天津大学化工热力学试卷二

20 ～20 学年第 学期期末考试试卷

学院 化工学院 专业 化学工程与工艺 班

一、判断题：试判断对错，并写出原因或相应的公式（2分×5＝10分）

1． 熵增原理的表达式为：0≥∆S （ ）

2．二阶舍项维里方程可用于计算纯物质的逸度系数（ ）

3． RK 方程中，常数b a ,的混合规则分别为

∑∑==i

i

i M i

i

i M b y b a y a （ ）

4．无论以Henry 定律为基准，还是以Lewis-Randall 规则为基准定义活度，活度和逸度的值不变。（ ） 5．烃类物系汽液平衡计算可以使用K 值法。 （ ） 二、简答题 （5分×7＝35分）

1． 写出稳定流动系统热力学第一定律的一般形式，并对流体流经泵和流经换热器的系统进行适当的简化。 2． 写出水在一定温度下的饱和蒸气压的获得方法。

3．有人提出用下列方程组来表示恒温、恒压下简单二元体系的偏摩尔体积

22

22221111)()(bx

x a b a V V bx x a b a V V --+=---+=-

式中：V 1和V 2是纯组分的摩尔体积，a 、 b 只是T 、P 的函数。试从热力学的角度分析这些方程是否合理 4． 写出局部组成的概念，并说明Wilson 方程和NRTL 方程的适用条件。 5． 请写出中低压下汽液相平衡的关系式。（其中：液相用活度系数表示，以 Lewis-Randall 规则为基准；汽相用逸

度系数表示）。

6． 说明基团贡献法的出发点、优点及局限性 7． 简述估算沸点下蒸发焓的方法 三、计算题（共55分）

1． （1）已知某饱和液体在273K 时，H m =0, S m =0，饱和蒸气压为1.27×105Pa ，若求478K ，68.9×105Pa 时该物质

蒸汽的H m 和S m ，请设计出计算路径，并画出图。 （2）请写出各步骤的焓和熵的计算公式。已知：该物质的饱和蒸气压方程为：T

B

A P s

-

=ln ，状态方程为:Cp RT pV m +=, 理想气体热容为：ET D C id

m p +=,，式中各物理量均为国际单位制标准单位，A 、B 、C 、D 、

E 为常数。

2． 某二元溶液，Lewis-Randall 规则标准态的超额Gibbs 自由能可由下式给出：21/x x RT G E

β= 式中：β为常数，两纯组元逸度分别为

*1f 和*2f ，单位为Pa, 1:-⋅mol J G E , T ：K, 求：

（1） 以Lewis-Randall 规则为标准态的活度系数1γ与2γ的表达式。 （2） 以Henry 定律为标准态的活度系数'1γ与'

2γ的表达式。

3．低压下丙酮（1）—乙腈（2）二元体系的汽液平衡中，汽液两相假定均可视为理想体系，查得丙酮、乙腈的饱和蒸气压方程如下：

15.4947

.29452874.16]502.7ln[93.3546

.29406513.16]502.7ln[21--

=--

=T p T p s s ,1s p s p 2

的单位为KPa ， T 的单位为K 。试求：

（1） 当p 为85KPa, t 为55︒C ，该体系的汽液平衡组成y 1, x 1

（2） 溶液中总组成为z 1=0.8，当p 为85KPa, t 为55︒C ，该体系的液相分率以及汽液相组成y 1, x 1 （3） 当t 为55︒C ，汽相组成y 1=0.5时相平衡压力与液相组成x 1 （4）

当t 为55︒C ，液相组成x 1=0.35时的相平衡压力与汽相组成y 1

4．某蒸汽压缩制冷装置，采用氨作制冷剂，制冷能力为105kJ/h ，蒸发温度为－15℃，冷凝温度为30℃，设压缩机作可逆绝热压缩，试求：

（1）压缩单位制冷剂所消耗的功。（2）制冷剂每小时的循环量。（3）该制冷装置所提供的单位制冷量。 （4）循环的制冷系数。

5．写出已知压力（p ）和液相组成（n x x x ,,,21Λ），求泡点温度（T ）及与之相平衡的汽相组成（n y y y ,,,21Λ）的计算过程（可以写计算框图，也可以叙述计算过程）。 答案：

判断题：试判断对错，并写出原因或相应的公式（3分×5＝15分）

3． 熵增原理的表达式为：0≥∆S （ × ） 熵增原理的表达式应该为：0≥∆隔离系统S 或者写为：0环境系统≥∆∆S S ＋，（其中等号在可逆条件下成立） 2．二阶舍项维里方程可用于计算纯物质的逸度系数（√）

二阶舍项维里方程可以适用于压力不高的气体的pVT 关系计算，由于逸度系数的计算需要使用相应条件下的状

态方程，因此二阶舍项维里方程可以用于压力不高（小于1.5MPa ）情况下的纯物质逸度系数的计算。

8． RK 方程中，常数b a ,的混合规则分别为

∑∑==i

i

i M i

i

i M b y b a y a （ × ）

习惯上，用于RK 方程中常数b a ,的混合规则分别为

∑∑∑==i

i

i M i

ij

j i j

M b y b a y y a

4．无论以Henry 定律为基准，还是以Lewis-Randall 规则为基准定义活度，活度和逸度的值不变。（×）

以Henry 定律为基准和以Lewis-Randall 规则为基准定义的活度选用的逸度标准态不同，因此相应的活度和活度系数值会发生相应的变化，但是逸度值不变。

5．烃类物系汽液平衡计算可以使用K 值法。 （ ）

烃类物系可以近似为理想混合物，因此其相平衡常数i

s

i s i i i i p p x y K φφ=

=，式中的变量均只为温度T 、压力p 的函数，与汽相组成和液相组成均无关，可以使用P －T －K 图进行计算，简称K 值法。

四、简答题 （5分×5＝25分）

1． 写出稳定流动系统热力学第一定律的一般形式，并对流体流经泵和流经换热器的系统进行适当的简化。 答：稳定流动系统的热力学第一定律表达式为：s W Q z g u H +=∆+∆+

∆2

2

1 (1) 流体流经换热器传质设备

W s =0；另外，考虑动能项和势能项与焓变之间的数量级差别，动能项和势能项可以忽略，即02

12

≈∆u ，0≈∆z g ；因此，稳流系统热力学第一定律可化简为：Q H =∆

(2) 流体流经泵、压缩机、透平等设备

在数量级的角度上，动能项和势能项不能与焓变相比较，可以忽略，即

02

12

≈∆u ，0≈∆z g ；即：s W Q H +=∆