第二章气液相平衡作业及复习思考题

第二章多相多组分系统热力学2007-4-24§2.1 均相多组分系统热力学 练习1 水溶液(1代表溶剂水，２代表溶质)的体积V 是质量摩尔浓度b 2的函数，若 V = A +B b 2+C (b 2)2(1)试列式表示V 1和V 2与b 的关系；答： b2: 1kg 溶剂中含溶质的物质的量， b 2=n 2, 112222,,,,2T P n T P n V V V B cb n b ⎛⎫⎛⎫∂∂===+ ⎪ ⎪∂∂⎝⎭⎝⎭ ∵ V=n 1V 1+n 2V 2( 偏摩尔量的集合公式)∴ V 1=(1/n 1)(V-n 2V 2)= (1/n 1)( V-b 2V 2)= (1/n 1)(A+Bb 2+c(b 2)2-Bb 2-2cb 2)= (1/n 1)[A-c(b 2)2] (2)说明A ,B , A/n 1 的物理意义；由V = A +B b 2+C (b 2)2 ， V=A;A: b 2→0, 纯溶剂的体积，即1kg 溶剂的体积B; V 2=B+2cb 2, b 2→0, 无限稀释溶液中溶质的偏摩尔体积A/n 1：V 1= (1/n 1)[A-c(b 2)2]，∵b 2→0，V = A +B b 2+C (b 2)2, 纯溶剂的体积为A, ∴A/n 1 为溶剂的摩尔体积。

(3)溶液浓度增大时V 1和V 2将如何变化?由V 1，V 2 的表达式可知， b 2 增大，V 2 也增加，V 1降低。

2哪个偏微商既是化学势又是偏摩尔量?哪些偏微商称为化学势但不是偏摩尔量? 答： 偏摩尔量定义为,,c B B T P n Z Z n ⎛⎫∂= ⎪∂⎝⎭所以,,c B B T P n G G n ⎛⎫∂= ⎪∂⎝⎭ ,,c B B T P n H H n ⎛⎫∂= ⎪∂⎝⎭ ,,cBB T P n F F n ⎛⎫∂= ⎪∂⎝⎭ ,,cB B T P n U U n ⎛⎫∂= ⎪∂⎝⎭ 化学势定义为：,,c B B T P n G n μ⎛⎫∂=⎪∂⎝⎭= ,,c B T V n F n ⎛⎫∂ ⎪∂⎝⎭= ,,c B S V n U n ⎛⎫∂ ⎪∂⎝⎭= ,,cB S P n H n ⎛⎫∂ ⎪∂⎝⎭ 可见，偏摩尔Gibbs 自由能既是偏摩尔量又是化学势。

第1章气液相平衡目录（一）填空题 (1)（二）选择题 (2)（三）判断题 (3)（四）简答题 (3)（五）分析题 (4)（六）计算题 (4)（七）名词解释 (5)1.分离工程分为( )和( )两大类。

2.机械分离过程用于各种（ ）的分离，相间不发生物质（ ）现象，如（ ）（举两个例子即可）属此类。

3.传质分离过程用于各种（ ）的分离，其特点是相间都有（ ）现象发生，按传质机理的不同，可分为两大类，即（ ）和（ ）。

4.分离工程操作中，分离剂可以是（ ）和（ ）。

5.速率控制分离的过程是依靠传递速率的不同来实现的，是均相传递过程，如（ ）等属此类。

（请选择：反渗透、电渗析、扩散渗析、 过滤、离心分离、膜分离）6.平衡分离的过程是（ ）。

（请选择：过滤、离心分离、蒸馏、吸收、萃取、吸附、膜分离、渗透）7.气液相平衡常数定义为（ ）。

8.理想气体的平衡常数与（ ）无关。

9.活度是（ ）浓度。

10.低压下二元非理想溶液的相对挥发度12a 等于（ ）。

11.气液两相处于平衡时，（ ）相等。

12.Lewis 提出了等价于化学位的物理量（ ）。

13.逸度是（ ）压力。

14.露点方程的表达式为( )。

15.泡点方程的表达式为( )。

16.泡点温度计算时若1>∑i X i k ，温度应调（ ），泡点压力计算时若1>∑i X i k ，压力应调（ ）。

17.露点温度计算时若1/<∑i i k y ，温度应调（ ），露点压力计算时若1/<∑i i k y ，压力应调（ ）。

18.露点方程的表达式为（ ）、泡点方程的表达式为()，在多组分精馏中塔底温度是由（ ）方程求定的。

1.由沸点较低的组分A 和沸点较高的组分B 组成的二元溶液在某压力下达到气液平衡时，y A 与x A 关系为（ ）。

（A ）A A x y = （B ）A A x y > （C ）A A x y <； （D ）不确定2.下列哪一个是机械分离过程（ ）。

物理化学习题答案（二）-相平衡教学内容物理化学习题答案（二）一. 选择题1. 当克劳修斯_克拉贝龙方程应用于凝聚相转变为蒸气时，则：( C )(A) p 必随T 之升高而降低(B) p 必不随T 而变(C) p 必随T 之升高而变大(D) p 随T 之升高可变大或减少2. 水的三相点，其蒸发热和熔化热分别为44.82和5.994kJ·mol-1。

则在三相点冰的升华热约为：( B )(A) 38.83 kJ?mol-1 (B) 50.81 kJ?mol-1(C) -38.83 kJ?mol-1 (D) -50.81 kJ?mol-13. 已知苯一乙醇双液体系中，苯的沸点是353.3K，乙醇的沸点是351.6K，两者的共沸组成为：含乙醇47.5%(摩尔分数)，沸点为341.2K。

今有含乙醇77.5%的苯溶液，在达到气、液平衡后，气相中含乙醇为y2，液相中含乙醇为x2。

问：下列结论何者正确？(C )(A) y2> x2(B) y2= x2 (C) y2< x2(D) 不能确定4. 如上题，若将上述溶液精馏，则能得到：(D )(A) 纯苯(B) 纯乙醇(C) 纯苯和恒沸混合物(D) 纯乙醇和恒沸混合物5. 绝热条件下，273.15K的NaCl加入273.15K的碎冰中，体系的温度将如何变化? （B ）(A) 不变(B) 降低(C) 升高(D) 不能确定6. 体系中含有H2O、H2SO4?4H2O、H2SO4?2H2O、H2SO4?H2O、H2SO4，其组分数C为：( B )(A) 1 (B) 2 (C) 3 (D) 47. 在410 K，Ag2O(s)部分分解成Ag(s)和O2(g)，此平衡体系的自由度为：(A )(A) 0 (B) 1 (C) 2 (D) 38. 在通常情况下，对于二组分物系能平衡共存的最多相为：(D )(A) 1 (B) 2 (C) 3 (D) 49. CaCO3(s)、CaO(s)、BaCO3(s)、BaO(s)及CO2(g)构成的平衡物系，其组分数为：(B )(A) 2 (B) 3 (C) 4 (D) 510. 由CaCO3(s)、CaO(s)、BaCO3(s)、BaO(s)及CO2(s)构成的平衡体系其自由度为：( C)(A) f =2 (B) f = 1 (C) f = 0 (D) f = 311. N2的临界温度是124K，室温下想要液化N2, 就必须：( D)(A) 在恒温下增加压力(B) 在恒温下降低压力(C) 在恒压下升高温度(D) 在恒压下降低温度12. 对于与本身的蒸气处于平衡状态的液体，通过下列哪种作图法可获得一直线：(C)(A) p对T (B) lg(p/Pa) 对T (C) lg(p/Pa) 对1/T (D) 1/p 对lg(T/K)13. 在相图上，当体系处于下列哪一点时存在二个相：(A )(A) 恒沸点(B) 三相点(C) 临界点(D) 最低共熔点14. 在相图上，当体系处于下列哪一点时存在一个相：(C )(A) 恒沸点(B)熔点(C) 临界点(D) 最低共熔点15. 将非挥发性溶质溶于溶剂中形成稀溶液时，将引起(A )(A) 沸点升高(B) 熔点升高(C) 蒸气压升高(D) 都不对16. 稀溶液的依数性包括蒸汽压下降、沸点升高、凝固点降低和渗透压,下面的陈述其中正确的是( C)(A)只有溶质不挥发的稀溶液才有这些依数性(B)所有依数性都与溶剂的性质无关(C)所有依数性都与溶液中溶质的浓度成正比(D)所有依数性都与溶质的性质有关17.两只各装有1kg水的烧杯，一只溶0.01mol蔗糖，另一只溶有0.01molNaCl，按同样速度降温，则：(A）(A)溶有蔗糖的杯子先结冰(B)两杯同时结冰(C)溶有NaCl的杯子先结冰(D)视外压而定18. 下列气体溶于水溶剂中，哪个气体不能用亨利定律（C ）。

实验一 二元气液相平衡数据的测定气液相平衡关系是精馏、吸收等单元操作的基础数据。

随着化工生产的不断发展，现有气液平衡数据远不能满足需要。

许多物质的平衡数据很难由理论计算直接得到，必须由实验测定。

平衡数据实验测定方法有两类，即直接法和间接法。

直接法中又有静态法、流动法和循环法等。

其中循环法应用最为广泛。

若要测定准确的气液平衡数据，平衡釜是关键。

现已采用的平衡釜形式有多种，且各有特点，应根据待测物系的特征选择适当的釜型。

用常规的平衡釜测定平衡数据，需样品量多，测定时间长。

本实验用的小型平衡釜主要特点是釜外有真空夹套保温，可观察釜内的实验现象，且样品用量少，达到平衡速度快，因而实验时间短。

一．实验目的1．测定正己烷－正庚烷二元体系在101.325kPa 下的气液平衡数据。

2．通过实验了解平衡釜的构造，掌握气液平衡数据的测定方法和技能。

3．应用Ｗilson 方程关联实验数据。

二．实验原理以循环法测定气液平衡数据的平衡釜类型虽多，但基本原理相同，如图１－１所示。

当体系达到平衡时，两个容器的组成不随时间变化，这时从Ａ和Ｂ两容器中取样分析，即可得到一组平衡数据。

蒸汽循环线Ａ Ｂ液体循环线图１－１平衡法测定气液平衡原理图当达到平衡时，除两相的温度和压力分别相等外，每一组分化学位也相等，即逸度相等，其热力学基本关系为：V i L i f f ˆˆ= i s i i i V i x f py γφ=ˆ （1）常压下，气相可视为理想气体，1ˆ=v i φ；再忽略压力对流体逸度的影响，isi p f =从而得出低压下气液平衡关系式为：py i =γisi p i x（2）式中，p ——体系压力（总压）；s i p ——纯组分i 在平衡温度下的饱和蒸汽压，可用Antoine 公式计算； x i 、y i ——分别为组分i 在液相和气相中的摩尔分率； γi ——组分i 的活度系数由实验测得等压下气液平衡数据，则可用 s ii i i px py =γ （3）计算出不同组成下的活度系数。

化工原理典型习题解答刘永红西安工程科技学院应用化学教研室2006第一章复习思考题1、何谓不可压缩流体和可压缩流体？2、简述密度和比容的定义和单位。

影响流体密度的因素有哪些？气体的密度如何计算？3、简述压强（压力）的定义。

压力的常用单位有哪些？它们之间如何换算？4、何谓绝对压力、表压和真空度？它们之间有何关系？5、简述流体粘度的定义、物理意义及粘度的单位（SI 和物理单位）。

6、写出流体静力学基本方程式，说明该式应用条件。

7、简述静力学方程式的应用。

8、写出U形压差计计算压差的公式。

9、何谓稳定流动和不稳定流动？10、说明流体的体积流量、质量流量、流速（平均流速）及质量流速的定义及相互关系。

11、写出连续性方程式，说明其物理意义及应用。

12、分别写出理想流体和实际流体的柏努利方程式，说明各项单位及物理意义。

13、应用柏努利方程式时，应注意哪些问题？如何选取基准面和截面？14、应用柏努利方程式可以解决哪些问题？15、何谓牛顿型流体和非牛顿型流体？16、写出牛顿粘性定律。

说明式中各项的意义和单位。

17、流体的流动类型有哪几种？如何判断？18、雷诺准数（Re）的物理意义是什么？如何计算？19、写出流体在圆管中流体流动时的速度分布情况，最大流速与平均流速的关系如何？20、写出流体在直管中流动时流动阻力的计算式。

21、写出层流时摩擦系数计算式。

22、如何由摩擦系数图（λ-Re，ε/d）查取摩擦系数？图上可分几个区域？各区域有何特点？23、何谓水力半径与当量直径？如何计算？24、计算管路局部阻力的方法有几种？如何计算？25、何谓简单管路？简单管路的计算有几类？它们的计算方法有何特点？26、比较测速管、孔板流量计及转子流量计，它们的测量原理、计算方法及应用场合等有何类同？第二章复习思考题1、流体输送机械根据其工作原理可分为哪几种类型？2、简述离心泵的工作原理及主要部件。

3、离心泵的叶轮有哪几种类型？离心泵的蜗牛形外壳有何作用？4、离心泵在启动前为什么要在泵内充满液体？5、离心泵的主要性能参数有哪些？各自的定义和单位是什么？6、扬程和升扬高度是否相同？7、气缚现象和汽蚀现象有何区别？8、离心泵的特性曲线包括哪几条曲线？如何绘出特性曲线？9、何谓管路特性曲线？何谓工作点？10、离心泵流量调节方法有哪几种？各有何优缺点。

化工原理第二章流体输送机械问题1. 什么是液体输送机械的压头或扬程?答1．流体输送机械向单位重量流体所提供的能量(J/N)。

问题2. 离心泵的压头受哪些因素影响?答2．离心泵的压头与流量，转速，叶片形状及直径大小有关。

问题3. 后弯叶片有什么优点? 有什么缺点?答3．后弯叶片的叶轮使流体势能提高大于动能提高，动能在蜗壳中转换成势能时损失小，泵的效率高。

这是它的优点。

它的缺点是产生同样理论压头所需泵体体积比前弯叶片的大。

问题4. 何谓"气缚"现象? 产生此现象的原因是什么? 如何防止"气缚"?答4．因泵内流体密度小而产生的压差小，无法吸上液体的现象。

原因是离心泵产生的压差与密度成正比，密度小，压差小，吸不上液体。

灌泵、排气。

问题5. 影响离心泵特性曲线的主要因素有哪些?答5．离心泵的特性曲线指Hｅ～qV，η～qV，Pａ～qV。

影响这些曲线的主要因素有液体密度，粘度，转速，叶轮形状及直径大小。

问题6. 离心泵的工作点是由如何确定的? 有哪些调节流量的方法?答6．离心泵的工作点是由管路特性方程和泵的特性方程共同决定的。

调节出口阀，改变泵的转速。

问题7. 一离心泵将江水送至敞口高位槽, 若管路条件不变, 随着江面的上升,泵的压头He, 管路总阻力损失H f, 泵入口处真空表读数、泵出口处压力表读数将分别作何变化？答7．随着江面的上升，管路特性曲线下移，工作点右移，流量变大，泵的压头下降，阻力损失增加；随着江面的上升，管路压力均上升，所以真空表读数减小，压力表读数增加。

问题8. 某输水管路, 用一台IS50-32-200的离心泵将低位敞口槽的水送往高出3m的敞口槽, 阀门开足后, 流量仅为3m3/h左右。

现拟采用增加一台同型号的泵使输水量有较大提高, 应采用并联还是串联? 为什么?答8．从型谱图上看，管路特性曲线应该通过H=3m、qV =0点和H=13m、qV=3m3/h点，显然，管路特性曲线很陡，属于高阻管路，应当采用串联方式。

第1章蒸馏 内容小结复习题1 蒸馏概述蒸馏操作是借混合液中各组分挥发性的差异而到达别离目的。

轻组分：混合物中的易挥发组分；重组分：混合物中的难挥发组分例：蒸馏是别离的一种方法，其别离依据是混合物中各组分的，别离的条件是。

答：均相液体混合物，挥发性差异，造成气液两相系统精馏操作压力的选择减压蒸馏：降低了液体的沸点。

应用场合：别离沸点较高的热敏性混合液，混合物沸点过高的物系〔防止采用高温载热体〕。

加压蒸馏：提高冷凝温度防止使用冷冻剂。

应用场合：别离常压下呈气态的物系，馏出物的冷凝温度过低的物系。

举例：脱丙烷塔操作压力提高到1 765kPa时，冷凝温度约为50℃,便可使用江河水或循环水进行冷却，石油气常压呈气态，必须采用加压蒸馏。

2 双组分溶液的气液相平衡例：当混合物在t-x-y图中的气液共存区内时，气液两相温度，但气相组成液相组成，而两相的量可根据来确定。

答: 相等，大于，杠杆规那么例：当气液两相组成相同时，那么气相露点温度液相泡点温度。

答：大于例：双组分溶液的相对挥发度α是溶液中的挥发度对的挥发度之比，假设α=1表示。

物系的α值愈大，在x-y图中的平衡曲线愈对角线。

答：易挥发组分，难挥发组分，不能用普通蒸馏方法别离，远离理想溶液的含义例：理想溶液满足拉乌尔定律，也满足亨利定律；非理想稀溶液满足亨利定律，但不满足拉乌尔定律;服从亨利定律并不说明溶液的理想性，服从拉乌尔定律才说明溶液的理想性例：精馏塔别离某二元物系，当操作压强降低时，系统的相对挥发度 ( )，溶液的泡点( )，塔顶蒸汽冷凝温度( )。

答：增大，减小，减小3 平衡蒸馏与简单蒸馏4 精馏例：精馏塔的作用是。

答：提供气液接触进行传热和传质的场所。

例：在连续精馏塔内，加料板以上的塔段称为，其作用是；加料板以下的塔段〔包括加料板〕称为_____，其作用是。

答：精馏段提浓上升蒸汽中易挥发组分提馏段提浓下降液体中难挥发组分例：离开理论板时，气液两相到达状态，即两相相等，____互成平衡。

化工专业实验操作考试题实验一：气体定压比热容的测定操作题简述本实验的操作步骤答案：实验步骤（1）开动风机，调节节流阀，使流量保持在额定值（0.5m 3/h ）附近，测出流量计出口空气的干球温度（0t ）和湿球温度（w t ）。

（2）逐渐提高电压至 50V 。

（3）待出口温度稳定后，读出下列数据：每10L 气体通过流量计所需的时间（,s τ）；比热容仪进口温度（1t ，C ）和出口温度（2t ，C ）；当大气压力（B ，mmHg ）和流量计出口处的表压（h ∆，2mmH O ）；电热器的电压（V ， V ）、内阻(R, Ω) 和功率值。

（4）改变电压值，重复步骤3，共测量三组数据。

（5） 实验结束后，先切断电源，让风机继续运行十五分钟左右再关闭。

（指导老师根据学生实验熟练程度，相互配合情况，操作情况，平衡学生回答错误点多少，给出成绩，占80分）实验一：气体定压比热容的测定问答题：1、本实验测定气体定压比热容的基本原理是什么？（10分）答案：可将本实验装置的本体部分简化为一开口稳定流动系统，本体部分保温非常好，近似无散热损失，且系统对外并无功的输出，由开口稳定流动系统的热力学第一定律：()21m p H q c t t Q ∆=-=∴ ()21p m c Q q t t =-⎡⎤⎣⎦若测定干空气的比热容，则：()21()pg w mg c Q Q q t t ⎡⎤=--⎣⎦2、实验中为什么要测取空气的干湿球温度？（10分）答案：实验中要测取空气的干湿球温度的目的是由可干湿球温度查焓湿图得湿度，从而计算出水蒸气的容积成分以进行干空气与水蒸气流量的计算。

3、本实验对输入电热器的电压和气体出口温度有何要求？（10分）答案：输入电热器的电压不得超过200V，气体出口最高温度不得超过300℃。

4、由实验数据计算所得的定压比热容与进出口平均温度有何关系？（10分）答案：定压比热容与进出口平均温度大致呈线性关系，且随温度的增加而增大。

作业(计算题)1、已知丙酮（1）-甲醇（2）双组分系统的范氏常数为A 12=0.645，A 21=0.640。

试求58.3℃时，x 1=0.280的该双组分溶液的饱和压力。

已知：58.3℃时，纯丙酮的饱和蒸汽压为p 10=0.1078MPa ，甲醇的饱和蒸汽压为 p 20=0.1078MPa2、 某精馏塔釜压力2.626MPa,温度76℃，液相组成如下表，如取i-为关键性组分，各组分的相对挥发度如表所示，求与塔釜液体呈平衡状态的汽相组成：组分i 2C =2C 3C =03Ci-04C 05Cx wiαij0.002 6.4350.002 4.5220.680 2.0970.033 1.9130.196 10.087 0.3223、已知某混合物0.05乙烷，0.30 丙烷，0.65正丁烷（摩尔分数），操作压力下各组分的平衡常数可按下式进行计算，试求其泡点温度。

乙烷：K=0.13333t+4.6667; 丙烷：K=0.6667t+1.13333; 正丁烷：K=0.0285t+0.08571（t 的单位为℃）4、脱丁烷塔塔顶压力为2.3Mpa ，采用全凝器，塔顶产品组成为：组分 甲烷 乙烯 乙烷 丙烷 x i0.01320.81080.17210.0039试计算塔顶产品的饱和温度。

5、已知某气体混合物的组成如下： 组分 甲烷 乙烷 丙烯 丙烷 异丁烷 正丁烷 ∑ 组成0.050.350.150.200.100.151.00当操作压力p=2.76MPa 时，求此混合物的露点。

（提示：计算时，初设温度为75℃） 6、已知某物料组成为z 1=1/3，z 2=1/3，z 3=1/3，其相对发度α11=1，α21=2，α31=3，且已知组分1的相对平衡常数K 1与温度的关系为ln K 1=8.294－3.3×103/T ，求此物料的泡点和露点温度。

34.已知某液体混合物中各组分的汽液平衡常数与温度的关系如下：组分 组成（摩尔分数）K i （t 的单位为℃） C 3 0.23 -0.75+0.06t C 4 0.45 -0.04+0.012t C 50.32-0.17+0.01t试求：（1）其常压下的该混合物的泡点温度，误差判据可取0.001。