北京化工大學(xué)化工熱力學(xué)2012017考試試卷A參考答案

北京化工大學(xué)2016——2017學(xué)年第一學(xué)期《化工熱力學(xué)》期末考試試卷課程代碼CHE33500T班級：姓名：學(xué)號：任課教師：分?jǐn)?shù)：題號一二三四總分得分(2父8=16分)正誤題(正確的畫V,錯(cuò)誤的畫X,標(biāo)在[]中)[V]剩余性質(zhì)法計(jì)算熱力學(xué)性質(zhì)的方便之處在于利用了理想氣體的性質(zhì)。[X]Virial方程中B12反映了不同分子間的相互作用力的大小，因此Bi2=0的氣體混合物，必定是理想氣體混合物。在二元體系中，如果在某濃度范圍內(nèi)Henry定律適用于組分1,則在相同的濃度范圍內(nèi)，Lewis-Randall規(guī)則必然適用于組分2。[X]某絕熱的房間內(nèi)有一個(gè)冰箱，通電后若打開冰箱門，則房間內(nèi)溫度將逐漸下降。[X]溶液的超額性質(zhì)數(shù)值越大，則溶液的非理想性越大。[x]水蒸汽為加熱介質(zhì)時(shí)，只要傳質(zhì)推動(dòng)力滿足要求，應(yīng)盡量采用較低壓力[X]通過熱力學(xué)一致性檢驗(yàn)，可以判斷汽液平衡數(shù)據(jù)是否正確。[X]如果一個(gè)系統(tǒng)經(jīng)歷某過程后嫡值沒有變化，則該過程可逆且絕熱。(第1空2分，其它每空1分，共18分)填空題(1)某氣體符合P=RT/(V-b)的狀態(tài)方程，從Vi等溫可逆膨脹至V2,則體系的AS為RlnV2■心V1-b(2)寫出下列偏摩爾量的關(guān)系式(2)寫出下列偏摩爾量的關(guān)系式l,c(nGE/RT)I—T,p,nj?=ln?,,P,nji.=ln?,,P,nji.Pg(nG/RT)lIp,n=四。ji=(3)對于溫度為T,壓力為P以及組成為｛x｝的理想溶液，VE=__0__,HE—0—,Ge/RT=0,ln*=0,?=fi。(4)Rankine循環(huán)的四個(gè)過程是：等溫加熱(蒸發(fā))，絕熱膨脹(做功)，等壓(冷凝)冷卻，絕熱壓縮。f、f-2、(5)純物質(zhì)的臨界點(diǎn)關(guān)系滿足I空1=0,2鳥=0,vanderWaals方程的H3)臨界壓縮因子是__0.375—常見流體的臨界壓縮因子的范圍是_0.2-0.3二、(5父6=30分)簡答題(簡明扼要，寫在以下空白處)(1)簡述如何通過水蒸汽表計(jì)算某一狀態(tài)下水蒸汽的剩余始和逸度(假定該溫度條件下表中最低壓力的蒸汽為理想氣體)。剩余始：①通過線性插值，從過熱水蒸汽表中查出給定狀態(tài)下的始值；②從飽和蒸汽表中查得標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)的蒸發(fā)始AVapH(飽和液體的始-飽和蒸汽的燃)；③通過AHig=[CpgdT^Cp)(T-T0)計(jì)算理想氣體的始變；④通過AHr=H-AapH-4ig得到剩余始。逸度：①通過線性插值，從過熱水蒸汽表中查出給定狀態(tài)下的始和嫡并根據(jù)G=H—TS馬至ijGibbs自由能G(T,p);②從過熱蒸汽表中查得最低壓力時(shí)的始和嫡，計(jì)算得到Gibbs自由能Gig(T,p°);

③由公式lnf=G(T,p)-GigTp0)p0(2)簡述偏心因子的定義、提出偏心因子的目的、以及混合物偏心因子的表示方法。定義：將Tr=0.7時(shí)，變量lgprS(Ar)-lgprS(i)定義為偏心因子。目的：用于描述非球形分子的熱力學(xué)性質(zhì)相對于理想球形分子的偏離程度。混合偏心因子：,1八]yi'i(3)某二元液體混合物的超額Gibbs函數(shù)是GE/RT=A%x2(A為常數(shù))，且已知兩個(gè)純組分的飽和蒸汽壓分別為pS,pS,求各組分的活度系數(shù)(%,%)、逸度系數(shù)(？，？)、Henry系數(shù)(kH,1,kH,2)。ee解：此工=c(nG/RT)]=ax；同理,ln(=儀/RT)=Ax：即i5i九n6n2加?i=exp(Ax；'%=exp(Ax；),?=p：、，￡=p；x2?2kH,1expAx2=plskH,1expAx2=plsexpA%,2f二則1二則psexpAx2J；'=p2expA(4)對于中低壓下二元混合物的汽液平衡，簡述實(shí)際工程中泡點(diǎn)溫度與組成的計(jì)算過程。①讀入p,{x}等參數(shù)，預(yù)設(shè)9=1,計(jì)算代〉，并由此得到T=￡TS，估算{piS}Q,并得到新的T,迭代計(jì)算直到T收斂；②由此T計(jì)算新的小，然后迭代，直至收斂。(5)Virial方程可表示為：Z=pV/RT=1+Bp+C'p2+|||,或Z=p/VR1T+/B+V/|||C封式中B：C'的和B,C符合對應(yīng)點(diǎn)關(guān)系。試證明：B'=B/RT,C'=(C-B2)/(RT)2將p=RT/V(1+B/V+C/V2+|||)代入(1)式得Z=pV/RT=1BRTRTZ=pV/RT=1BRTRT-1BBBVVRT

7…/RTy(1B/VC/V2|1)C—(1B/VC/V21|1)(1CRT)HI比較可得:C-B(RT)2三、（16分）分析題空氣以大約2MPa的壓力進(jìn)入等溫壓縮機(jī)（1—2）,壓縮至約20MPa的高壓（2—3）,然后進(jìn)入換熱器，經(jīng)等壓冷卻溫度降低（3-4）,再通過節(jié)流膨脹（4-5）后至狀態(tài)點(diǎn)5（濕蒸汽），進(jìn)入分流器中使空氣中的飽和液體（6）和飽和蒸汽（7）分離開來，液體作為產(chǎn)品被移出，而飽和蒸汽回流至一換熱器，用于冷卻從壓縮機(jī)出來的高壓氣體而自身被加熱到狀態(tài)點(diǎn)8,并且與補(bǔ)充的新鮮空氣1混合成狀態(tài)2,再進(jìn)入壓縮機(jī)重新進(jìn)行液化循環(huán)。試根據(jù)以上描述：（1）在T—S圖和lnp—H圖畫出該過程并標(biāo)明各個(gè)狀態(tài)點(diǎn)；（2）寫出嫡平衡和？平衡方程。四、(2x10=20分)計(jì)算題(1)在給定溫度和壓力下，二元體系的始值可用H=200x1+300X2+HE表示，式中的HE=XiX2(20Xi+10X2),H和H巳的量綱為Jmol-10試求其偏摩爾始Hi和幾以及超額偏摩爾始H1E和HE的表達(dá)式，并計(jì)算純物質(zhì)的H1和H2,以及無限稀釋條件下的匕二和H2:：oHE=^X2(20X110x2)=20x1x2(x1-0.5x2)H1-200J/mol,H1=300J/molH1=H-x2(cH/a2Tp=200+30x2—20x；-3H2=H-X1；:H/步T,p=300-20X1HJ=210J/mol彳2：=32@/mol(2)某二元溶液，以純組分作為標(biāo)準(zhǔn)態(tài)時(shí)其活度系數(shù)與組成的表達(dá)式為：ln丫廣Bx；,ln72=Bx12,其中B僅是溫度的函數(shù)。假定在相當(dāng)?shù)臏囟确秶鷥?nèi)，兩組分之飽和蒸汽壓的比值p1S/pS幾乎不變。(1)試確定此二元溶液不產(chǎn)生共沸點(diǎn)的B值范圍；(2)如果產(chǎn)生共沸點(diǎn)，求共沸點(diǎn)組成。解：假如形成共沸，則有:ln^=B(2k-1),X1=11+1ln

p22<BS、p1S丁S