第四章 化工热力学作业
化工热力学 第四章Gibbs-Duhem方程和混合变量 课件
H 1 H 2 H 三者之间还满足式(4-41)--式(4-42)
(4-41a) (4-41b)
(4-42)
N M M dM dT dp M i dxi T P , x P T , x i 1
(4-26)
nM f (T , P, n1 , n2 )
微分此式:
d (nM ) [ (nM ) (nM ) (nM ) ] P,n dT [ ]T ,n dP [ ]T , P ,n j 1 dn1 T P n1
混合变量
混合变量定义:
在恒温、恒压条件下,由各纯组分混合形成 1mol溶液时热力学性质的变化,即:
M M xi M i
i 1
n
(4-32)
式中,M可代表V,H,U,S,G,A等。将式(4-20)代入到 式(4-32)中,变为:
M M xi M i xi M i xi M i xi (M i M i )
( n M ) M1 n1 T , p , n2 ( n M ) M 2 n2 T , p , n1 d M M 1 M x2 dx2 M 2 M x1 d M dx1
(4-34a) (4-34b)
H x1 H 1 x2 H 2
(4-40)
化工热力学Ⅱ(高等化工热力学)——第四章 混合物的逸度.
由热力学函数:dGi=-Sdi T+Vi dP= VidP
(恒T)
(2)
由式(1) (2) 联立,得 d lnˆi
积分得:lnˆi
p 0
(
Zi
-1)
dP P
Vi dP d ln P RT
(恒温恒组成)
(4-1)
或
ln ˆi =
1 RT
p
0
(Vi-RPT)dP
4.1.2 以 V, T为独立变量
RT
Bii
2
KK
y i
y
k
(2
ji
2 jk )
j1 k 1
式中: δji=2Bji-Bjj-Bii δjk=2Bjk-Bjj-Bkk
(4-8)
(2) 第三维里系数
Hale Waihona Puke Baidu根据Z=PVm/RT=1+B/Vm+C/Vm2 可导出
lnˆ= 2
V i m
k
31
yB +
2 V j ij
2
j1
m
KK
y
j
y
k
C ij
k-lnZ
j1 k1
4.3 缔合组分的逸度
(4-9)
范德华力(物理) 分子间力
化工热力学__第四章___热力学第一定律及其应用
喷嘴 扩压管
透平机
混合装置
节流阀
压缩机
换热装置
化工热力学 第四章 热力学第一定律及其应用
二、稳流过程能量平衡方程式的简化形式及其应用
1、机械能平衡方程式(柏努力方程): 流体:不可压缩、无粘性理想流体,无热、无轴功的交换
q 0 ws 0
U 0
化工热力学 第四章 热力学第一定律及其应用
即
H
R 2
0
,由上式可给出
T2
H1R Cpmh
T1
(A)
查附表1,得丙烷 TC 369 .8K, PC 4.25MPa, 0.152 ,
由此求出
初态
Tr1
Байду номын сангаас
400 369.8
1.0817
Pr1
2.0 4.25
0.4706
化工热力学 第四章 热力学第一定律及其应用
根据 Tr1 、Pr1 之值按图2—10判断拟用普遍化第二维里系数
CP* / R 1.213 28.785 10 3T 8.824 10 6T 2
化工热力学 第四章 热力学第一定律及其应用
现在假设式A中的 Cpmh值等于初温400K下的 Cp之值。 将T=400K,R 8.314J mol1 K 1 代入上式,则有:
马沛生 主编 化工热力学 第四章习题解答
习题四
一、是否题
M M.
4—1 对于理想溶液的某一容量性质M,则 i i
解:否
4—2 在常温、常压下,将10cm3的液体水与20 cm3的液体甲醇混合后,其总体积为30 cm3。
解:否
4-3温度和压力相同的两种纯物质混合成理想溶液,则混合过程的温度、压力、焓、Gibbs自由能的值不变。
解:否
4-4对于二元混合物系统,当在某浓度范围内组分2符合Henry规则,则在相同的浓度范围内组分1符合Lewis-Randall规则.
解:是
4-5在一定温度和压力下的理想溶液的组分逸度与其摩尔分数成正比.
解:是
4-6理想气体混合物就是一种理想溶液.
解:是
4-7对于理想溶液,所有的混合过程性质变化均为零。
解:否
4-8对于理想溶液所有的超额性质均为零。
解:否
4-9 理想溶液中所有组分的活度系数为零。 解:否
4—10 系统混合过程的性质变化与该系统相应的超额性质是相同的. 解:否
4—11理想溶液在全浓度范围内,每个组分均遵守Lewis-Randall 定则. 解:否
4—12 对理想溶液具有负偏差的系统中,各组分活度系数i γ均 大于1。 解:否
4-13 Wilson 方程是工程设计中应用最广泛的描述活度系数的方程。但它不适用于液液部分互溶系统。 解:是
二、计算题
4-14 在一定T 、p 下,二元混合物的焓为 2121x cx bx ax H ++= 其中,a =15000,b =20000,c = — 20000 单位均为-1J mol ⋅,求 (1) 组分1与组分2在纯态时的焓值1H 、2H ;
(2) 组分1与组分2在溶液中的偏摩尔焓1H 、2H 和无限稀释时的偏摩尔焓1∞H 、
化工热力学第四章3
例 4—3
300℃、4.5 MPa乙烯气流在透平机中绝热膨胀到
0.2MPa。试求绝热、可逆膨胀(即等熵膨胀)过程产出的轴功。
(a)用理想气体方程;(b)用普遍化关联法,计算乙烯的热 力学性质。
[解]
该过程乙烯的焓变和熵变可用式(3—48)和式 (3—49)进行计算
化工热力学 第四章
*
热力学第一定律及其应用 第三节
2
gz q ws
Δh=0
否
通常可以忽略 否
动能是否变化?
否
化工热力学 第四章 例 4—2
热力学第一定律及其应用 第三节
丙烷气体在2MPa、400K时稳流经过某节流装置后
减压至0.1MPa。试求丙烷节流后的温度与节流过程的熵变。 [解] 对于等焓过程,式(3—48)可写成
H C P T 2 T1 H 2 H 1
化工热力学 第四章
A 1 . 424
热力学第一定律及其应用 第三节
3
B 14 . 394 10
C 4 . 392 10
6
T am
T1 T 2 2
T lm
T 2 T1 ln T 2 T1
上述诸式中,仅 T 2 为未知数。用迭代法由式(A)和式(B)
* 可先求出 T 2 ,先假定一初值 T 2 ,用式(B)求出 C pms R ,然后
化工热力学标准答案
化工热力学第二章作业解答
2.1试用下述三种方法计算673K ,4.053MPa 下甲烷气体的摩尔体积,(1)用理想气体方程;(2)用R-K 方程;(3)用普遍化关系式
解 (1)用理想气体方程(2-4)
V =RT P =68.3146734.05310
⨯⨯=1.381×10-3m 3·mol -1 (2)用R-K 方程(2-6)
从附录二查的甲烷的临界参数和偏心因子为
Tc =190.6K ,Pc =4.600Mpa ,ω=0.008
将Tc ,Pc 值代入式(2-7a )式(2-7b )
2 2.50.42748c c
R T a p ==2 2.5
60.42748(8.314)(190.6)4.610⨯⨯⨯=3.224Pa ·m 6·K 0.5·mol -2 0.0867c c
RT b p ==60.08678.314190.64.610⨯⨯⨯=2.987×10-5 m 3·mol -1 将有关的已知值代入式(2-6)
4.053×106= 58.3146732.98710V -⨯-⨯-0.553.224(673)( 2.98710)
V V -+⨯ 迭代解得
V =1.390×10-3 m 3·mol -1
(注:用式2-22和式2-25迭代得Z 然后用PV=ZRT 求V 也可)
(3)用普遍化关系式
673 3.53190.6r T T Tc === 664.053100.8814.610
r P P Pc ⨯===⨯ 因为该状态点落在图2-9曲线上方,故采用普遍化第二维里系数法。
由式(2-44a )、式(2-44b )求出B 0和B 1
作业解答化工热力学第四章化工过程的能量分析2019
• 4-4 试求:(1) 流动过程; (2) 非流动过程中温度 为813K、压力为4.052MPa的1kmol 氮气变至 373K、1.013MPa可能做的理想功为多少?取环 境温度为T0=293K, p0=0.1013MPa, 氮气的等压 热容为:
知空气的恒压平均热容为1.005kJ/(kg•K)
• 解:以1kg空气为计算基准。
• 当热交换器水平安放时:Z1=Z2,gΔZ=0,又对于热交换器,无轴 功交换WS=0.因而,此时稳流体系的总能量平衡式可简化为:
H 1 u2 0 2
联合应用连续性方程式和理想气体状态方程式来求出口截面的流
4-2 某厂用功率为2.4kW的泵将95℃水从贮水罐压到换热器,水流量为 3.2kg·s-1。在换热器中以720 kJ·s-1的速率将水冷却,冷却后水送入比第一 贮水罐高30m的第二贮水罐,求送入第二贮水罐的水温。(已知水的恒压 热容为Cp=4.187 J·kg-1·K-1)
• 解:以1kg的水为计算基准
• 输入的功
Ws
=
-
2. 4 1000 3.2
-750J
kg-1
=
-0.750kJ
kg-1
• 放出的热量
Q = - 720 = -225J kg-1 3.2
中国石油大学远程教育化工热力学作业答案
化学热力学高升专答案第一次作业第 1 题水处于饱和蒸气状态,其自由度为
您的答案:
A
题目分数:
0.5
此题得分:
0.5
批注:
第 2 题如要查询水的饱和蒸气热力学性质表,则需要个独立状态参数的已知条件。
您的答案:
A
题目分数:
0.5
此题得分:
0.5
批注:
第3题
经历一个不可逆循环过程,体系工质的熵C
您的答案:
题目分数:
0.5
此题得分:
0.5
批注:
第4题范德华方程与R- K方程均是常见的立方型方程,对于摩尔体积V 存在三个实根或者一个实根,当存在三个实根时,最大的V值是
您的答案:
B
题目分数:
0.5
此题得分:
0.5
批注:
第5题
可以通过测量直接得到数值的状态参数是C
您的答案:
题目分数:
0.5
此题得分:
0.5
批注:
第 6 题处于平衡的气体的摩尔体积vg 和液体的摩尔体积vL 的关系为
您的答案:A
题目分数:0.5
批注:
第7 题随着温度的增加,处于平衡的气体的摩尔体积vg和液体的摩尔体积vL的变化规律为
您的答案:
A
题目分数:
0.5
此题得分:
0.5
批注:
第8题您的答案:处于临界点的平衡的气体和液体B
题目分数:
0.5
此题得分:
0.5批注:
第9题您的答案:超临界流体是下列条件下存在的物质A
题目分数:
0.5
此题得分:
0.5
批注:
第10 题对应态原理认为,在相同的对比态下,所有物质表现出相同的性质。即
您的答案:
D
题目分数:
0.5
此题得分:
0.5
批注:
第11 题关于建立状态方程的作用,以下叙述不正确
的是
您的答案:C
题目分数:
0.5
此题得分:
0.5
批注:
第12 题纯流体在一定温度下,如压力低于该温度下的饱和蒸汽压,则此物质的状态为
化工热力学讲义-7-第四章-流体混合物的热力学性质——【化工热力学】
活度系数:为活度与摩尔分数之比,以γ表示。
即:
i
ˆi
xi
则:
ห้องสมุดไป่ตู้
i
fˆi fi0 xi
fˆi fˆiid
上式表明:活度系数等于该组分在溶液中的真实逸度与在理想溶液中的逸 度之比。
例:39℃、2MPa下二元溶液中组分1的逸度为:
fˆ1 6x1 9x12 4x13
式中x1是组分1的摩尔分数;
fˆ1 的单位为MPa。
②该标准态根据Henry定律提出,用 fi0 HL 表示溶液在T、p下纯i组分
的假想状态的逸度,如上图所示, fi0 HL
lim xi0
fˆi xi
fi0
HL
符合下列数学条件:
lim 更普遍化的可以写成:
xi 0
fˆi xi
ki
即在 xi 0 的极限情况下 fˆi xi ki ,ki称为Henry常数。
总结:对于理想溶液,逸度有两种表示形式:
fˆiid LR xi fi fˆiid HL xiki
fi0 LR 和 fi0 HL 之间的区别:
fi0 LR
代表纯组分i的逸度,是纯i在给定T和p时的物质实际状态,其值只与i组分的 性质有关。
当组分都是液态时,溶质和溶剂通常都采用Lewis-Randall定则为基础的标准态 。
试求在上述温度和压力下 ①纯组分1的逸度与逸度系数; ②组分1的亨利系数k1; ③活度系数γ1与x1的关系式(组分1的标准态是以Lewis-Randall定则 为基准)。
化工热力学教案
化工热力学教案
一、教学目标:
1.了解热力学的基本概念和基本定律;
2.掌握热力学的基本计算方法;
3.能够运用热力学知识解决工程问题;
4.培养学生的热力学分析和解决问题的能力。
二、教学重点:
1.热力学基本概念的理解;
2.热力学基本定律的掌握;
3.热力学计算方法的熟练运用。
三、教学难点:
1.热力学的基本定律的理解和掌握;
2.热力学计算方法的运用能力培养。
四、教学内容:
第一章热力学基本概念
1.1热力学的发展与应用
1.2热力学的基本概念
1.3系统与界面
1.4热平衡与热力学状态
1.5热力学性质和过程
第二章热力学基本定律
2.1能量守恒定律
2.2熵增大定律
2.3焓守恒定律
2.4物质守恒定律
第三章理想气体
3.1理想气体的基本特性
3.2理想气体状态方程
3.3理想气体定容热容和定压热容3.4理想气体的热力学过程
第四章热力学循环
4.1热力学循环的基本概念
4.2卡诺循环
4.3蒸汽动力循环
第五章绝热过程与绝热流体
5.1绝热过程的特点
5.2绝热过程的计算方法
5.3绝热流体的特性
五、教学方法:
1.讲授:通过教师的讲解,向学生传达热力学的基本概念、基本定律和计算方法;
2.讨论:引导学生积极参与课堂讨论,进一步加深对热力学的理解;
3.实验:组织学生参与相关实验,提高实践能力和动手能力;
4.作业:布置课后作业,巩固和扩展学生的知识。
六、教学评价:
1.平时表现:包括参与讨论、实验操作和作业情况;
2.期中考试:对学生对热力学基本概念、基本定律和计算方法的掌握情况进行考核;
3.期末考试:对学生全面的热力学知识进行考核。
七、教学资源:
化工热力学-第四章
线上指定浓度处作切线,则此切线截两纵轴
的截距分别代表两组分的偏摩尔性质.
要点
①由实验数据作恒温、 恒 压 下 的 M-x 曲 线 (实验,查文献) ②做所求浓度下的切 线 H K A F 0 x2 B α
M
E J C G 1
③切线两端的截距为
Mi
纵轴高度
Fk M1
GE M 2
证明:由图可知
M 1dn1 M 2 dn2 M i dni
nM ni M i
(4-11)
两边同除以n,得到另一种形式:
M ( xi M i )
(4-12)
结论:① 对于纯组分
xi=1,
M1 M
② 对于溶液
Mi Mi
3.偏摩尔性质间的关系
Hi Ui PVi Ai Ui T Si Gi Hi T Si
GE GJ JE
(浓度为x2时溶液的摩尔性质)
GJ M
dM dM M JE BJ tg (1 x2 ) x1 x1 ( )T , P dx2 dx1 x1
∴
GE M x1 ( M )T ,P x1
(A)
如果能证得:
M dM M 2 M x1 ( )T ,P M x1 x1 dx1
M i =f(T,P,xi)
化工热力学第四章答案
h q 117.0kJ kg-1 2108.3J mol-1
由式(3-48)
H
C
* pmh
(T2
T1)
H
R 2
H1R
(E1)
应用普遍化第二维里系数法求
H1R
、
H
R 2
。
查附表 1 得有关水的临界参数, Tc =647.3K, pc =22.05MPa, =0.344,则
【解】 稳流过程示意图如图 E1 所示。根据式(4-17),
h
gz
1 u 2 2
q
ws
(E1)
忽略动能的影响,则
1 u 2 2
0 ;当
p1=1atm,t1=4.5℃,查水蒸气表得
h1=18.91
kJ·kg-1;
p2=1atm,t2=7.2℃,查水蒸气表得 h2=30.23kJ·kg-1;且由题设知,
36.286J mol-1
K-1 。再令
H
R 2
0 ,代入式(E1)得
-2108.3=36.286 (T2-593.15)+0+622.6
kg-1(1atm,100℃),忽略温度对 Cp 的影响,求出过热水的焓值 hl' ,
hl' = hl +Cp T =456.17+4.18 7=485.4 kJ·kg-1
(完整版)化工热力学习题集(附答案)
模拟题一
1. T 温度下的纯物质,当压力低于该温度下的饱和蒸汽压时,则气体的状态为( )
A. 饱和蒸汽
B. 超临界流体
C. 过热蒸汽
2. T 温度下的过冷纯液体的压力P ( )
A. >()T P s
B. <()T P s
C. =()T P s
3. T 温度下的过热纯蒸汽的压力P ( )
A. >()T P s
B. <()T P s
C. =()T P s
4. 纯物质的第二virial 系数B ( )
A 仅是T 的函数
B 是T 和P 的函数
C 是T 和V 的函数
D 是任何两强度性质的函数 5. 能表达流体在临界点的P-V 等温线的正确趋势的virial 方程,必须至少用到( )
A. 第三virial 系数
B. 第二virial 系数
C. 无穷项
D. 只需要理想气体方程 6. 液化石油气的主要成分是( )
A. 丙烷、丁烷和少量的戊烷
B. 甲烷、乙烷
C. 正己烷
7. 立方型状态方程计算V 时如果出现三个根,则最大的根表示( )
A. 饱和液摩尔体积
B. 饱和汽摩尔体积
C. 无物理意义
8. 偏心因子的定义式( )
A. 0.7lg()1s r Tr P ω==--
B. 0.8lg()1s r Tr P ω==--
C. 1.0lg()s r Tr P ω==- 9. 设Z 为x ,y 的连续函数,,根据欧拉连锁式,有( )
A. 1x y z Z Z x x y y ⎛⎫⎛⎫∂∂∂⎛⎫=- ⎪ ⎪ ⎪∂∂∂⎝⎭⎝⎭⎝⎭
B. 1y x
Z Z x y x y Z ⎛⎫∂∂∂⎛⎫⎛⎫=- ⎪ ⎪ ⎪∂∂∂⎝⎭⎝⎭⎝⎭ C. 1y x Z Z x y x y Z ⎛⎫∂∂∂⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪ ⎪∂∂∂⎝⎭⎝⎭⎝⎭ D. 1y Z x
化工热力学第四章 溶液的热力学性质
d(nH)=d(nU)+Pd(nV)+(nV)dP
=Td(nS)-Pd(nV)+ i dni+ Pd(nV)+(nV)dP
=Td(nS)+(nV)dP+
dn
i
i
(4-4)
4.1 变组成体系热力学性质间关系式
同理可得到
d(nA)=-(nS)dT- Pd(nV)+∑μ idni d(nU)=-(nS)dT +(nV) dP+∑μ idni
=nU-T(nS) nG = nH- T(nS) =U +P(nV)-T(nS)
nA
4.1 变组成体系热力学性质间关系式 对应微分方程 1mol
dU = TdS- PdV dH = TdS+ VdP dA= -SdT- PdV dG = -SdT + VdP
4.1 变组成体系热力学性质间关系式 对nmol
4.2 偏摩尔性质
证明如下: 以V为代表,当T、P不变时, nV=f(n1,n2,.......nm) 若溶液量增加一倍,则 2nV=f(2n1,2n2,.......2nm) 从数学上看,若y=f(x1,x2,......xm) 当f(tx1, tx2,......txm)=t k f(x1, x2,...... xm) 则称y为k次的齐次函数
4.2 偏摩尔性质
化工热力学混合流体性质习题第四章-流体混合物的热力学性质-习题-解答
第四章 流体混合物的热力学性质
思考题
1) 在化工热力学中引入偏摩尔性质的意义何在?在进行化工计算时,什么情况下不能
使用偏摩尔量?
2) 简述Gibbs-Duhem 方程的用途,说明进行热力学一致性检验的重要性。 3) 简述求混合性质变化的实际用途。
4) 讨论理想气体的混合物和气态理想溶液的区别和联系。 5) 真实气体混合物的非理想性表现在哪几个方面? 6) 说明在化工热力学中引入逸度计算的理由。
7) 解释活度定义中的标准态,为什么要引入不同的标准态?
8) 混合物的逸度和逸度系数与它的组元逸度和逸度系数有什么关系?由这种关系我
们可以得出什么结论?
9) 讨论偏摩尔性质、混合性质变化和超额性质这三个概念在化工热力学中各起的作
用。
10) 试总结和比较各种活度系数方程,并说明其应用情况。
计算题
1. 某酒厂用96%(wt )的食用酒精配酒,酒中的乙醇含量为56%(wt )。现决定用1吨食用
酒精进行配制,问需加多少水才能配成所需的产品?所得酒有多少m 3?已知在25℃和
解:1吨食用酒精中乙醇质量:1*0.96=0.96吨 可配成酒的质量:0.96/0.56=1.714(吨) 所需水的质量:1.714-1=0.714(吨)
酒中水的质量:1-0.96+0.714=0.754(吨) 配成的酒的体积
22H O EtOH H O EtOH
30.9530.754 1.2430.96
0.718562 1.193281.911842(m )
Vt V m V m =⋅+⋅=⨯+⨯=+=
2. 298.15K 下,有若干NaCl(B)溶解于1kg 水(A)中形成的溶液,其总体积为
化工热力学 第四章 热力学第一定律及其应用
化工热力学 第四章
热力学第一定律及其应用
dE 0 dt
Q Ws mi hi m j h j mi gzi m j gz j j j i i 1 1 2 2 mi ui m j u j 2 2 j i
化工热力学 第四章 2、绝热稳定流动方程式
热力学第一定律及其应用
流体:可压缩,与外界无热、无轴功交换.
1 2 h u 0 ——绝热稳定流动方程式 2
⑴、喷管与扩压管 喷管:流体通过时压力沿着流动方向降低,而流速加快的部 件称为喷管。 当出口流速﹤音速时,可用渐缩喷管: 当入口流速﹤音速,当出口流速﹥音速时,用拉法尔喷管 :
显然,近似估算结果,节流过程温度变化较小。 现在,可以用算术平均温度求出较为精确的 C* 值, pmh
Tam
400 385 .2 392 .6 K 2
C* 92.734J mol1 K 1 pmh
化工热力学 第四章
热力学第一定律及其应用
用式A重新计算 T2 ,得:
T2 385.0K
丙烷的熵变可以用式(3—49)求得,由于 S 2 0 ,因而:
不变.
化工热力学 第四章
热力学第一定律及其应用
节流阀
u h gz q ws 2
2
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• 7、 在一定温度和压力下,测得某二元
体系的活度系数方程为: lnγ1=x22(0.5+2x1) lnγ2=x12(1.5-2x1) 试问上述方程式是否满足Gibbs-Duhem 方程?
V2。
• 5、在473K,5MPa下两气体混合物的逸度系
数可用下式表示: lnφ=y1y2(1+y2) 式中y1 ,y2为组分1和2的摩尔分率,试求 f f 及 f 的表达式,并求出当y1 =y2=0.5时, , f 各为多少?
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• 6、 试判断下列说法是否正确? • (1)在恒定T和p下的理想溶液,溶液中组
• 2、在25℃下,0.1013 MPa下,n2 mol的 NaCl(2)溶
于1kg H2O(1)中所形成的溶液的总体积 Vt(cm3)
与n2的关系为:
Vt=1001.38 + 16.6Βιβλιοθήκη Baidu5 n2 + 1.773 n23/2 + 0.1194 n22
试求n2 = 0.5 mol时,H2O 和 NaCl 的偏摩尔体积 V1和
1、某二元液体混合物在固定T 及P下的焓可用 下式表示: H=400 x1+600 x2+x1 x2(40 x1+20 x2) 式中H单位为J/mol。试确定在该温度、压力状 态下: (1)用x1表示的H1和H2; (2)纯组分焓H1和H2的数值; (3)无限稀释下液体的偏摩尔焓H1∞ H2∞ 的 数值。