化工热力学习题

1、精选文库2-1 使用下述三种方法计算1kmol的甲烷贮存在容积为0.1246m3、温度为50的容器中所产生的压力是多少？ （1）理想气体方程； （2）Redlich-Kwong方程； （3）普遍化关系式。2-2 欲将25kg，289K的乙烯装入0.1m3的刚性容器中，试问需加多大压力？2-3 分别使用理想气体方程和Pitzer普遍化方法，计算510K，2.5MPa下正丁烷的摩尔体积。已知实验值为1480.7cm3mol-1.2-4 试用下列方法求算473K，1MPa时甲醇蒸气的Z值和V值：（1）三项截尾维里方程式（2-6），式中第二、第三维里系数的实验值为： B= -219cm3mol-1 C

2、= -17300 cm6mol-2（2） Redlich-Kwong方程；（3）普遍化维里系数法。2-5 某气体的p v T行为可用下述在状态方程式来描述： 式中b为常数，只是T的函数。试证明此气体的等温压缩系数的关系式为 2-6 试计算含有30%（摩尔）氮气（1）和70%（摩尔）正丁烷（2）的气体混合物7g，在188和6.888MPa条件下的体积。已知：B11=14 cm3mol-1, B22= -265 cm3mol-1, B12= -9.5 cm3mol-1。2-7分别使用下述方法计算171，13.78MPa下二氧化碳和丙烷的等分子混合物的摩尔体积。已知实验值为0.199m3kmol-1

3、（1）普遍化压缩因子关系式；（2）Redlich-Kwong方程。2-8 有一气体的状态方程式，a及b是不为零的常数，则此气体是否有临界点呢？如果有，用a、b表示。如果没有，解释为什么没有。2-9 在体积为58.75ml的容器中，装有组成为66.9%（摩尔比）H2和33.1%CH4混合气1mol。若气体温度为273K,试求混合气体的压力。2-10 液氨在-153和2.537MPa条件下的密度为600kgm-3,试用Lyderson的普遍化方法计算在-168和1.084MPa下的密度。2-11 试编制下列电子计算机程序：（1）用RK方程求纯物质的饱和蒸气和饱和液体的摩尔体积；（2）采用Praus

4、nitz提出的混合规则和RK方程求混合气体的摩尔体积。3-1 试推导方程式中T、V为独立变量。3-2 一理想气体借活塞之助装于钢瓶中，压力为34.45MPa，温度为366K，反抗一恒定的外压力3.45MPa而等温膨胀，直到两倍于其初始容积为止，试计算此过程之U 、H、S、A、G、Q和W。3-3假定氮气服从理想气体定律，试计算1kmol氮气在温度为500，压力为10.13MPa下的内能、焓、熵、和自由焓之值。已知：（1）在0.1013MPa时氮的与温度的关系为： Jmol-1K-1（2）假定在0 及0.1013MPa时氮的焓为零；（3）在25及0.1013MPa时氮的熵为191.76 Jmol-

5、1K-1。3-4 试证明由Van der Waals 方程推得的剩余焓，熵的计算表达式分别为： 提示： Vdp=d(pV)- pdV (T一定)3-5 将10kg水在100、0.1013MPa的恒定压力下气化，试计算此过程U、H、S、A、G之值。3-7 试用普遍化方法计算丙烷气体从378K、0.507MPa的初态到463K、2.535MPa的终态时过程的H、S值。已知丙烷在理想气体状态下的摩尔恒压热容为 始终T用K表示，用Jmol-1K-1表示。3-8 试估算93、2.02MPa条件下，1mol乙烷的体积、焓、熵与内能。设0.1013MPa，-18 时乙烷的焓、熵为零。已知乙烷在理想气体状态下

6、的摩尔恒压热容 Jmol-1K-13-9 试用普遍化关系求算1-丁烯在473K积7.0MPa下的逸度。3-10 试估算正丁烷在393K、4.0MPa下的逸度。在393K时，正丁烷的饱和蒸气压为2.238MPa，其饱和液体的摩尔体积为137cm3mol-1。3-11 260、1.0336MPa的过热蒸气通过喷嘴膨胀，出口压力为0.2067MPa,如果过程为可逆绝热且达到平衡，试问蒸气在喷嘴出口的状态如何？3-12 有人用A和B两股水蒸气通过绝热混合获得0.5MPa的饱和蒸气，其中A股是干度为98%的是蒸气，压力为0.5MPa，流量为1kgs-1；而B股是473.15K，0.5MPa的过热蒸气，试

7、求B股过热蒸气的流量该为多少？3-13 在T-S图上描述下列过程的特点及画出所经途径： （1）饱和液体的连续节流； （2）将过热蒸气定压冷凝为过冷液体； （3）饱和蒸气的可逆绝热压缩； （4）处于p1,T1的过热蒸气的绝热节流； （5）出于某压力p下饱和液体的绝热节流； （6）定容加热饱和蒸气； （7）定容加热饱和液体；4-1 某二组元液体混合物在固定T及p下的焓可用下式表示： H=400x1+600x2+x1x2(40x1+x2)式中H单位为Jmol-1。试确定在该温度、压力状态下（1） 用x1表示的和；（2） 纯组分焓H1和H2的数值；（3） 无限稀释下液体的偏摩尔焓和的数值。4-2 在固

8、定T、P下，某二元液体混合物的摩尔体积为： V=90x1+50x2+(6x1+9x2)x1x2式中V的单位为cm3mol-1。试确定在该温度、压力状态下（1） 用x1表示的和；（2） 无限稀释下液体的偏摩尔体积和的值，根据（1）所导出的方程式及V，计算、和V值，然后对x1作图，标出V1、V2、和之点。4-3 试推导服从Van der Waals方程的气体的逸度表达式。4-4 试计算甲乙酮（1）和甲苯（2）的等分子混合物在323K和2.5104 Pa下的、和f。4-5 式为气-液两相平衡的一个基本限制，试问平衡时下式是否成立： 也就是说，当混合系处于平衡时其气相混合物的逸度是否等于液相混合物的逸

9、度？4-6 环己烷（1）和四氯化碳（2）所组成的二元溶液，在1.01310 5 Pa、333K时的摩尔体积值如下表所示：x1V/(cm3mol-1)x1V/(cm3mol-1)x1V/(cm3mol-1)0.000.020.040.060.080.100.15101.460101.717101.973102.228102.483102.737103.3710.200.300.400.500.600.700.80 104.002 105.253 106.490 107.715 108.926 110.125 111.310 0.850.90 0.92 0.94 0.96 0.98 1.00 11

10、1.897 112.481 112.714 112.946 113.178 113.409 113.640试由上述数据，确定给定温度及压力下的（1）V1; (2)V2; (3) ;(4) ; 再由以上数据，分别用下列四个标准状态，求出V，并给出V对x1的曲线：（5）组分1，2均用Lewis-Randall规则标准状态；（6）组分1，2均用Henry定律标准态；（7）组分1用Lewis-Randall规则标准状态，组分2用Henry定律标准态；（8）组分1用Henry定律标准态，组分2用Lewis-Randall规则标准状态。 上述四个标准状态，意指不同类型的理想溶液。试问对组分1的稀溶液来说，

11、哪一个能更好的表示实际的体积变化？对组分1的浓溶液呢？4-7 在一固定的T，p下，测的某二元体系的活度系数值可用下列方程表示： = (a) (b)试求出的表达式；并问(a)、(b)是否满足Gibbs-Duhem方程？若用(c)、(d)方程式 (c) (d)表示该二元体系的活度系数值时，则是否也满足Gibbs-Duhem方程？4-8 在473K、5MPa下两气体混合物的逸度系数可用下式表示： 式中、为组分1和2的摩尔分率，试求、的表达式，并求出当=0.5时、各为多少？4-9 在一定温度和压力下，测得某二元体系的活度系数方成为 试问上述方程式是否满足Gibbs-Duhem方程？4-10 试应用UN

12、IFAC基团贡献法计算丙酮（1）正戊烷（2）二元体系在T307K和时的活度系数和。已知实测的活度系数值为和5-1 设有一台锅炉，水流入锅炉时之焓为62.7 kJkg-1,蒸汽流出时的焓为2717 kJkg-1,锅炉效率为70%，每千克煤可发生29260kJ的热量，锅炉蒸发量为4.5 th-1，试计算每小时的煤消耗量？5-2 水流过一个水平安装的蛇管式加热器，用蒸气加热，蒸气在蛇管外侧冷凝成水。进、出口处水的各参数如下：状态P/MPat/u/(ms-1)H/(kJkg-1)进口水0.196702292.98出口蒸气0.09811052002683.8 试求对每kg水应供给多少热量？5-3 一台透

13、平机每小时消耗水蒸气4540kg。水蒸气在4.482MPa、728K下以61ms-1的速度进入机内，出口管道比进口管道低3m，排气速度366ms-1。透平机产生的轴功为703.2 kW，热损失为1.055105 kJh-1。乏气中的一部分经节流阀降压至大气压力，节流阀前后的速度变化可忽略不计。试求经节流阀后水蒸气的温度及其过热度。5-4 一台功率为2.0kW的泵将363K的水从贮水罐送到换热器，水流量为3.2kgs-1,在换热器中以697.3kJs-1的速率将水冷却后，送入比第一贮水罐高20m的第二贮水罐，求送入第二贮水罐的水温。5-5压力为1.62MPa、温度为593K的过热蒸气以24ms-

14、1的流速进入喷嘴，流出喷嘴的蒸气为0.1013MPa的饱和蒸气，试求喷嘴出口处蒸气的流速。设蒸气流动过程近似为绝热过程。5-6 试求在恒压下将2kg ,90的液态水和3kg,10的液态水绝热混合工程所引起的总熵变。为简化起见，将水的热容取作常数，Cp=4181JkgK-1。5-7 求算流动过程中，温度为813K、压力为5106Pa的1kmol氮所能给出的理想功为多少？取环境温度为288K，环境压力为1105Pa，氮的压力热容kJkmolK-1。5-8 有一锅炉，燃烧器的压力为1.013105Pa，传热前后温度为1127及537。水在6.890105Pa、260的过热蒸气送出。设燃烧器的Cp为4

15、.56kJkgK-1，试求该传热过程的损失功。5-9 某工厂有一输送90热水的管道，由于保温不良，到使用单位，水温降至70，试计算热水由于散热而引起的有效能损失。5-10 1kg水在1.368MPa下，由30升温至沸点，而后全部气化。设环境的可能最低温度为20，问如将水所吸收之热通过可逆机转化为功，则排给环境的无效能最少应为多少？若传给水的热量系由1100的燃烧炉气供给，问由于不可逆传热使无效能增加多少？在上述条件下，试比较利用水的状态变化和直接用燃烧炉 气将热量传给热机做功，两者的热效率。5-11 1kg甲烷气由27、9.80104Pa压缩后冷却至27、6.666106Pa，若是技压缩功耗为

16、1021.6kJ，t0为27，试求：（1）冷却器中需移走的热量；（2）压缩与冷却过程的损耗功；（3）该过程的理想功；（4）该过程的热力学效率。5-12 某换热器完全保温。热流体的流量为0.042kgs-1，进、出换热器时的温度分别为150、35，其等压热容为4.36kJkgK-1。冷流体进、出换热器时的温度分别为25、110，其等压热容为4.69kJkgK-1。试计算冷热流体有效能的变化、损失功和有效能效率。5-13 有人设计出一套复杂的产生热的过程，可在高温下产生连续可用的热量。该过程的能量来自于423K的饱和蒸气，当系统流过1千克的蒸气时，将有1100kJ的热量生成。已知环境为300K的冷

17、水，问最高温度可为多少？6-1 试求使20105Pa的干饱和蒸气膨胀到终压为0.5105Pa的Rankine循环的热效率，并与同样温度范围内工作的卡诺循环的热效率相比较。6-2 （1）影响Rankine循环效率的主要因素是什么？ （2）回热是什么意义？为什么回热能提高循环的热效率？6-3 某蒸气动力装置按Rankine循环工作，其蒸气参数：进气轮机的蒸气压力p1=2.5MPa，蒸气温度t1=500，冷凝器中蒸气压力p2随冷凝水的温度而变化，设夏天p2=0.006MPa，冬天p2=0.002MPa，试计算这两种情况下的循环热效率，并分析计算结果说明什么问题。6-5 采用简单的林德（Linde）循

18、环使空气液化，空气初温为300K，膨胀前的初压为10.13MPa(绝压)，节流后的压力为0.1013MPa，空气流量（标准状态）为15Lmin-1，试求：（1）在理想操作下，空气的液化百分数与每小时的液化量；（2）若换热器热端温差是5，由外界转入的热量为3.34kJkg-1。问对液化量的影响如何。6-6 采用克劳特（Claude）循环使空气液化，压缩机的消耗效率为110kW，将0.1013MPa、25的空气定温压缩到3.35MPa，被处理的空气有80%送入膨胀机，空气进入膨胀机前的温度-110，不完全热交换器的传热温差为5，由于绝热不良而引起的冷损失为3344kJh-1，假定膨胀机回收的功为理

19、论焓值的一半，压缩机的定温效率T=0.59。问此液化装置每小时能制取多少kg的液态空气？6-7 某一理想蒸气压缩制冷，于535间操作。干饱和蒸气离开压缩机，饱和液体进入节流阀，对20kJs-1的制冷量，若制冷剂为：（1）氨；（2）R-12；（3）水。试计算所需要的输入功率。6-8 某蒸气压缩制冷循环，制冷量Q0=2104kJh-1,冷藏室温度-12，冷藏器用冷却水冷却，冷却水进口温度为8，按以下条件进行操作，计算制冷循环消耗的最小功量。(1)供给循环的冷却水量是无限量。(2)供给循环的冷却水最大流量为200kgh -1。6-9 动力-热泵联合体系中热泵工作于100和20之间，热机工作于1000

20、和20之间，假设热机热泵均为可逆的，试问在1000下供给单位热量所生产的加工工艺用热量（100下得到的热量）是多少？6-10 吸收式制冷机以氨作为制冷剂以水做吸收剂，由常压下冷凝的蒸汽来供给再生设备所需的热量。设再生设备温度是79，可利用的冷却水其温度为16，冷却器和吸收器的温度是21，氨在制冷剂中蒸发时的温度是-12。假设操作时绝热的（除了那些有目的的加热或放热的地方），并且忽略由于流体摩擦所造成的压降（除膨胀阀外），试计算：（1） 该系统每一部分的压力；（2） 强的和弱的氨溶液的组成；（3） 对每吨制冷机所消耗的最小功；（4） 在再生器、冷凝器及吸收器中对每吨制冷机传递的热量。7-1 已知

21、气液平衡的判别式，（i=1,2,3N），i表示组分数。那么，液相混合物的逸度与其相平衡的气相混合物的逸度是否相等？为什么？7-2 （1）试推导遵守Raoult（拉乌尔）定律体系的泡点压力pb与露点压力pd的表达式。设混合物的总组成为zi（2）假设Raoult（拉乌尔）定律适用于以下的混合物，试求在110时含有摩尔分率为0.45的正辛烷（1），0.1的2、5二甲基己烷（2），0.45的2，2，4-三甲基戊烷（3）混合物的泡点压力pb与露点压力pd。 已知在110下纯组分的饱和蒸气压： ， 7-3 某蒸馏塔的操作压力为0.1066MPa，釜液含苯、甲苯的混合物。其组成（摩尔分率）苯（1）0.2，甲

22、苯（2）0.8。试求此溶液的泡点及其平衡的气相组成。假设苯-甲苯混合物可作理想体系处理，该两组分的Antoine方程如下 单位kPa，T单位K7-4 正戊烷（1）-正庚烷（2）组成的溶液可近似于理想溶液，查得组分的Antoine方程如下 单位kPa，T单位K试求：（1）65与95kPa下该体系互呈平衡的气液相组成；（2）55，液相组成x1为0.48时的平衡压力与气相组成；（3）95kPa，液相组成x1为0.35时的平衡温度与气相组成；（4）85kPa，气相组成y1为0.86时的平衡温度与液相组成；（5）70 ，气相组成y1为0.15时的平衡压力与液相组成。7-5 化工设计需要乙醇（1）-环己烷

23、（2）二元体系在0.1013kPa下的气液平衡数据。试问：（1）进行计算需要查阅那些基础数据。（2）计算该体系在0.1013kPa下的气液平衡数据（即T-x-y），要求画出计算框图并上机计算。7-6 丙酮（1）-甲醇（2）二元溶液超额自由焓的表达式为，纯物质的Antoine方程表示如下： 单位kPa，T单位试求：（1）假如气相可看作理想气体，B=0.75，温度为60下的p-x-y数据。（2）气相可看作理想气体，B=0.64，压力为75KPa下的t-x-y数据。7-7 已知丙酮（1）-水（2）二元体系的一组组成与活度系数的数据，即x1=0.22，g1=2.90，g2=1.17，请采用以下两种方法

24、计算总压0.1013MPa下与液相相平衡的气相组成。（1）用迭代法解；（2）采用公式，计算中将的比值作为定值的直接代入法。（计算中所需的蒸气压数据自行查阅）7-8 苯（1）-环己烷（2）体系在温度为77.6与101.3kPa时形成恒沸物，恒沸组成x1=0.525。已知77.6时苯的饱和蒸气压为与99.3kPa，环己烷的饱和蒸气压为与98.0kPa。试求：（1）采用Van laar方程计算全浓度范围内苯与环己烷的活度系数。并绘制曲线。（2）计算77.6时该体系的气液平衡数据，绘制px曲线与yx曲线。7-9 有组分A与B组成的溶液，液相活度系数与组成的关联式如下： ； 已知90oC时纯物质A，B的

25、饱和蒸气压分别为，。假定该体系符合低压气液平衡的关系式。试求：（1）判断此体系在90时的气液平衡能否形成恒沸物？如有，属哪一类型。（2）温度为90时，液相组成x1为0.5时的平衡压力。7-10 已知乙醇（1）-甲苯（2）二元体系的NRTL方程的能量参数： g12-g11=2982.72Jmol -1 g21-g22=4798.05Jmol -1溶液的特征参数12=0.529纯组分的摩尔体积与Antoine方程如下： V1=58.68cm3mol-1,V2=106.85 cm3mol-1 ；单位kPa，T单位试求：（1）x1=0.310，t=105时的泡点压力与气相组成；（2）y1=0.310，

26、t=105时的露点压力与液相组成；（3）x1=0.680，p=101.3kPa时的泡点温度与气相组成；（4）y1=0.790，p=101.3kPa时的露点温度与液相组成。7-11 采用状态方程计算二元体系的高压气液平衡。现已知压力p和液相组成xi，要求计算泡点温度T与气相组成yi。请列出计算机框图及所需要的计算公式（状态方程式自行选定）。8-1 对于下述气相反应 2H2S(g)+3O2(g)2H2O(g)+2SO2(g)设各物质的初始含量H2S为2mol，O2为4mol，而H2O和SO2的初含量为零。试找出各摩尔数和摩尔分率对的函数表达式。8-2 设一体系，下述两个反应同时发生： C2H4(g

27、)+0.5O2(g)C2H4O(g) (1) C2H4(g)+3O2(g)2CO2(g)+2H2O(g) (2)如果各物质的初始量为5mol C2H4和2mol O2，而C2H4O、CO2和H2O的初始量为零。试用反应度1和2来表示反应中各组成的摩尔分率。8-3 氨合成反应式如下： 0.5 N2(g)+1.5H2(g)NH3(g)若反应开始时N2为0.5mol ，H2为1.5mol，且假设平衡之混合物为理想气体，试证明反映达平衡时： 式中K为反应平衡常数。8-4 求算反应NH4Cl(s)+NH3(g) HCl (g)在1000K时的平衡常数。已知： 化合物H(18)/(kjmol-1)(25o

28、C)/(Jmol-1K-1)/(Jmol-1K-1)NH4Cl(s)NH3(g)HCl(g)-313.82-46.06-92.37133.15 192.73 187.00 140.68 47.27 30.368-5 水蒸气的分解反应式为 H2OH2+0.5O2试证明平衡常数，式中为该分解反应的反应度。8-6 制造合成气的方法之一，是使甲烷与水蒸气按以下反应式进行气相催化反应 CH4(g)+H2O(g)CO(g)+3H2(g)通常出现的副反应为水煤气变换反应：CO(g)+H2O(g)CO2(g)+H2(g)假设上述两个反应，在下列所规定的条件下均达到平衡，试问（1） 制造合成气时，反应器中达到的最高温度是600K还是1300K合适？为什么？（2） 制造合成气应该在0.1013MPa还是在10.13MPa下较好？为什么？已知下列生成热和生成自由焓数据（单位Jmol-1）：组分，600K，1300K，600K，1300KCH4H2OCOCO2-83279-244898-110244-394080-91779-249629-113928-395504-22987-214165-164800-39542052338-175938-227103-3964258-7 1-丁烯脱氢成1，3-丁二烯的反应在627