化工熱力學(xué)復(fù)習(xí)題

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上化工熱力學(xué)一、判斷題：試判斷對(duì)錯(cuò)，并寫出原因或相應(yīng)的公式（2分×510分）1 熵增原理的表達(dá)式為：（ × ）2二階舍項(xiàng)維里方程可用于計(jì)算純物質(zhì)的逸度系數(shù)（）3 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。（×）5烴類物系汽液平衡計(jì)算可以使用K值法。 （ ）二、 簡(jiǎn)答題 （8分×756分）1 寫出穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)熱力學(xué)第一定律的一般形式，并對(duì)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?jiǎn)化。答：穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)的熱力學(xué)第一定律表達(dá)式為

2、：(1) 流體流經(jīng)換熱器傳質(zhì)設(shè)備Ws=0；另外，考慮動(dòng)能項(xiàng)和勢(shì)能項(xiàng)與焓變之間的數(shù)量級(jí)差別，動(dòng)能項(xiàng)和勢(shì)能項(xiàng)可以忽略，即，；因此，穩(wěn)流系統(tǒng)熱力學(xué)第一定律可化簡(jiǎn)為：(2) 流體流經(jīng)泵、壓縮機(jī)、透平等設(shè)備在數(shù)量級(jí)的角度上，動(dòng)能項(xiàng)和勢(shì)能項(xiàng)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(jì)，那么進(jìn)一步可化簡(jiǎn)為：2 寫出水在一定溫度下的飽和蒸氣壓的獲得方法。在一定溫度下水的蒸氣壓獲得方法可以有以下幾種：（1） 通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行測(cè)量（2） 通過數(shù)據(jù)手冊(cè)查找到相應(yīng)的Antoine常數(shù)，使用Antoine方程進(jìn)行計(jì)算（3） 通過飽和水蒸氣表查找3有人提出用下列方程組

3、來表示恒溫、恒壓下簡(jiǎn)單二元體系的偏摩爾體積式中：V1和V2是純組分的摩爾體積，、 只是T、P的函數(shù)。試從熱力學(xué)的角度分析這些方程是否合理？答： 根據(jù)Gibbs-Duhem方程得恒溫、恒壓下或 由本題所給的方程得到即 （A）同樣可得即 （B）比較上述結(jié)果，式（A）=（B）得：整理此式得：或根據(jù)題意，所給出的方程組只有在時(shí)才滿足Gibbs-Duhem方程，方程才合理。4 寫出局部組成的概念，并說明Wilson方程和NRTL方程的適用條件。答：局部組成的概念：在某個(gè)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(qiáng)弱有關(guān)。Wilson方程：Wilson方程的突出

4、優(yōu)點(diǎn)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(shí)效果卻很差。（2）Wilson方程對(duì)二元溶液是一個(gè)兩參數(shù)方程，且對(duì)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(diǎn)，（1）當(dāng)活度系數(shù)小于1時(shí)，Wilson方程有多個(gè)根，在自動(dòng)計(jì)算機(jī)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。NRTL方程：也可以用二元溶液的數(shù)據(jù)推算多元溶液的性質(zhì)。但它最突出的優(yōu)點(diǎn)是能用于部分互溶體系，因而特別適用于液液分層物系的計(jì)算。5 請(qǐng)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)；

5、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(shí)，在相平衡溫度T飽和蒸氣壓pis下的逸度系數(shù)；為組份i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。6 說明基團(tuán)貢獻(xiàn)法的出發(fā)點(diǎn)、優(yōu)點(diǎn)及局限性答：基團(tuán)貢獻(xiàn)法是假定每個(gè)基團(tuán)在不同分子中對(duì)某一物性具有同一貢獻(xiàn)值，例如臨界體積，只要由各個(gè)基團(tuán)的臨界體積貢獻(xiàn)值之和加上某一常數(shù)即可。優(yōu)點(diǎn)：更大的通用性及不需要臨界參數(shù)局限性：分子交互作用

6、難于校正發(fā)展：目前加上基團(tuán)交互作用項(xiàng)，但愈來愈復(fù)雜，減少通用性7 簡(jiǎn)述估算沸點(diǎn)下蒸發(fā)焓的方法答：（1）從ClausisClapeyron方程出發(fā) 可化簡(jiǎn)為 有一個(gè)方程，就有一套關(guān)系難點(diǎn)：要計(jì)算,即pVT關(guān)系（2）半經(jīng)驗(yàn)關(guān)系式例如Giacalone式、Chen式、Vetere式不需要（3） 蒸發(fā)熵法最成功的是基團(tuán)法，例如計(jì)算更加準(zhǔn)確1. 寫出封閉系統(tǒng)和穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)的熱力學(xué)第一定律。答：封閉系統(tǒng)的熱力學(xué)第一定律： 穩(wěn)流系統(tǒng)的熱力學(xué)第一定律：2. 寫出維里方程中維里系數(shù)B、C的物理意義，并寫出舍項(xiàng)維里方程的混合規(guī)則。答：第二維里系數(shù)B代表兩分子間的相互作用，第三維里系數(shù)C代表三分子間相互作用，B和C

7、的數(shù)值都僅僅與溫度T有關(guān)；舍項(xiàng)維里方程的混合規(guī)則為：，3. 請(qǐng)分別以水溶解度和辛醇/水分配系數(shù)為例，簡(jiǎn)述環(huán)境熱力學(xué)中相關(guān)的關(guān)系和特點(diǎn)。答：水溶解度和辛醇/水分配系數(shù)是環(huán)境熱力學(xué)中最特征的內(nèi)容(1) 水溶解度：典型的液液平衡、固液平衡和氣液平衡，只是在環(huán)境問題中，平衡體系中的溶劑是水，而不是其他的有機(jī)溶劑。(2) 辛醇/水分配系數(shù)：實(shí)質(zhì)上是固體和液體在部分互溶系統(tǒng)中的溶解度。它的特點(diǎn)是：溶解度極?。粩?shù)據(jù)的可靠性很差；估算方法不準(zhǔn)；常用碎片基團(tuán)法。4. 寫出混合物中i組元逸度和逸度系數(shù)的定義式。答：逸度定義：（T恒定） 逸度系數(shù)的定義：5. 請(qǐng)寫出剩余性質(zhì)及超額性質(zhì)的定義及定義式。答：剩余性質(zhì)：是

8、指同溫同壓下的理想氣體與真實(shí)流體的摩爾廣度性質(zhì)之差，即：；超額性質(zhì)：是指真實(shí)混合物與同溫同壓和相同組成的理想混合物的摩爾廣度性質(zhì)之差，即： 6. 為什么K值法可以用于烴類混合物的汽液平衡計(jì)算？答：烴類混合物可以近似看作是理想混合物，于是在汽液平衡基本表達(dá)式中的，在壓力不高的情況下，Ponding因子近似為1，于是，汽液平衡表達(dá)式化簡(jiǎn)為：。由該式可以看出，K值僅僅與溫度和壓力有關(guān)，而與組成無關(guān)，因此，可以永K值法計(jì)算烴類系統(tǒng)的汽液平衡。7. 寫出局部組成的概念及Wilson方程和NRTL方程的優(yōu)缺點(diǎn)。答：局部組成：混合物中的不同組分i物質(zhì)和j物質(zhì)，由于分子間的相互作用力不同，同種分子間的作用力與

9、異類分子間的相互作用力的大小不同，因此，在某一局部，某種分子周圍的組成與混合物中的總體組成有所不同。這種局部的濃度就叫做局部組成。Wilson活度系數(shù)方程不適用于液液分層體系的計(jì)算，而NRTL方程沒有此限制，但該方程是3參數(shù)的活度系數(shù)方程，略復(fù)雜。8. 汽相和液相均用逸度系數(shù)計(jì)算的困難是什么？答：根據(jù)逸度系數(shù)的計(jì)算方程，需要選擇一個(gè)同時(shí)適用于汽相和液相的狀態(tài)方程，且計(jì)算精度相當(dāng)。這種方程的形式復(fù)雜，參數(shù)角度，計(jì)算比較困難。三、 計(jì)算題（共34分）1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。

10、試求：（1） 當(dāng)p為85KPa, t為55°C，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55°C，該體系的液相分率以及汽液相組成y1, x1（3） 當(dāng)t為55°C，汽相組成y1=0.5時(shí)相平衡壓力與液相組成x1（4） 當(dāng)t為55°C，液相組成x1=0.35時(shí)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55°C，即328.15K時(shí)（2）當(dāng)p為85KPa, t為55°C，即328.15K時(shí)，上題求得：當(dāng)總組成z1=0.8時(shí)，體系中液相分率由物料平衡

11、得：解得：e0.883，即液相分率為0.883。（3）t為55°C，故：將已知代入上式，解出：（4）t為55°C，2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(jī)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(shí)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(diǎn)的值：(a)狀態(tài)點(diǎn)1：蒸發(fā)溫度為15時(shí)，制冷劑為飽和蒸汽的焓值、熵值 kJ/kg 狀態(tài)點(diǎn)2：由氨的熱力學(xué)圖中找到溫度為30時(shí)相應(yīng)的飽和壓力為1.17MPa，在氨 的pH圖上，找到1點(diǎn)位置，沿恒熵線與p

12、21.17MPa的定壓線的交點(diǎn)，圖上讀出： kJ/kg狀態(tài)點(diǎn)4：溫度為30時(shí)的飽和液體的焓值為 kJ/kg狀態(tài)點(diǎn)5：H5= kJ/kg進(jìn)行計(jì)算：（1）壓縮單位制冷劑所消耗的功=1880-1664=216 kJ/kg（2）所提供的單位制冷量為： kJ/kg（3）制冷劑的循環(huán)量為： kJ/h （4）制冷系數(shù) 273K, pis, l473K, 3MPa, g273K, pis, ig473K, 3MPa, ig1. 答：首先涉及路徑，273 K飽和蒸汽壓下的氣體可近似視為理想氣體。 -2824 kJ·mol-1 kJ·mol-1Vm=RT/p+10-5 J·mol-1 kJ·mol-12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(jī)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(shí)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(diǎn)的值：(a)狀態(tài)點(diǎn)1：蒸發(fā)溫度為15時(shí)，制冷劑為飽和蒸汽的焓值、熵值 kJ/kg 狀態(tài)點(diǎn)2：由氨的熱力學(xué)圖中找到溫度為30