化工热力学样题资料.docx

1、化工热力学样题资料简答题1. 当压力趋近于零时，实际气体趋近于理想气体，根据剩余性质的定义，能否说其剩余体积趋近于零？不能。VR=(Z-1)RT/p, Z为T,p的函数，在等温下对p0展开得到维里方程：Z=1+(B/RT)*p+(C-B2)/(RT) 2*p2+o(p3)因此当p0时，(Z-1)/pB/RT, VRB2. 理想气体分别经等温可逆压缩和绝热可逆压缩后，何者焓值为高？试在压焓图上标示。等熵。在气相区压焓图上的斜率：等温线为负值而等熵线为正值。，对理想气体T=1，压焓图上等温线为竖直线。3. 某二元体系A+B，以Lewis-Randall规则为基准定义活度，若活度系数一为正偏差（A1

2、），一为负偏差（B|lnr|当A为正时，出现最高共沸压力；反之A为负时，出现最低共沸压力。备注：根据稳定性条件可进一步导出，若A2，液相也会出现分层（LLE）3. 某二元体系混合物的逸度可以表示为：ln(f/po)=A+Bx1-Cx12，A,B,C均为T,p的函数。试确定其活度系数的表达式：1) 以Lewis-Randall规则定义标准态时； 2) 组分1以亨利定律，组份2以Lewis-Randall规则定义标准态时；提示：混合物的逸度可定义为：G(T,p,x)=GIG(T,p,x)+RTln(f/po)，其中po为标准压力求活度系数关键在导出过量Gibbs自由能(GE) 的表达式，其定义为真

3、实体系与理想混合(id)自由能之差，所谓理想混合指的是其自由能可由标准态按浓度加权得到：Gid=xiGi，（上标为某指定的标准态）则GE=G-xiGi由于标准态可以人为指定，有时容易引起混淆。1) 采用Lewis-Randall规则，即标准态为各自的纯态：G1 = GIG(T,p,x)+RTln(f(x11)/po), ln(f(x11)/po),=A+B-CG2 = GIG(T,p,x)+RTln(f(x10)/po), ln(f(x10)/po)=A易得：GE/RT= A+Bx1-Cx12-x1(A+B-C)-Ax2=Cx1x2上式即为对称Margules模型，求得活度系数：ln1=Cx2

4、2, ln2=Cx12 2) 基于亨利定律定义组分1的标准态为一假想纯态，其逸度值即为其亨利常数: 为组分1的逸度，逸度系数可由剩余Gibbs自由能(GR)求导得到：GR=G(T,p,x)- GIG(T,p,x)= RTln(f/p)=RT(ln(f/po)-ln(p/po)nGR/RT=nA+Bn1-Cn12/n-nln(p/po)求得： 类似1)，得到标准态Gibbs自由能的表达式：G1 = GIG(T,p,x)+RTln(k1/po), ln(k1/ po)=A+BG2 = GIG(T,p,x)+RTln(f(x10)/po), ln(f(x10)/po)=A得：GE/RT= A+Bx1

5、-Cx12-x1(A+B)-Ax2=-Cx12则ln1* = Cx1(x1-2)=C(x22-1)而ln2 = Cx12，与1)中相同。备注：以上利用定义直接求解，亦可利用关系1*=1/1求解2)4. 甲烷流经下图系统中所示的各设备实现液化。试：假设各设备保温良好。写出描述该系统的具体能量平衡方程。假定压缩机中的过程为可逆绝热过程，且状态5处于汽液两相区。在T-S图上绘制23456的过程线，并标出2、3、4、5、6、7和8各状态点在图中的位置。以整个系统作为研究对象(控制体积如图所示)，根据题意可忽略动能/位能以及各设备热损失，故仅冷却器有热量输出，仅压缩机有功输入，则其能量平衡方程为： m1

6、H1-m7H7+Ws+Q=0 (kJ/hr)由质量平衡知m1=m7，则上式也可写成： H1-H7+ws+q=0 (kJ/kg)式中的ws和q 代表液化单位质量的气体所需的功和热。注意对于该系统ws为正值(压缩提供功)而q 为负值(冷却移出热)，据此写出其绝对值形式： H1-H7=q-ws此式不包含单次循环的液化率(x=m7/m4)等信息，因此若要完整分析液化过程，还需要写出各子系统的平衡方程加以分析。熵平衡方程为： S1-S7+34 dq/T+i(Sgen,i)=0其中Sgen,i为第i个设备的熵产生，其值为正，可度量该设备中过程的不可逆程度。因为q为负值，由上式可见冷却器散热温度越低，其熵产生越大。由上述二式也可得到平衡方程： 1-7+ws+34 (1-T0/T)dq-iIi=0其中Ii=T0Sgen,i 为第i个设备的内部损失。1-7=H1-H7-T0(S1-S7)为负值，即液化为增过程，该部分增通过压缩功(ws)和移除热(q0)两种方式组合提供。