天津工业大学2008-2009学年2学期-化工热力学末试卷-答案

天津工业大学2008-2009学年二学期A）化工专业化工热力学课程期末试卷（班级_________姓名__________学号___________题号一二三四五合计分数阅卷人一、判断题（判断对错，并写出原因）（3×5=15分）评分标准：判断正确+1，正确说明原因+2，如所述原因部分正确+1；判断错误，无论原因正确与否均不得分。1.当压力大于临界压力时，纯物质就以液态存在。（×）若温度也大于临界温度时，则是超临界流体。2.稳流系统的热力学第一定律为UQW，封闭系统的热力学第一定律为H1u2gZQW。（×）2s封闭系统的热力学第一第一定律为UQW，稳流系统的热力学定律为H1u2gZQW。2s3.理想混合物（理想溶液）中所有组分的活度系数为1。（√）4.纯物质的汽液平衡常数K等于0。（×）xy1因为，纯物质的汽液平衡常数K等于1。115.剩余性质是指理想混合物与同温同压和相同组成的真实混合物的摩MEMidM尔性质之差，即。（×）剩余性质是指同温同压下的真实气体与理想气体的摩尔广度性质之差，即MRMMid。1二、名词解释（3×5=15分）1.临界温度：在任何条件下都不能液化的物质最低温度。（3分）log(p)1.00，（2分）反映物质分子形状和2.偏心因子：rTr0.7物质极性大小的量度。（1分）3.混合规则：混合气体的热力学性质与组成该混合气体每个纯组分的热力学性质之间的数学关系。（3分）4.理想功：体系经历一完全可逆过程所产生或消耗的功。（5.偏摩尔量：混合体系中,单位量某组分对体系某一热力学性质的贡3分）3分）献量。（三、简答（20分）1.写出①稳定流动系统热力学第一定律的一般形式；②当流体流经泵和③流经换热器时系统热力学第一定律的简化形式。（5分）答：①稳定流动系统的热力学第一定律表达式为：H1u2gzQW（1分）2s②流体流经泵、压缩机、透平等设备在数量级角的度上，动能项和势能项不能与焓变相比较，可以忽1略，即2u20gz0；即：HQW若这些视为s，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：HW（2分）s③流体流经换热器传质设备W=0；另外，考虑动能项和势能项与焓变之间的数量级差别，动s1能项和势能项可以忽略，即u20gz0；因，此，稳流系统热2力学第一定律可化简为：HQ（2分）2.写出Gibbs-Duhem方程的表达式，并说明其主要用途。（5分）答：Gibbs-Duhem方程的表达式为：TMMxdMidTpdpip,xT,x2TnMnM或：dnMTddppiip,nT,n恒温、恒压下为：d0（2分）xMii用途：Gibbs-Duhem方程的用途主要有两方面，一是用来检验实验测得的混合物热力学性质数据的正确性；二是用来求二元混合物中由一个组元的偏摩尔量推算另一个组元的偏摩尔量。（3分）3.为什么K值法可以用于烃类混合物的汽液平衡计算？并请用文字或框图简述其计算过程。（10分）答：（1）所谓K值法指汽液平衡计算中相平衡常数K只与系统的T、p有关，可以通过T、p求算。根据相平衡关系式：pssexpˆpVlppsii，烃类系统的混合物接近理想混RTiiiyixKiviiˆv1合物，，同时根据Lewis-Randall规则，对于理想混合物有，iii另外，石油化工涉及的汽液平衡绝大多数压力不太高，因此，有：ypssK，可见，烃类系统的K值仅与T，p有关，而与组成iixpiiii，无关，可根据T，pyx-普列斯特（De-Priester）的p-T-K图上查ii出K的数值。（5分）（2）泡点计算框图、露点计算框图及注意事项（5分）四、计算与证明（40分）1.试分别用（1）理想气体方程，（2）普遍化关系式，计算水蒸气在10.3MPa和643K下的摩尔体积，并与水蒸气表查出的数据3（V=0.0232m·kg-1）进行比较。（已知水的临界常数及偏心因子为：Tc=647.3K，pc=22.05MPa，ω＝0.344。）（315分）图1普遍化关系式适用区域解：（1）理想气体方程VRT8.31410-36430.519m3kmol-10.0288m3kg-1（4分）P10.30.02320.0288误差％＝100%24.1%（1分）0.0232(2)普遍化关系式TrTc647.30.993PrP10.30.46（71分）Pc22.05T643由于对比温度和对比压力所代表的点位于图2-9的曲线上方，故用普遍化第二维里系数关系式计算。（2分）0.4220.422B00.0830.0830.344（1分）(0.993)1.6T1.6r0.1720.172B10.1390.1390.0382（1分）(0.993)4.2T4.2r单纯B公式错误加后续计算错误扣3分BPcB0ωB10.3440.344（-0.0）380.3572（1分）RTc得：BP11(0.357)0.4670.8320.993BPcPrZ1（1分）RTTRTcr则4VZRT0.8328.3141036430.432m3kmol-10.024m3kg-1（2分）P10.30.02320.024误差％＝100%3.45%（1分）0.02322.312K、2.0MPa条件下二元溶液中组分1的逸度为：ˆf4x6x23x13111ˆ式中x是组分11的摩尔分率，f单位为MPa。试求在该温度和压力下，1（1）纯组分1的逸度与逸度系数；（2）组分1在溶液中的Henry常数；（3）用x表示的表达式（基于Lewis-Randell定则）；11（4）用x表示的表达式（基于Henry定律）（14分）。11解：(1)在给定温度和压力下，当x=1时ˆ4x6x3x1flimf1lim1MPa2311x11x1x1x1111f0.51（4分）1P2.0ˆ4x6x3x(2)klimf1x1lim11x14MPa231（3分）（3分）（4分）1x0x011ˆf4x6x23xxx34631(3)1xf111112x1111ˆf4x6x23x311.5x0.75x1（4）1xk111112x41113．高压水蒸气作为动力源，可驱动透平机做功。753K，1520kPa的过热蒸汽进入透平机，在推动透平机做功的同时，每kg蒸汽向环境散热7.1kJ。环境温度293K。由于过程不可逆，实际输出的功等于可逆绝热膨胀时轴功的85%。做功后，排出的乏汽为7.1kPa。求此过程的5（1）理想功（2）损耗功（3）热力学效率已知：753K，1520kPa过热蒸汽性质：h3426.7kJ/kg,s7.5182kJ/kg11h2663.1kJ/kg绝热可逆膨胀后的焓值：2s7.7735kJ/kg（11分）实际膨胀后的焓值：2解：求想同始末态下可逆绝热膨胀的轴功wRhhh2663.13426.7763.6kJ/kg（1分）wR21实际过程的功：w0.85w0.85763.6649.1kJ/kg（1分）sR实际做功后的焓值：hqw7.1649.1656.2kJ/kg（1分）shhh3426.7656.22770.5kJ/kg21熵产生：7.10.25530.02420.2795kJ/kg（2分）s(ss)s(7.77357.5182)293g21fwTS2930.2795=81.9kJ/kg（2分）损耗功：L0gwidTS656.22930.2553731.0kJ/kg（2分）0理想功：hwws过程热力学效率649.1/731.00.88888.8%（2分）sid6五、图示题（10分）某热-电装置，将11MPa、5800C的过热蒸汽引入高压透平中做功，当压力降至3MPa，温度300热交换器中该部分蒸汽全部冷凝为饱和水。余下的蒸汽在3MPa下再过热到500C，然后在透平低压段做功，可逆绝热膨胀到5KPa，乏汽在C时抽出部分蒸汽用于工艺加热，在工艺00冷凝器中冷凝为饱和水泵送循环回锅炉。试在T-S图上绘出该装置的热力学循环过程，并说明各线段的含义。答：各线段的意义：1-2软水预热器、锅炉、蒸汽锅热器中工质水等压（11MPa）吸热为高压过热蒸汽；