2006-2007级期末考试试卷答案

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2006～2007学年第一学期期末考试试卷 《化工热力学》（B卷 共5页） （考试时间：2007年1月23日） 题号 得分 一 二 三 成绩 核分人签字 ˆ(nlnf)f]T,P,n lni 9. [xiniji10. 流体经过绝热可逆膨胀后，流体的焓 降低 ， 压力 下降 ，流体温度 下降 。 二、简答题（共20分，每小题5分） 1. 无热溶液和正规混合物的基本假设分别是什么？ 答：无热溶液：无热溶液理论假定由纯物质形成溶液时，其混合热基本为零，溶液非理一、填空题（共30分，每小题3分） 1. 纯物质p-V图上临界等温线在临界点处的斜率 等于零 ，曲率 等于零 。 2. 第二Virial系数的物理意义为 B仅与两分子间的相互作用力有关 ； B的大小想性的原因主要来自超额熵不等于零，即HE0， GETSE ESE0。正规溶液：是指超额体积为零且混合熵变等于理想混合熵变的溶液，即V0，是 温度 的函数。普遍化Virial方程的适用条件是，对比体积Vr > 2 。 但正规溶液的混合热不等于零。根据正规溶液的特点，超额Gibbs自由能可写成GEHEUE ˆ= Φi ，理想混合液体的γi= 1 。正偏差物系的特点是异3. 高压下，理想混合气体的i类分子间作用力 小于 同类分子间的作用力 。 4. 损失功是指当完全可逆过程和实际过程经历同样的始末态时，由于可逆程度的差别，导致这两种过程所表现出的功之间存在差值。 5. 某压缩制冷装置的制冷剂在原冷凝器的出口温度、压力为T（p下的饱和温度）、p， 2. 空气在膨胀机中由温度T1=230 K、压力p1=10.13 MPa绝热可逆膨胀至压力p2=0.1013 MPa，如何得到空气膨胀后的最终温度T2值？ 答：由T-S图上的状态1点（T1=230K、p1=10.13MPa）沿等熵线（即垂直线）向下至状态2点（p2=0.1013MP），该点的纵坐标值就是T2。 现T比原冷凝器压力下的饱和温度低了5℃，其它条件不变，则制冷循环的制冷量 增加 ，压缩机功耗 不变____。 6. 二元体系汽液平衡数据热力学一致性校验的依据是HEVEx1dln1x2dln2dTdp 2RTRT 3. 氮在307.86K下流经绝热水平管上的一个部分开启的阀门。阀门上、下游的压力分别为0.12 MPa和0.06 MPa。试确定氮在阀门下游的温度。 解：根据稳流系统热力学第一定律:H0.5u2gZQWS 水平绝热管：Z0,Q0 无轴功：WS0 忽略动能变化：0.5u20 则：H0 7. （二乙胺-水）的液液平衡体系中，水在胺相中的摩尔分率为0.35，胺在水相中为0.00009，水在胺相中的活度系数为 2.86 ，水在水相中的活度系数为 1 。 8. 制冷剂的汽化潜热要尽可能的大，是因为 潜热大，可增加单位质量工质的制冷能力，使制冷剂的循环量减少。 天津大学试卷专用纸

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压力不太高时，N2可视为理想气体，焓仅为温度的函数，等焓过程，故温度不变，仍为307.86 K。 4. 在一定压力和温度下，乙醇—乙酸乙酯—水三元物系相图如下图所示。请指出当组解： 成分别为A、B、C时，液相是否分层。如果分层，请在相图中标出互成平衡的两液相组成的位置。 初始状态为T＝273K的饱和液体，根据饱和蒸气压方程 B(0)0.0830.422Tr1.6 B(1)0.1390.172 4.2TrB(0)dB(0)B(1)dB(1)HRprTdTRTTdTrrrr ln(ps/Pa)21.102552.75/T 首先计算273K时的饱和压力： ln(ps/Pa)21.102552.75/T＝21.102552.75/273 ＝11.749即：ps1.266105Pa 相应的计算路径为： 饱和液体 273K, 1.266×105Pa 饱和蒸气 273K, 1.266×105Pa H 578K,38.9×105Pa A是单相，不分层；B与B’成为相平衡的两液相；C点会自动分为1和2两个相平衡的两相。 三、计算题（共50分，每小题分值见小题题面） 1. （本题 15 分） 已知饱和液态的1-丁烯在273K时，H=0，求578K，38.9105Pa 时1-丁烯蒸气的H值。已知：1-丁烯蒸气的临界性质为：Tc=419.6 K, pc=4.02 MPa,=0.1867，饱和蒸pS-1-1.75，Cig气压方程为：ln21.102552p2.40.35TJmolK, 可近TPavH H2R H1R 理想气体 578K,38.9×105Pa 理想气体 273K, 1.266×105Pa Hig R （A） HHvHH1RHigH2（a）vH 似取ZZZ1。设1-丁烯的pVT关系符合普遍化的维里方程，且： vlHdlnps由方程：v d(1/T)RZ天津大学试卷专用纸

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ln(ps/Pa)21.102552.75/T Hdlnps故：2552.75v d(1/T)RZ则：vH2552.75*R*Z21.22103（b）H1R为T=273K，p＝1.26610Pa的剩余焓， 5dB(0)0.6752.60.2935 dTrTrB(1)0.1390.1720.09419 4.2TrJmol-1 dB(1)0.7225.20.1365 dTrTrB(0)dB(0)B(1)dB(1)HRprRTTdTTdTrrrr0.96770.16980.094190.18670.29350.1365 0.2271HR0.22718.3145781.09103Jmol-1 将各步骤的结果代入式（A）得： 由于压力比较低， H1R0 （c）Hig HCdTT1igT2igp5782732.40.35TdT 44.69103Jmol-1R（d）H2为478K、38.910Pa的剩余焓 5HHmvHH1RHigH2R21.2244.691.09.82Jmol-1 2. （本题 10 分） 苯（1）和环己烷（2）在303 K，0.1013 MPa下形成x1 = 0.7的溶液。已知此条件下V1=.96 cm3/mol，V2=109.4 cm3/mol，在该条件下两种物质的偏摩尔体积分别为V1=90.20 cm/mol V2=110.69 cm3/mol，求混合溶液体积V和超额体积VE分别是多由B(0)0.0830.422Tr1.6，得：dB0.6752.6 dTrTr(1)(0)由B(1)0.1390.172dB0.722，得： dTrTr4.2Tr5.23少 cm3/mol？ 解： 混合后溶液的体积为： T5781.3775 Tc=419.6K，则，TrTc419.6VxV11x2V2 代入已知条件得： pc=4.02MPa，则，prp38.90.9677 pc40.2VxV11x2V20.790.210.7110.69 96.347cm3/molB(0)0.4220.0831.60.1698 Tr天津大学试卷专用纸

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根据超额性质的定义： （5）制冷系数 VEVxV11x2V2 代入已知条件及计算结果得： H1H42744.73 H2H1393334T 2 3 3' VEVxV11x2V296.3470.7.960.3109.4 0.555cm3/mol3. （本题12分） 有一氨蒸汽压缩制冷机组，制冷能力为4.0×104 kJ·h-1，在下列条件下工作：蒸发温度为-25℃，进入压缩机的是干饱和蒸汽，冷凝温度为20℃，冷凝过冷5℃。试求： （1）单位质量制冷剂的制冷量； （2）每小时制冷剂循环量； （3）冷凝器中制冷剂放出热量； （4）压缩机的理率； （5）理论制冷系数。 解：由氨的TS图查得t025℃时饱和蒸汽的H1334kcalkg1,由该状态点沿等熵线向上，由温度t20℃的条件，确定H2393kcalkg1。假设压力对液体的焓值几乎没有影响，从状态3沿着饱和液体线向下过冷5℃，找到3，H360kcalkg1。节流前后焓值不变，H4H360kcalkg1。 （1）制冷能力q0H1H433460274 kcalkg1 （2）制冷剂循环量G20 0C 15 0C -250C 4 1 S 4. （本题13分） 某烃类系统，.汽液两相均可视为理想混合物。液相组成为：x10.02，x20.60，x30.35，x40.03。在1.5 MPa下，该混合物泡点温度为311 K，此时，平衡常数SK12.63，K21.03。求该条件下的平衡汽相组成。已知：在311 K下，p31.302 MPa，组元3的第二virial系数B33.877104 m3·mol-1。 解：y1K1x10.0526， y2K2x20.618 B3p3.8771041.5106ln30.2249 RT8.314311SB3p33.8771041.302106ln0.1952 RT8.314311S3Q04000034.9 kgh1 q02744.18（3）冷凝过程放出的热量Q2H4H260393333 kcalkg1 （4）压缩机的功率 NTGWS34.9(H2H1) 则：30.7986，3S0.8226 34.9(393334)4.183600 2.39kWˆV0.7986 因为汽相是理想混合物，符合Lewis-Randall规则，即33天津大学试卷专用纸

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VilppiS液相可视为理想混合物，则i1；压力远离临界区，则：exp1 RT ˆVpSSx 汽液平衡基本表达式化简为：py33333SSp33x31.3021060.82260.35于是：y30.313 6Vˆ1.5100.7986p3 y41y1y2y30.0165