下载文档原格式
第二章 流体压力、体积、浓度关系：状态方程式2-1 试分别用下述方法求出400℃、4.053MPa 下甲烷气体摩尔体积。
（1） 理想气体方程；（2） RK 方程；（3）PR 方程；（4） 维里截断式（2-7）。
其中B 用Pitzer 普遍化关联法计算。
[解] （1） 根据理想气体状态方程，可求出甲烷气体在理想情况下摩尔体积id V 为33168.314(400273.15) 1.381104.05310id RT V m mol p --⨯+===⨯⋅⨯ （2） 用RK 方程求摩尔体积将RK 方程稍加变形，可写为0.5()()RT a V b V b p T pV V b -=+-+（E1）其中从附表1查得甲烷临界温度和压力分别为c T =190.6K, c p =4.60MPa ，将它们代入a, b 表达式得2 2.56-20.560.427488.314190.6 3.2217m Pa mol K 4.6010a ⨯⨯==⋅⋅⋅⨯ 53160.086648.314190.6 2.9846104.6010b m mol --⨯⨯==⨯⋅⨯ 以理想气体状态方程求得id V 为初值，代入式（E1）中迭代求解，第一次迭代得到1V 值为5168.314673.15 2.9846104.05310V -⨯=+⨯⨯350.563353.2217(1.38110 2.984610)673.15 4.05310 1.38110(1.38110 2.984610)-----⨯⨯-⨯-⨯⨯⨯⨯⨯⨯+⨯ 3553311.381102.984610 2.1246101.389610m mol -----=⨯+⨯-⨯=⨯⋅ 第二次迭代得2V 为353520.563353553313.2217(1.389610 2.984610)1.381102.984610673.154.05310 1.389610(1.389610 2.984610)1.381102.984610 2.1120101.389710V m mol ------------⨯⨯-⨯=⨯+⨯-⨯⨯⨯⨯⨯⨯+⨯=⨯+⨯-⨯=⨯⋅1V 和2V 已经相差很小，可终止迭代。
化工热力学知到章节测试答案智慧树2023年最新曲阜师范大学第一章测试1.关于化工热力学的用途，下列说法中不正确的是（）参考答案:反应速率预测2.关于化工热力学研究特点的下列说法中正确的是（）参考答案:获取数据的方法为少量实验数据加半经验模型;研究体系为实际状态;处理方法为以理想态为标准态加上校正3.热力学第一定律是能量守恒定律。
（）参考答案:对4.化工过程的开发与设计不会涉及化工热力学相关的知识。
（）参考答案:错5.化工热力学处理问题的方法是以理想态为标准态加上校正。
（）参考答案:对第二章测试1.若按理想气体处理，400℃、4.053MPa下的甲烷的摩尔体积为（）m3/mol。
参考答案:1.381×10-32.下列气体通用常数R的数值和单位，正确的是（）参考答案:3.纯物质的第二virial系数B （）参考答案:仅是T的函数4.纯物质 p-V图临界等温线在临界点处的斜率和曲率分别为（）。
参考答案:0, 05.纯物质的饱和液体的摩尔体积随着温度升高而增大，饱和蒸汽的摩尔体积随着温度的升高而减小。
（）参考答案:对第三章测试1.对单位摩尔数、定组成的均相流体体系，在非流动条件下，错误的热力学基本关系式是（）。
参考答案:2.对1 mol符合p=RT/(V-b)状态方程的气体，应是（）。
参考答案:R/(V-b)3.Pitzer提出的由偏心因子ω计算第二维里系数的普遍化关系式是（）。
参考答案:4.对理想气体有（）。
参考答案:5.下列四个关系式中哪一个不是麦克斯韦关系式？（）参考答案:第四章测试1.某厂用功率为2.4 kW的泵将90℃的水从贮水罐压到换热器，水流量为3.2kg/s。
在换热器中以720 kJ/s的速率将水冷却，冷却后水送入比第一贮水罐高20 m的第二贮水罐，则送入第二贮水罐的水温为（）℃。
参考答案:36.42.CO2气体在1.5 MPa,30℃时稳流经过一个节流装置后减压至0.10133 MPa (1atm)。
《化工热力学》课程综合复习资料一、单选题1.超临界流体是下列（）条件下存在的物质。
A 、高于临界温度Tc 和高于临界压力pc B 、临界温度Tc 和高于临界压力pc 下 C 、低于临界温度Tc 和高于临界压力pc D 、高于临界温度Tc 和低于临界压力pc 答案：A2.若z 为x 、y 的连续函数，有全微分d d d z M x N y =+，则有（）。
A 、y x M N y x ⎛⎫∂∂⎛⎫= ⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭B 、y x M N x y ⎛⎫∂∂⎛⎫=⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭ C 、y x z z x y ⎛⎫∂∂⎛⎫= ⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭D 、其他选项都不对 答案：A3.下列哪个不是热力学基本方程（即四大微分方程）？ A 、d d d U T S p V =- B 、d d d H T S V p =+ C 、d d d G V p S T =- D 、d d d A p V S T =- 答案：D4.计算焓值时要选取参考态T 0、p 0，参考态的压力p 0应选择（）。
A 、任意选择 B 、应足够低 C 、应足够高 D 、其他选项都不对 答案：B5.关于剩余性质M R ，理想气体性质M ig ，下列公式正确的是（）。
A 、ig R M M M += B 、ig R 2M M M -= C 、ig R M M M -= D 、R ig M M M += 答案：C6.在远离临界温度的条件下，蒸汽视为理想气体，假定蒸发焓∆H vap 不随温度变化，则得到蒸气压方程为：s ln /p A B T =-，式中A 、B 两个常数常用（）两个数据点来确定。
A 、三相点和临界点 B 、正常沸点和临界点 C 、正常沸点和三相点 D 、任意两个点 答案：B7.下列各式中，化学位的定义式是（）。
A 、,,()ji i p nS n nH n ⎡⎤∂≡⎢⎥∂⎣⎦μ B 、,,()j i i nV nS n nG n ⎡⎤∂≡⎢⎥∂⎣⎦μ C 、,,()j i i p T n nA n ⎡⎤∂≡⎢⎥∂⎣⎦μ D 、,,()j i i T nS n nU n ⎡⎤∂≡⎢⎥∂⎣⎦μ 答案：A8.下列偏摩尔性质与溶液性质关系式中，n mol 溶液性质nM =（）。
《化工热力学》课程简介课程名称：化工热力学/ Chemical Engineering Thermodynamics课程代码：20学时/学分：72/4.5课堂授课：56实验学时：16课程主要内容：本课程系统地讲授将热力学原理应用于化学工程技术领域的研究方法。
它以热力学第一、第二定律为基础，研究化工过程中各种能量的相互转化及其有效利用，深刻阐述了各种物理和化学变化过程达到平衡的理论极限、条件和状态；利用化工热力学的基本理论对化工中能量进行分析；利用化工热力学的原理和模型对化工中涉及到的化学反应平衡原理、相平衡原理等进行分析和研究；利用化工热力学的方法对化工中涉及的物系的热力学性质和其它化工物性进行关联和推算等。
适用专业：化学工程与工艺先修课程：《高等数学IV》，《物理化学III》推荐教材：1、陈钟秀, 顾飞燕，胡望明编，《化工热力学》（第二版），化学工业出版社, 2001年2、朱自强主编，《化工热力学》（第二版），化学工业出版社, 1991年参考书：1、Smith J M and Van Ness H C. Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics. 6th ed.（影印版），化学工业出版社，2002年2、陈钟秀, 顾飞燕，《化工热力学例题与习题》，化学工业出版社, 1998年3、陈新志，蔡振云，夏薇，《化工热力学习题精解》，科学出版社, 2002年《化工热力学》课程教学大纲授课专业：化学工程与工艺学时数：72 学分数：4.5课程讲授：56 实验学时：16一、课程的性质和目的化工热力学是化学工程学的一个重要分支，是化学工程与工艺专业必修的专业主干课程。
化工热力学的原理和应用知识是从事化工过程的研究、开发以及设计等方面工作必不可少的重要理论基础，是一门理论性与工程应用性均较强的课程。
化工热力学就是运用经典热力学的原理，结合反映系统特征的模型，解决工业过程（特别是化工过程）中热力学性质的计算和预测、相平衡和化学平衡计算、能量的有效利用等实际问题，为学习后续课程和解决化工过程的实际问题打下牢固的基础。
《化工热力学》综合复习资料一、乙腈(1)和乙醛(2)在87.0kPa ，80℃时混合形成等分子蒸汽混合物，已知B 11= - 2.619m 3/kmol ，B 22=- 0.633m 3/kmol ，δ12= - 4.060m 3/kmol请计算混合物中组分1和2的逸度1ˆf 和2ˆf 。
二、在某T , p 下，测得某二元体系的活度系数值可用下列方程表示：122ln (20.5) x x γ=+，211ln (20.5) x x γ=+，i γ为基于Lewis －Randall 规则标准状态下的活度系数。
试问，这两个方程式是否符合热力学一致性？三、某炼厂有一台蒸汽透平，已知蒸汽入口的温度为400℃，压力为5.0MPa ，蒸汽排出的压力为1.0 MPa 。
环境温度20℃。
请利用水蒸气表计算：(1) 若透平绝热可逆操作，试计算每kg 蒸汽流过透平时所作的功以及蒸汽的出口温度；(2) 若透平既不绝热也不可逆，输出的轴功等于绝热可逆操作时轴功的85%，并且由于隔热不好每kg蒸汽有15.0kJ 的热量散失于环境中，求此时蒸汽出口的温度为多少，并计算该过程的有效能损失。
四、由组分1与2组成的溶液，液相活度系数与组成的关联式为：221ln x =γ；212ln x =γ，已知90℃时，两个组分的饱和蒸气压分别为：s p 1=133.289kPa ；sp 2=93.303kPa 。
系统符合低压汽液平衡的关系式，请判断该系统在90℃下能否形成恒沸（共沸）物？五、某换热器内，冷、热两种流体进行换热，热流体的流率为100kmol.h -1，C p =29 kJ.kmol -1.K -1，温度从500K 降为350K ，冷流体的流率也是100kmol.h -1，C p =29 kJ.kmol -1.K -1，进入换热器的温度为300K ，换热器表面的热损失为87000 kJ.h -1，求该换热器的有效能损失及有效能利用率。
设T 0=300K 。
六、 25℃、0.1MPa 下组分1和组分2形成溶液，其体积可由下式表示： 21282118x x V -+= (cm 3/mol)式中x 1为组分1的摩尔分数，试求：用x 1表示的1V 和2V (化到最简式)。
七、设在用烟道气预热空气的预热器中，通过的烟道气和空气的压力均为常压，其流量分别为45000kg.h -1和42000kg.h -1。
烟道气进入时的温度为315℃，出口温度为200℃。
设在此温度范围内=idp C 1.090kJ.kg -1.K -1。
空气进口温度为38℃，设在有关温度范围内=id p C 1.005kJ.kg -1.K -1。
已知大气温度为25℃，预热器完全保温。
(1) 预热器中不可逆传热的有效能损失；(2) 预热器的有效能利用率。
八、苯(1)-环己烷(2)恒沸混合物的组成x1=0.525，其在常压下(101.325 kPa)的沸点为77.4℃，如果气相可视为理想气体，液相服从Van Laar 方程。
并已知纯组分在77.4℃下的饱和蒸汽压分别为：sp1=93.2 kPa，sp2=91.6 kPa。
试求：(1) Van Laar 方程的方程参数。
(2) 在77.4℃下与x1=0.7成平衡的汽相组成y1。
《化工热力学》综合复习资料参考答案说明：参考答案中有些计算过程省略了。
但解题过程中每一步代入数值的计算过程都应该有，不要省略。
一、解：由附录2查得，乙腈(1)和乙醛(2)的T c ， p c ，按Kay 氏混合规则计算混合物的临界参数，即可得出T rp ， p rp 的值, 查图2-14可知数据点位于曲线之上，故可采用普遍化第二维里系数法计算。
)(ˆln 1222111δφy B RTp +==-0.1077 )(ˆln 1221222δφy B RTp +==-0.0488 ∴ 8979.0ˆ1=φ 9523.0ˆ2=φ 混合物中组分逸度为：06.39ˆˆ111==p y f φkPa43.41ˆˆ222==p y f φkPa二、解：利用Gibbs-Duhem 方程进行检验，若表达式符合热力学一致性，则应满足∑x i dln γi =0对二元系，有0ln ln 2211=+γγd x d x 0ln ln 122111=+dx d x dx d x γγ 由题知 221112ln ln x dx d dx d --=-=γγ 1122ln x dx d +=γ )2()2(ln ln 1221122111x x x x dx d x dx d x ++--=+γγ)(212x x -= 上式只有在x 1=x 2时才等于0，所以这两个方程不符合热力学一致性。
三、解：过程示意图如图所示：以透平及其内容物为体系，即稳流体系忽略动、位能变化，则能平式：s W Q H H +=-12熵平式：0021=++-g S T Q S S ∆ (1) 透平绝热可逆操作。
以透平及其内容物为体系，即稳流体系，则∵透平绝热可逆操作，∴有 S 1= S 2,rev由400℃,5.0 MPa 可查出 H 1 = 3198.3 kJ/kg ， S 1 = 6.6508 kJ/kg.K由S 2,rev = S 1 =6.6508 kJ/kg.K ，p 2=1.0 MPa 可查出：蒸汽出口温度T 2,rev = 192.2℃，以及H 2,rev =2807.4 kJ/kg∴可逆轴功 W s,rev = H 2,rev －H 1 =2807.4－3198.3=－390.9 kJ/kg(2)透平不绝热也不可逆操作实际轴功 W s = 0.85 W s,rev = 0.85×(-390.9) =-332.3 kJ/kg由能平式H 2=H 1+Q +W s =3198.3－15.0－332.3=2851.0 kJ/kg由p 2和H 2查得，蒸汽出口温度 T 2 = 210℃，及S 2 =6.7427 kJ/kg.K 有效能损失E xL =损失功 W L = T 0ΔS －Q=(273.15+20)×(6.7427－6.6508)+15.0=41.94 kJ/kg四、解：由相对挥发度判断：因体系压力较低，故汽相可看作理想气体，则s i i i i p x p y γ=相对挥发度 s s p p 221112γγα= 当x 1=0时，718.21==∞e γ， 0.12=γ 883.3303.930.1289.133718.2)(22110121=⨯⨯===s s x p p γγα 当x 1=1时，718.22==∞e γ， 0.11=γ526.0303.93718.2289.1330.1)(22111121=⨯⨯===s s x p p γγα 因为α12为x 1的连续函数，所以，α12的值从x 1=0的3.883变化到x 1=1.0时的0.526时必然经过α12 =1的点，即在中间某一组成时一定存在一共沸点。
∴ 该体系在90℃时可形成共沸物注：此题还有其他解法。
五、解：过程示意图：首先作能量衡算，计算冷流体出口温度。
以换热器为体系，即稳流体系。
热流体T 3=300KT 4能平式为： ΔH =Q即 Q T T C m T T C m p p =-+-)()(3412冷热∴ )(1234p p mC T T mC Q T T --+=K 42029100)500350(2910087000300 =⨯-⨯⨯--+= 热流体的有效能变化 ln )(12012,⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=T T T T T mC E p x 热∆ kJ/h 10247.1 500350ln 300)500350(291005⨯-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯--⨯⨯= 冷流体的有效能变化: kJ/h 10527.5 ln )(434034,⨯=⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=T T T T T C m E p x 冷∆ kJ/h 10527.5 300420ln 300)300420(291004⨯=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⨯--⨯⨯= (1)换热器中不可逆传热的有效能损失为：kJ/h 10943.610527.510247.1445,,,⨯=⨯-⨯=-=冷热x x L x E E E ∆∆(2) 换热器的有效能利用率%3.4410247.110527.5E E 54,,=⨯⨯=热冷＝x x ∆∆η 注：此题还有其他的解法。
六、解：根据121=+dM M M x dx ，211=-dM M M x dx ， 可得121=+dV V V x dx ，211=-dV V V x dx 2112128212082118x x x x V --=-+= 其中11216=--dV x dx ，则， )162)(1(82120112111x x x x V ---+--=211816118x x +-=211121128120)162(82120x x x x x V +=-----=七、解：首先应根据能量衡算计算空气出口的温度。
以预热器为体系，即稳流体系，无轴功，忽略热损失以及动位能的变化， 则ΔH =0即 m 烟C p 烟(T 烟1－T 烟2)=m 空C p 空(T 空2－T 空1)1212)(空空空烟烟烟烟空T C m T T C m T id p id p +-==171.6℃ = 444.6 K烟气的有效能变化：⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎰120120,ln )(121T T T T T C m dT C T T m E p T T p x 烟烟烟∆ ⎥⎦⎤⎢⎣⎡++--⨯⨯=273315273200ln 298)315200(090.145000 =－2.460×106 kJ.h -1 空气的有效能变化：⎥⎦⎤⎢⎣⎡--=⎪⎭⎫ ⎝⎛-=⎰120120,ln )(121T T T T T C m dT C T T m E p T T p x 空空空∆ = 1.144×106 kJ.h -1(1) 有效能损失，则：666,,,10316.110144.110460.2⨯=⨯-⨯=∆-∆=空烟x x L x E E E kJ.h -1(2) 有效能利用率：66,,10460.210144.1⨯⨯==烟空x x E E ∆∆η=46.5％ 注：此题还有其他解法。
八、解：(1) 由于汽相可以视为理想气体，而液相为非理想溶液∴ 汽液相平衡关系为：s i i i i y p x p γ= 对恒沸点有 i i y x = ∴/s i i p p γ=11101.325 1.08793.2s p p γ===℃ 烟气 T 烟1=315℃，空=38℃，m 空 T 空2=？22101.325 1.10691.6s p p γ=== 计算Van Laar 方程的方程常数365.0ln ln 1ln 21122112=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+='γγγx x A 370.0ln ln 1ln 22211221=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+='γγγx x A(2) x 1=0.7时，两组分的活度系数为 0335.03.0370.07.0365.01365.01ln 22221112121=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛''+'=x A x A A γ 1798.07.0365.03.0370.01370.01ln 22112221212=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛''+'=x A x A A γ ∴ 1 1.0341γ= 2 1.1970γ= ∵1111s y p x p γ= 2222s y p x p γ= ∴ 111222s s p x p x p γγ=+=100.36 kPa∴ 汽相组成为：11110.7 1.034193.20.672100.36s x p y p γ⨯⨯===。
