《化工热力学》习题《化工热力学》习题.docx

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1、化工热力学习题其次章流体的P-V-T关系试推导教材第6页上VanderWaals方程中的常数。、b的计算式。2 .某气体状态方程式满足p=-uV-bV式中，4、匕是不为零的常数。问此气体是否有临界点？假设有，试用。、b表示;假设无，请解释缘由。3 .某气体的行为可用以下状态方程描述：pV=RJb-JpIRT)式中，b为常数,。仅是7的函数。证明：此气体的等温压缩系数fj1.IlU(提示：等温压缩系数的概念见教材第30页)试从计算精度、应用场合、方程常数确实定三方面对以下状态方程进展比较：VanderWaalsRK、SRK、Virial.MH、PR方程。由蒸气压方程Igp=A-BZT表达物质的偏

2、心因子，其中A、3为常数。试分别用以下方法计算水蒸气在10.3MPa.643K下的摩尔体积，并与试验值0.0232m3kg进展比较。水的临界参数及偏心因子为：T(=647.3K,P=22.05MPa,=0.344(1)抱负气体状态方程；(2)普遍化关系式。试用三参数普遍化关系估量正丁烷在425.2K、4.4586MPa时的压缩因子，并与试验值0.2095进展比较。试用RfZer普遍化压缩因子关系式计算CO?和丙烷(2)以3.5：6.5(摩尔比)混合而成的混合物在400K、13.78MPa下的藤尔体积。用维里方程估算0.5MPa、373.15K时的等摩尔分数的甲烷(1)一乙烷(2)戊烷（3）混合

3、物的摩尔体积（试验值为5975cm3mol）o373.15K时的维里系数如下（单位：cm3mol）:B11=-20,B0=-241,B7=-621,B1=-75,B13=-122,B23=-399o下液态乙醉的密度。试用液体的普遍化密度关系式估算9019.0Mpa度和逸度系数。(RT/p V) / m? * mol-0.00109308 p/MPa第三章纯流体的热力学性质某抱负气体借活塞之助装于钢瓶中，压力为34.45MPa,温度为366K,抵抗一恒定的外压力3.45MPa而等温膨胀，直到两倍于其初始容积为止。试计算此过程的、”、AS、AAG、idSIpdV.Q、W。由水蒸汽表查得I(XrC、

4、0.101325MPa时水的有关性质如下：Hl=419.04kJkg,Sl=1.3069kJkgKHv=2676.1kJkg-,Sv=7.3549kJkg-K-试计算该条件下汽、液相的摩尔自由熔，并争论计算结果说明的问题。某气体状态方程满足P(Vb)=RT,其中b是与温度及压强无关的常数。试推导其剩余焙、剩余端的表达式。设氯在27、0.1MPa下的焰、端值为零，试求227、IOMPa下氯的焰、燧值。氯在抱负气体状态下的等压摩尔热容为c*=31.696+10.14410-3T4.038IO-6T2Jmol-K-1P如以下图300等温线下方的面积是0.001093m3MPamol,由此计算300、

5、8MPa时的逸分别用以下方法计算正丁烷气体在500K、1.620MPa下的逸度系数及逸度。(1)普遍化关系式；(2)RK方程。冰在一5时的蒸气压是0.4kPa,相对密度是0.915o计算冰在一5、I(X)MPa时的逸度。第四章流体混合物的热力学性质某二元混合物在确定温度、压力下的焰可表示为=x(+bx)+x(a+bx)f1III2222式中4、b为常数。求组分1的偏摩尔焰的表达式。ii确定温度、压力下，二元混合物的焰为H=ax+bx+cxX,其中4=15000,I2I26=20230,c=-20230(单位均为Jmol-1)。求(1)H2;(2)FT、FT.FT，、1212酒窖中装有IOm3的

6、96%(质量)的酒精溶液，欲将其配制成65%的浓度。问需加水多少克？能得到多少立方米的65%(质量)的酒精？设大气温度保持恒定，并以下数据：W/%V/cm3mol-V/cm3mol-乙9614.6158.016517.1156.58某二元混合物中组分的偏摩尔焰可表示为FT=a+bfTJ=Cl+b2f则1112222I/与马满足什么关系？有人提出确定温度下的二元液体混合物的偏摩尔体积模型为r=v(l+ar),V=V(1+Zu),其中匕、V为纯组分的摩尔体积，a、b为常1 I222Il数。试问此人提出的模型是否合理？假设模型改为V=V(l+or2)V=V(1+法2),则状况又如何？112221确定

7、温度和压力下，二元溶液中的组分I的偏摩尔熔听从=V+2,并已1I2知纯组分的熔为H?o求万和H的表达式。在25、0.1MPa时测得乙醇(组分1)中水(组分2)的偏摩尔体积近似为V=18.1-3.2x2cm3mol-,纯乙醇的摩尔体积为V=.40.7cm3mol-o求该2 11条件下乙醇的偏摩尔体积和混合物的摩尔体积。某气体状态方程满足P=R7W一历,其中。为常数,其混合规章是匕=于yb,Z=I是纯物质的常数，N是混合物的组分数。试推导ln、lnlnln/的表达式。iii计算81.48C、Iatm下，甲醇(1)与水(2)的混合蒸气中，当甲醇的摩尔分率为0.582时的8、C、/、/、(P、/。题给

8、条件下该体系的其次I2i2维里系数(cm3mol-)如下：B11=-981,B22=559,Bf2-784。312K、20MPa下二元溶液中组分1的逸度为/=Gx-9x2+4x3,式中X为IlllI组分1的摩尔分数，/的单位是MPa。求在上述温度、压力下：I(1)纯组分1的逸度及逸度系数；(2)组分1的亨利系数kl；(3)活度系数丫与X的关系式。11(组分1的标准态以LeWiS-RamZa定则为基准)298K、0.1MPa下，由组分1和组分2所组成的二元溶液的混合过程的婚变是组成的函数，可表示为H=20.9xX(2x+x),式中”的单位是1212Jmol-,X是摩尔分数。在此温度和压力下，纯液

9、体的焰值分别为Hl=418i1Jmol-,H2=627JmolU计算在同样的温度和压力下各组分无限稀释时的偏摩尔熔值。298K时甲醇(1)与甲基叔丁基雄(2)的二元体系的超额体积为VE=XX-1.026+0.22(x-X)Cm3mol】，纯物质dRV=58.63cm3mol,I2I2,V2=118.46Cm3mol。计算100Ocm3的甲醇与500cm3的甲基叔丁基雄在298K下混合后的体积。GEn13. 而=Af方，求活度系数。某二元混合物的逸度可以表示为lnf=A+Bx+C2f其中A、B、C为T、PI1的函数。假设两组分均以Lewis-Randall定则为标准态，试确定GeRT,ln1,I

10、nY2。在确定温度、压力下，某二元混合液的超额自由焰模型为G/RT=(1.5xjJ.8x2)xjx2,式中Xj为摩尔分数。试求：(1) In1及In2的表达式；(2)In丫产及InY雪的值。利用WikOn方程，计算以下甲醇(1)水(2)系统的组分逸度。(2) p=101325Pa,T=81.480C,y=0.582的气相；(3) p=101325Pa,T=81.48C,x=0.2的液相。：液相符合WiISOn方程，其模型参数是A2=43738,A21=1.11598。第七章相平衡一个总组成分别为Z1=0.45,z2=0.35,Z3=0.20的苯（1）一甲苯（2）一乙苯（3）的混合物，在373.

11、15K和0.09521MPa下闪蒸。计算闪蒸后的汽化分率及汽液相组成1提示：可将液相近似为抱负溶液，汽相近似为抱负气体混合物）。计算由正戊烷（1）正己烷（2）正庚烷（3）组成的液体混合物在69OC常压下的汽液平衡常数。此温度下其纯组分的饱和蒸气压分别为2.721、1.0240.389（单位：bar）o乙醇（1）一甲苯（2）系统的平衡数据如下：T=318K,p=24.4kPa,x=0.300,y1=0.634o318K时两纯组分的饱和蒸气压分别为p1s=23.06kPa,p2s=10.05kPao求：（1）液相各组分的活度系数；（2）液相的AG和GE；（3）该溶液是正偏差还是负偏差？环己烷（1）

12、一苯（2）系统在40时的GE模型为Ge=0.458RTX己，纯组分的饱和蒸气压分别为p1s=24.62kPa,p2s=24.42kPao求该条件下的px关系式。确定丙酮（1）一水（2）二元液体混合物体系在温度为30、液相组成X1为0.30时的汽液平衡常数和相对挥发度。30时P1S=0.380X105Pa,V,=78.886cm3mol-i;p2s=0.042Xl05Pa,V2=18.036cm3mol（PiS为纯组分I的饱和蒸气压，Vi为纯组分i的液相摩尔体积）。设该体系可承受WilSOn方程作为活度系数关联式，查得WilSOn方程的二元交互作用能量参数如下：（g2g）=-611.37Jmol

13、-1（g21-g22）=6447.57JmolA-B混合物在80C的汽液平衡数据说明，在Ovxl3002的范围内，B组分位合Henq定律，且其分压可表示为Pb=66.66Xr（单位：kPa）,两组分的饱和蒸气压分别为ps=133.32kPa,Ps=33.33Pa求把温度下X=0.01时的平衡ABB压力和汽相组成。假设将该液相视为抱负溶液、汽相视为抱负气体，则结果如何？第五章化工过程的能量分析甲烷由98.06kPa、300K压缩后冷却到6.667kPa300K。假设压缩过程耗功1021.6kJkg,求(1)冷却器中需要移去的热量；(2)压缩与冷却过程的损失功；(3)压缩与冷却过程的抱负功；(4)

14、压缩与冷却过程的热力学效率。设环境温度为300K,：98.06kPa300K时,H1=953.74kJkg-,S=7.0715kJ-kg-K-6.667kPa300K时，H=886.76kJkg-,S=4.7198kJ-kg-K-某厂用功率为2.4kW的泵将90的热水由第一贮水罐送到换热器，热水流量为3.2kgs0在换热器中以720kJs的速率将热水冷却，冷却后送入比第一贮水罐高20m的其次贮水罐中。求其次贮水罐的水温。求298K、0.81MPa下压缩空气的用。设环境温度298K,压力0.1013MPa。速率为150ms的稳定流淌水蒸汽，压力为3MPa,温度为723.15K。求Ikg此水蒸汽的有效能。环境温度298.15K,压力0.1013MPao某热电厂的烟囱以I(X)Om3hT(标准体积)的流量，将300的烟道气排入大气，求排出气体的火用损失。假设烟道气以CO。表征，可视为抱负气体，其恒压热容为c=19.73+7.35610-2T-5.618105T2(单位：J-molKP计算Imol氮气在300K、1.0MPa下的火用，假设氮气此时听从抱负气体方程。7.