030112化工热力学 - 19带答案

《化工热力学》课程综合复习资料

一、计算题

1. 乙醇(1)－苯(2)恒沸混合物的组成x 1=0.448，其在常压(101.325kPa)下的沸点为 68.2℃，如果

气相可视为理想气体，液相服从van Laar 方程。并已知纯组分在 68.2℃下的饱和蒸汽压分别为：S p 1= 66.87kPa ，S

p 2= 68.93kPa 。

求：(1) van Laar 方程的常数；(2) 68.2℃时与x 1=0.3成平衡关系的汽相组成y 1。

2. 某炼厂有一台蒸汽透平，已知蒸汽入口的温度为400℃，压力为5.0MPa ，蒸汽排出的压力为1.0 MPa 。该透平每kg 蒸汽在20℃环境中损失热量15.0 kJ ，并且输出的轴功等于绝热可逆热机轴功的85％。试利用水蒸气表计算：此过程的理想功、损耗功和热力学效率。

3. 苯(1)-环己烷(2)恒沸混合物的组成x 1=0.525，其在常压下(101.325 kPa)的沸点为77.4℃，如果气相可视为理想气体，液相服从Van Laar 方程。并已知纯组分在77.4℃下的饱和蒸汽压分别为：

s p 1=93.2 kPa ， s

p 2

=91.6 kPa 。

试求：(1) Van Laar 方程的方程参数。(2) 在77.4℃下与x 1=0.7成平衡的汽相组成y 1 。 4. 某炼厂有一台蒸汽透平，已知水蒸气入口的温度为400℃，压力为1.0MPa ，蒸汽排出的压力为0.1 MPa 。该透平每kg 蒸汽在20℃环境中损失热量22.22kJ ，并且输出的轴功等于绝热可逆热机轴功的85％。

试利用水蒸气表计算：(1) 蒸汽的出口温度；(2)过程的理想功和有效能损失。

5. 已知氯仿(1)和甲醇(2)组成的二元溶液，在50℃时，各组分的无限稀释活度系数分别为

3.21=∞γ，0.72=∞γ，饱和蒸汽压分别为：S p 1= 67.58kPa ，S

p 2

= 17.63kPa 。请问：

(1) 假定该体系服从van Laar 方程，请计算50℃时与x 1=0.3成平衡关系的汽相组成y 1。 (2) 在50℃时由纯组分混合形成1mol 上述溶液的ΔG 值。

6. 设在用烟道气预热空气的预热器中，通过的烟道气和空气的压力均为常压，其流量分别为45000kg.h -1和42000kg.h -1。烟道气进入时的温度为315℃，出口温度为200℃。设在此温度范围内

=

id p C 1.090kJ.kg -1.K -1。空气进口温度为38℃，设在有关温度范围内

=

id p C 1.005kJ.kg -1.K -1。已知大气

温度为25℃，预热器完全保温。

(1) 预热器中不可逆传热的有效能损失；(2) 预热器的有效能利用率。

综合复习资料参考答案

一、计算题

1.解： (1) 由于汽相可以视为理想气体，而液相为非理想溶液 ∴ VLE 时有：

s

i i i i p x p y γ=

对恒沸点有

i

i x y = ∴

s

i i p p /=γ

515.187.66325.10111===

s p p γ

470.193

.68325.10122===

s p p γ

计算Van Laar 方程的方程常数

计算Van Laar 方程的方程常数：x 1=0.448，x 2=0.552

907.1515.1ln 448.0470.1ln 552.01515.1ln ln ln 1ln 2

2

1122112=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+='γγγx x A

355.1470.1ln 552.0515.1ln 448.01470.1ln ln ln 1ln 2

2

2211221=⎪⎭⎫ ⎝⎛⨯⨯+=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+='γγγx x A

(2) x 1=0.3时，两组分的活度系数为

7420

.07.0355.13.0907.11907.11ln 2

2

221112

12

1=⎪

⎭

⎫

⎝⎛⨯⨯+=

⎪

⎪⎭⎫ ⎝

⎛''+'=

x A x A A γ

1918

.03.0907.17.0355.11355.11ln 2

2

11222121

2=⎪⎭

⎫

⎝⎛⨯⨯+=

⎪⎪⎭⎫

⎝

⎛''+'=

x A x A A γ

∴ 100.21=γ 211.12=γ ∵ s p x p y 1111γ= s

p x p y 2

222γ= ∴

s

s p x p x p 2

22111γγ+=

93.68211.17.087.66100.23.0⨯⨯+⨯⨯==100.56 kPa

∴ 汽相组成为：419

.056.10087.66100.230.01111=⨯⨯==p p x y s γ

2. 解：过程示意图如图所示：

以透平及其内容物为体系，即稳流体系 忽略动、位能变化，则能平式：

s

W Q H H +=-12

熵平式：

00

21=++

-g S T Q

S S ∆

透平绝热可逆操作，∴有 S 1= S 2,rev 由400℃,5.0 MPa 可查出 H 1 = 3198.3 kJ/kg ， S 1 = 6.6508 kJ/kg.K 由S 2,rev = S 1 =6.6508 kJ/kg.K ，p 2=1.0 MPa 可查出：

蒸汽出口温度T 2,rev = 192.2℃，以及H 2,rev =2807.4 kJ/kg ∴可逆轴功 W s,rev = H 2,rev －H 1 =2807.4－3198.3=－390.9 kJ/kg ∵透平不绝热也不可逆操作

实际轴功 W s = 0.85 W s,rev = 0.85×(-390.9) =-332.3 kJ/kg 由能平式H 2=H 1+Q +W s =3198.3－15.0－332.3=2851.0 kJ/kg 由p 2和H 2查得，蒸汽出口温度 T 2 = 210℃，及S 2 =6.7427 kJ/kg.K 理想功 W id =ΔH －T 0ΔS=(H 2－H 1)－T 0(S 2－S 1) =(2851.0－3198.3)－(273.15+20)×(6.7427－6.6508) =-374.24 kJ/kg 损失功 W L = W s －W id =－332.3－(－374.24)=41.94 kJ/kg

或W L = T 0ΔS －Q =(273.15+20)×(6.7427－6.6508)+15.0=41.94 kJ/kg

热力学效率

%79.8824

.3743

.332===

id s W W η

3.解： (1) 由于汽相可以视为理想气体，而液相为非理想溶液 ∴ 汽液相平衡关系为：s

i i i i y p x p γ=

对恒沸点有

i i

y x = ∴

/s

i i p p γ=