化工热力学模拟试题(1)及参考答案

第二篇模拟试题与参考答案

化工热力学模拟试题(1)及参考答案

一（共18分） 判断题（每题3分）

1 纯物质的饱和液体的摩尔体积随着温度升高而增大，饱和蒸气的摩尔体积随着温度的升高而减小。

( )

2 若某系统在相同的始态和终态间，分别进行可逆与不可逆过程，则∆S 不可逆>∆S 可逆。

( ) 3 由三种不反应的化学物质组成的三相pVT 系统，达平衡时，仅一个自由度。 ( )

4 热量总是由TdS ⎰给出。

( ) 5 不可逆过程孤立系统的熵是增加的，但过程的有效能是减少的。 ( ) 6 物质的偏心因子ω是由蒸气压定义的，因此ω具有压力的单位。 ( )

二（共16分） 简答题（每小题8分） 1 Virial 方程()2

11''==+++⋅⋅⋅⋅⋅⋅pV Z B p C p RT

()212=

=+++⋅⋅⋅⋅⋅⋅pV B C

Z RT V V

如何证明： B

B RT '= 22

C B C (RT)-'=

2 水蒸气和液态水的混合物在505K 下呈平衡态存在，如果已知该混合物的比容为3-141cm g ⋅，根据蒸气表的数据计算混合物的焓和熵。已知在该温度下的饱和水蒸气性质

为：

三（15分） 用泵以756kg h ⋅的速度把水从45m 深的井底打到离地10m 高的开口储槽中，冬天为了防冻，在运送过程中用一加热器，将-131650kJ h ⋅的热量加到水中，整个系统散热速度为-126375kJ h ⋅，假设井水为2℃，那么水进入水槽时，温度上升还是下降？其值若干？假设动能变化可忽略，泵的功率为2马力，其效率为55％（1马力＝735W ）（视为稳流系统）。 四（20分） 一个Rankine 循环蒸气动力装置的锅炉，供给2000kPa ，400℃的过热蒸气透平，其流量-125200kg h ⋅，乏气在15kPa 压力下排至冷凝器，假定透平是绝热可逆操作的，冷凝器出口为饱和液体，循环水泵将水打回锅炉也是绝热可逆，求：（1）透平所做的功？（2）水泵所做的功？（3）每千克蒸气从锅炉获得的热量？已知2000kPa ，400℃过热蒸气的热力

学性质为：-1H 29452J g .=⋅，-1-1

S 71271J g K .=⋅⋅；15kPa 压力下的乏气热力学性质为：

21kg cm -⋅、27℃压缩到268kg cm -⋅，并经级间冷却到27℃，设压缩实际功率1224kcal kg -⋅，

求级间冷却器应移走的热量，压缩过程的理想功、损耗功与热力学效率，设环境温度为27℃。已知甲烷的焓和熵数据如下：

P /2kg cm -⋅

t /℃ H/1kcal kg -⋅ S/11

kcal kg K --⋅⋅ 1 27 227.8 1.6890 68 27 211.8 1.1273

六（17分）纯液体A 与B 在90℃时蒸气压力为1000S A

P mmHg =，S B P 700mmHg =，液相活度系数2B A ln x γ=，2

A B ln x γ=，气相为理想气体，问：（1）与50％(mol) A 及50％(mol) B 的

液相混合物平衡的蒸气总压为多少？（2）能否生成共沸物？若能，恒沸组成、恒沸压力为多少？恒沸点是最高点还是最低点？

参考答案

一、 (1)T (2)F (3)F (4)F (5)T (6)F 二、 1将 2RT B C

P (1)V V V

=

+++L 代入式（1）得

22222PV B'RT B C RT B C Z=

11+C'1)RT V V V V V V

RT RT

1B'BB'(1C'RT)V V

=+++⋅+++=++++L L L L

（）+（）（+（3）

将式（3）与式（2）比较同类项，得：B=B'RT ；C=BB'1+C'RT （）

即B

B'RT =；2

2

C B C'(RT)

-= 得证 2 查水蒸气表知：505K 下

饱和蒸气性质：V -1V -1-1

V 31H 2804.0 kJ kg S 6.2004 kJ kg K V 0.06923 m kg -⎧=⋅⎪⎪=⋅⋅⎨⎪=⋅⎪⎩；饱和液体性质：L -1

L -1-1L 3-1H 999.54 kJ kg S 2.6283 kJ kg K V 0.0012 m kg ⎧=⋅⎪⎪=⋅⋅⎨⎪=⋅⎪⎩

按题意，设饱和湿蒸气中气相分率为x ，则 V L V x V (1x)0.041+-=

或 0.06923x 0.0012(1x)0.041+-=，解得：x 0.585=

则：V L -1

V L -1-1

H=H x H (1x)2804.00.585999.54(10.585)2055.1 kJ kg S S x S (1x) 6.20040.585 2.6283(10.585) 4.718 kJ kg K

⎧+-=⨯+⨯-=⋅⎪⎨=+-=⨯+⨯-=⋅⋅⎪⎩

三、 以单位质量流体为计算基准，则输入功率为：

11

S ( 2.0)735W 12727.3J kg 12.73kJ kg 756/36000.55

---⨯=

=-⋅≈-⋅⨯

11g Z 9.81(1045)540J kg 0.54kJ kg --∆=⨯+=⋅=⋅

1

t i i

Q Q Q Q 31650263755275kJ h -==-=-=⋅∑入散

1

t Q 5275Q 6.98kJ kg m 756

-=

==⋅ 由热力学第一定律知：1

s H Q W g Z 6.98(12.73)0.5419.17kJ kg 0-∆=--⋅∆=---=⋅>，

所以水槽的温度是升高的，又由于P 21H C (T T )∆=-，11

P C 4.184kJ kg K --=⋅⋅，代入得：

24.184(T 2)19.17-=，解得2T 279.73K =(6.58℃)。

四、如附图所示，查水蒸气表知：