǎn)時(shí)，汽相消失，此時(shí)，液相的組成與原始汽相組成相同。繼續(xù)降溫到達(dá)d點(diǎn)。tabcdp=常數(shù)描述下列二元圖中的變化過(guò)程：這是一等溫等壓的變組成過(guò)程。從a到b，是液相中輕組分1的含量增加，b點(diǎn)為泡點(diǎn)，即開始有汽泡出現(xiàn)。b至c的過(guò)程中，系統(tǒng)中的輕組分增加，汽相相對(duì)于液相的量也在不斷的增加，c點(diǎn)為露點(diǎn)，c點(diǎn)到d點(diǎn)是汽相中輕組分的含量不斷增加。t=常數(shù) a b c d