化工热力学的应用

有 Py1=P1S ①
Py2=P2S ②
由① 得 y1= P1S x1 ／ P ③
①+② 得 P ＝ P1S x1 + P2Sx2 代入③ 得：
y1 =
PSx 11
PSx +P Sx
11
22
=
1+
1
P2S
1－x 1
P1S
x 1
当 x1=7.21% 时，有
y1 =
1+
329 725
1 1－7. 21%
o
实验装置如下：
CH 2OH
问题 5 ．草酸结晶问题
生产中存在的问题： (1) 结晶很细，固液分离困难； (2) 整釜结晶成玻璃状，无法取出。
为什么出现此现象？如何解决？
问题 6 ．我国利用新能源“干空气能”获重 要突破
干燥的空气也是一种能源，可用于空调制冷：由 清华大学和新疆一公司联合研发的“干空气能间接蒸 发冷水机”，日前在乌鲁木齐通过建设部研究开发成 果验收。（摘自 2007 年 7 月 27 日的《科技文摘 报》）
问题 8 ．使用 Van Laar 方程作出乙醇 (1) －水 (2) 溶液在 760mmHg 总压下的 y － x 曲线
(1) 当作理想溶液处理 (2) 根据下述恒沸物的组成和温度来计算：乙醇浓度
(mol%)=89.43, 温度 T=78.15℃ 乙醇在 78.15℃ 时的蒸气压 P1S ＝ 755mmHg 水 在 78.15℃ 时的蒸气压 P2S ＝ 329mmHg
1.634 1.634
x1 )2
=
1.634 (1+1.703 x1 )2
0.9595 x2
x2
ln g 2 =
(1+
0.9595 0.9595 x
2
)2
=
0.9595 (1+0.5872 x2
)2
1.634 x
x
1
1
当
x1
＝
0.0721
时，有：ln g1=
(1+
1.634 1.634
x 1
)2
=
1.634 (1+1.703 0.0721
￬ )2
g 1 =3.523
0.9595 x
1－0.0721
2
同理：g 2 =1.013
代回低压汽液平衡方程有：y1=
1
+
1 1－x1
x1
g2 g1
P2S P1S
=
1+
1 1－0.0721
0.0721
1.013 3.523
329 755
=0.3828
相对误差： (0.3891 － 0.3828) ／ (0.3891) ＝ 1.619%
7.21%
=0.1513
相对误差： (0.3891 － 0.1513) ／ 0.3891×100% ＝ 61.12%
(2) 根据恒沸点数据计算：
根据低气压汽液平衡方程有
pyi=PiSg ixi
由上式得：
g
1=
Py 1
PSx
=
P PS
=
760 755
=1.007
1
1
1
g
2=
Py 2
P Sx
=
P PS
=
760 329
=2.310
2
2
2
由 Van Laar
方程有：
A= ln g1
Hale Waihona Puke Baidu
� � �1+
x 2
x 1
ln g 2 ln g 1
� �2 =1.634 �
B=
ln
g2
� � �1+
x 1
x 2
ln ln
g1 g2
� � �2 =0.9595
代回 Van Laar 方程 , 得 :
ln g 1=
(1+
问题 7 ． 2007 年 10 月 10 日《 Nature 》一 篇研究论文认为：全球变暖提高空气湿度
英国科学家在该论文中写到， 1976 年至 2004 年间， 地球表面平均温度升高了 0.49 摄氏度，大气水蒸气浓度升高 了 2.2 ％。此前，科学家已经注意到，随着气温的升高，陆地 和海洋表面蒸发的水分增多，从而导致空气湿度在过去几十年 间有所提高。论文采用了一套新的湿度观察数据。该数据是在 20 世纪末通过“地球气候系统”这一强大的计算机模拟计算 得出的。（摘自 2007 年 10 月 12 日的《参考消息》）
化工热力学的应用
热力学的内容：
应用：
运用热力学基本原理解决化工生产过程 和科研的理论指导和思维方法
问题 1. 松脂蒸馏问题
蒸馏
松 脂
￬ 松节油（ 130℃-240℃ 馏分） ￬ ￬ 松香
松脂经水蒸汽蒸馏分离得到松香和松节 油
松香
松节油
松脂间歇蒸馏工艺流程如下：
传统水蒸汽蒸馏工艺的缺点：
（ 1 ）能耗高（活气发生两次相变） （ 2 ）松香产品夹带水份 （ 3 ）工艺流程长
有何办法克服上述缺点？
CO2 或 N2 循环活气法蒸馏松脂工艺流程如下 :
该工艺优点 :
（ 1 ）能耗减少二分之一至三分之二。 （ 2 ）松香松节油产品不夹带水份。 （ 3 ）减少油水分离器和盐滤槽。 （ 4 ）是一种清洁生产过程。
CO2或 N2循 环 活 气 法 蒸 馏 松 脂 的 研 究
2004 年
计算结果与下述实验数据比较：
温度℃
100 89.0 85.3 81.5 79.7 78.4 78.15
乙醇 液相 x1%
0 7.21 12.38 32.73 51.98 74.22 89.43
汽相 y1% 0
38.91 47.04 58.26 65.99 78.15 89.43
解：
（ 1 ）若当作理想溶液处理，
解决问题方法：
为减少阻力降，把金属盘管换热器更换为玻 璃换热器，工艺流程如下：
问题 3. 醋酸蒸发问题。
醋酸乙烯的合C成H ￬ CH + HAc ￬ ￬￬ CH2 = CHAc
原工艺流程为：
技改后工艺流程为 ：
问题 4 ．糠醛蒸发问题（科研）
糠醛气相(加g) 氢反应
o
CHO
+ H2
Cr-Cu 180 0C
问题 9. 偏摩尔量
1 定定 对任一容量性质 B ，相应偏摩尔量的定义为：
Bi
= � � �￬￬nBi
� � �T ,P,n j ( i￬ j )
定 9-1 定
2 集合性（由偏摩尔量求总体量）
￬ 定
B = ni Bi
i
或
￬ Bm = xi Bi i
（ 9-2 ） （ 9-3 ） 定定定定 9-1 定定定
问题 2. 醋酸精馏塔的腐蚀 问题
存在问题：
由于塔顶冷凝冷却器换热面积不够，加接 一个盘管换热器，此时出现下列问题：
（ 1 ）三个月后，精馏塔塔盘出现严重腐 蚀，漏液；
（ 2 ）精馏塔经常液泛。
原因：
由于加接盘管换热器，阻力降加大，导致精馏 塔操作压力上升。在泡露点计算中，我们知道，当 压力 ，则温度 ，从而使金属腐蚀速率 。
3 偏摩尔量的求法
B = nBm
( ) Bi
= ���￬￬nBi
� � �T ,P,nj
=
�￬ ��
nBm ￬ni