化工热力学答案2

题次一二三四五六七八九十总分评卷人分数202015151515100评分一、填空题（每题2分，共20分）1.正丁烷的偏心因子ω＝0.193，临界压力为pc＝3.797MPa，则在Tr＝0.7时的蒸汽压为（0.2435）MPa。2.封闭系统中，温度为25℃的1mol理想气体从10MPa，0.3m3等温可逆膨胀到0.1MPa，30m3，则所做的功为（-11.4kJ,RTln（p2/p1））。3.节流膨胀的Joule-Thomson效应系数的定义式为（HJPT）4.等熵效率的定义是对膨胀做功过程，（不可逆绝热过程的做功量）与（可逆绝热过程的做功量）之比5.温度为T的恒温热源的热量Q，其ExQ的计算式为(ExQ＝（1－T0/T）Q）。6.对于理想气体，节流膨胀后温度（不变），作外功的绝热膨胀时，温度（下降）。7.液态水常压下从25℃加热至50℃，其等压平均热容为75.31J/mol,则此过程的焓变为（1882.75）J/mol。8.二元非理想溶液在极小浓度的条件下，其溶质组分遵守（Henry）规则，溶剂组分遵守（Lewis-Randll）规则。9.纯物质的临界等温线在临界点的斜率和曲率均为零，数学上可表示为（0)/(TVp）和（0)/(22TVp）。10.对于孤立体系，熵增原理可采用（0dS）表达式表示。二、简答题：（每题5分，共20分）1.分析改变蒸汽的参数如何改变Rankine循环的效率。2.写出稳流体系的熵平衡方程，并指出各项的含义。答：0iijjQmSmSST产生入出3.写出维里方程中维里系数B、C的物理意义，并写出舍项维里方程的混合规则。答：第二维里系数B代表两分子间的相互作用，第三维里系数C代表三分子间相互作用，B和C的数值都仅仅与温度T有关；舍项维里方程的混合规则为：ninjijjiMByyB11，10ijijijcijcijijBBpRTB，6.10422.0083.0prijTB，2.41172.0139.0prijTB，cijprTTT，5.01cjciijcijTTkT，cijcijcijcijVRTZp，331315.0CjcicijVVV，cjcicijZZZ5.0，jiij5.04.写出理想溶液组分的偏摩尔性质（焓、熵、自由焓、体积、内能）与纯物质性质间的关系表达式。答：lnlniiiiiiiiiiiiVVUUHHSSRxGGRTx三、苯（1）和环己烷（2）的二元液体混合物的超额自由焓与组成的关系可用如下式表示：21xxRTGEβ与温度和压力有关，与组成无关，在0.101MPa时，β与温度的关系为：T004.071127.1计算在40℃、0.101MPa下，HE/RT、SE/R、活度系数与组成的关系。（15分）解：1.jnPTiEinRTGn,,ln得：212221ln,lnxx40℃、0.101Mpa时，212221458.0ln,458.0lnxx2.由2,lnRTHTEixpi得xpiiETxRTH,2ln21,222,1004.0ln,004.0lnxTxTxpxp，故得：21212221253.115.313*004.015.313*004.0xxxxxxRTHE由RTGRTHRSEEE得：RSE1.25321xx－045821xx＝0.79521xx四、某朗肯循环以水为工质，运行于14MPa和0.007MPa之间，循环最高温度为540℃，求：（1）水泵消耗的理论功；（2）汽轮机作出的理论功；（3）循环的热效率。已知：水的比容v为0.001m3/kg，其他数据如表所示。(15分)H（kJ/kg）S（kJ/kg∙K）14MPa，540℃过热蒸汽34486.51990.007MPa饱和蒸汽2574.88.25120.007MPa饱和水168.790.5764解：（1）Wp=v△P＝0.001*（14000-7）＝14kJ/kg对水泵能量衡算：H4－H3＝WpH4＝168.79+14＝182.79kJ/kgQ1＝H1－H4＝3448－182.79＝3265.21kJ/kg（2）求干度：S2＝S1＝S3（1－x）+S4*x6.5199＝0.5764（1－x）+8.2515x得：x＝0.774H2＝H3（1－x）+H4*x＝168.79（1-0.774）+2574.8*0.774＝2032kJ/kg对汽轮机能量衡算：Ws＝H2－H1＝2032－3448＝-1416kJ/kg（3）11416140.4293265.21spTWWQ五、某换热器完全保温，热流体流量为0.042kg/s，进、出换热器的温度分别为150℃、35℃，等压热容为4.36kJ/kgK。冷流体进、出换热器的温度分别为25℃、110℃，等压热容为4.69kJ/kgK。计算冷热流体的有效能的变化、损失功和目的有效能效率。环境温度为293k，压力0.101MPa。（15分）解：（1）计算冷流体的流量0.0424.36(15035)0.0528/4.69(11025)ppchcchhcQmCTmCTmkgS（2）求有效能的变化,02,01,ln1102730.05284.6911025293ln252732.853/ppxccccccccccEHTSTmCTTmCTkJS（）＝同理可得热流体的有效能的变化：,4.036/xhEkJS（3）损失功和目的有效能效率2,2,001,1,lnln)2930.0041.172/ppccchlchccTTWTSTmCmCTTkJS总＝（,(2.8530.707(4.036xExxEE获得）＝＝失去）六、使用R-K状态方程计算从p1＝0.1013MPa，t1＝0℃压缩到p2＝20.26MPa，t2＝200℃时1mol甲烷的焓变。已知甲烷的*18.110.0602(/)pCTJmolK。R-K方程为：（15分）。1.522.51(),/,/,110.42748,0.0864,4.6,190.6CCCCCCAhABZabRTBbpRThhBhBZRTRTabpMPaTKpp解：设计状态变化为：△HP1,T1(真实)P2,T2(真实)1RH2RH△H*P1,T1(理想)P2,T2(理想)(1)求V1，V2得到a＝3.222（Pam6K0.5mol-2）,b=2.985*10-5(m3/mol)B=1.332*10-3,A/B=2.876得叠代式：311.332102.876(),11hZhhhZ叠代得Z1＝0.9975，V1＝0.0224(m3/mol)对于V2，同理得：B=0.1537,A/B=1.261，Z2＝1.013，V1＝1.97*10-4(m3/mol)（2）求1RH，2RH31ln(1)2RHAZhRTB得：1RH＝-17.58J/mol,2RH=-999.8J/mol21***128114.7/7133/TpTRRHCdTJmolHHHHJmol