天津大学化工热力学试卷二.doc
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1、20 20 学年第 学期期末考试试卷学院 化工学院 专业 化学工程与工艺 班 一、 判断题:试判断对错,并写出原因或相应的公式(2分510分)1 熵增原理的表达式为:( )2二阶舍项维里方程可用于计算纯物质的逸度系数( )3 RK方程中,常数的混合规则分别为 ( )4无论以Henry定律为基准,还是以Lewis-Randall规则为基准定义活度,活度和逸度的值不变。( )5烃类物系汽液平衡计算可以使用K值法。 ( )二、 简答题 (5分735分)1 写出稳定流动系统热力学第一定律的一般形式,并对流体流经泵和流经换热器的系统进行适当的简化。2 写出水在一定温度下的饱和蒸气压的获得方法。3有人提出
2、用下列方程组来表示恒温、恒压下简单二元体系的偏摩尔体积式中:V1和V2是纯组分的摩尔体积,、 只是T、P的函数。试从热力学的角度分析这些方程是否合理4 写出局部组成的概念,并说明Wilson方程和NRTL方程的适用条件。5 请写出中低压下汽液相平衡的关系式。(其中:液相用活度系数表示,以 Lewis-Randall规则为基准;汽相用逸度系数表示)。6 说明基团贡献法的出发点、优点及局限性7 简述估算沸点下蒸发焓的方法三、 计算题(共55分)1 (1)已知某饱和液体在273K时,Hm=0, Sm=0,饱和蒸气压为1.27105Pa,若求478K,68.9105Pa时该物质蒸汽的Hm和Sm,请设计
3、出计算路径,并画出图。(2)请写出各步骤的焓和熵的计算公式。已知:该物质的饱和蒸气压方程为:,状态方程为:, 理想气体热容为:,式中各物理量均为国际单位制标准单位,A、B、C、D、E为常数。2 某二元溶液,Lewis-Randall 规则标准态的超额Gibbs自由能可由下式给出: 式中:为常数,两纯组元逸度分别为和,单位为Pa, , T:K, 求:(1) 以Lewis-Randall 规则为标准态的活度系数与的表达式。(2) 以Henry定律为标准态的活度系数与的表达式。3低压下丙酮(1)乙腈(2)二元体系的汽液平衡中,汽液两相假定均可视为理想体系,查得丙酮、乙腈的饱和蒸气压方程如下: 的单位
4、为KPa, T的单位为K。试求:(1) 当p为85KPa, t为55C,该体系的汽液平衡组成y1, x1(2) 溶液中总组成为z1=0.8,当p为85KPa, t为55C,该体系的液相分率以及汽液相组成y1, x1(3) 当t为55C,汽相组成y1=0.5时相平衡压力与液相组成x1(4) 当t为55C,液相组成x1=0.35时的相平衡压力与汽相组成y14某蒸汽压缩制冷装置,采用氨作制冷剂,制冷能力为105kJ/h,蒸发温度为15,冷凝温度为30,设压缩机作可逆绝热压缩,试求:(1)压缩单位制冷剂所消耗的功。(2)制冷剂每小时的循环量。(3)该制冷装置所提供的单位制冷量。(4)循环的制冷系数。5
5、写出已知压力(p)和液相组成(),求泡点温度(T)及与之相平衡的汽相组成()的计算过程(可以写计算框图,也可以叙述计算过程)。答案:判断题:试判断对错,并写出原因或相应的公式(3分515分)3 熵增原理的表达式为:( ) 熵增原理的表达式应该为:或者写为:,(其中等号在可逆条件下成立)2二阶舍项维里方程可用于计算纯物质的逸度系数()二阶舍项维里方程可以适用于压力不高的气体的pVT关系计算,由于逸度系数的计算需要使用相应条件下的状态方程,因此二阶舍项维里方程可以用于压力不高(小于1.5MPa)情况下的纯物质逸度系数的计算。8 RK方程中,常数的混合规则分别为 ( )习惯上,用于RK方程中常数的混
6、合规则分别为 4无论以Henry定律为基准,还是以Lewis-Randall规则为基准定义活度,活度和逸度的值不变。()以Henry定律为基准和以Lewis-Randall规则为基准定义的活度选用的逸度标准态不同,因此相应的活度和活度系数值会发生相应的变化,但是逸度值不变。5烃类物系汽液平衡计算可以使用K值法。 ( )烃类物系可以近似为理想混合物,因此其相平衡常数,式中的变量均只为温度T、压力p的函数,与汽相组成和液相组成均无关,可以使用PTK图进行计算,简称K值法。四、 简答题 (5分525分)1 写出稳定流动系统热力学第一定律的一般形式,并对流体流经泵和流经换热器的系统进行适当的简化。答:
7、稳定流动系统的热力学第一定律表达式为:(1) 流体流经换热器传质设备Ws=0;另外,考虑动能项和势能项与焓变之间的数量级差别,动能项和势能项可以忽略,即,;因此,稳流系统热力学第一定律可化简为:(2) 流体流经泵、压缩机、透平等设备在数量级的角度上,动能项和势能项不能与焓变相比较,可以忽略,即,;即:若这些设备可视为与环境绝热,或传热量与所做功的数值相比可忽略不计,那么进一步可化简为:2 写出水在一定温度下的饱和蒸气压的获得方法。在一定温度下水的蒸气压获得方法可以有以下几种:(1) 通过实验进行测量(2) 通过数据手册查找到相应的Antoine常数,使用Antoine方程进行计算(3) 通过饱
8、和水蒸气表查找3有人提出用下列方程组来表示恒温、恒压下简单二元体系的偏摩尔体积式中:V1和V2是纯组分的摩尔体积,、 只是T、P的函数。试从热力学的角度分析这些方程是否合理?答: 根据Gibbs-Duhem方程 得恒温、恒压下或 由本题所给的方程得到 即 (A)同样可得 即 (B)比较上述结果,式(A)=(B)得:整理此式得:或根据题意,所给出的方程组只有在时才满足Gibbs-Duhem方程,方程才合理。9 写出局部组成的概念,并说明Wilson方程和NRTL方程的适用条件。答:局部组成的概念:在某个中心分子的近邻,出现分子和出现分子的几率不仅与分子的组成和有关,而且与分子间相互作用的强弱有关
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