030112化工熱力學(xué)-18

1、化工熱力學(xué)綜合復(fù)習(xí)資料一、乙睛(1)和乙醛(2)在87.0kPa, 80c時(shí)混合形成等分子蒸汽混合物，已知 B1尸-2.619m3/kmol , B22=- 0.633m3/kmol , 8 12= - 4.060m3/kmol請(qǐng)計(jì)算混合物中組分1和2的逸度?和?。二、在某T, p下，測(cè)得某二元體系的活度系數(shù)值可用下列方程表示：ln¥1 =x2(2 + 0.5x2),ln ；2 = Xi (2+0.5x1), ，i為基于Lewis Randall規(guī)則標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的活度系數(shù)。試問(wèn)，這兩個(gè)方程式是否符合熱力學(xué)一致性？三、某煉廠有一臺(tái)蒸汽透平，已知蒸汽入口的溫度為400C,壓力為5.0MPa

2、,蒸汽排出的壓力為1.0 MPa。環(huán)境溫度20 C。請(qǐng)利用水蒸氣表計(jì)算：(1)若透平絕熱可逆操作，試計(jì)算每kg蒸汽流過(guò)透平時(shí)所作的功以及蒸汽的出口溫度；(2)若透平既不絕熱也不可逆，輸出的軸功等于絕熱可逆操作時(shí)軸功的85%,并且由于隔熱不好每kg蒸汽有15.0kJ的熱量散失于環(huán)境中，求此時(shí)蒸汽出口的溫度為多少，并計(jì)算該過(guò)程的有效能損失。四、由組分1與2組成的溶液，液相活度系數(shù)與組成的關(guān)聯(lián)式為：lnn=x：； lnY2 = X2,已知90c時(shí)，兩個(gè)組分的飽和蒸氣壓分別為：p： =133.289kPa; p； =93.303kPa。系統(tǒng)符合低壓汽液平衡的關(guān)系式，請(qǐng)判斷該系統(tǒng)在90c下能否形成恒沸(

3、共沸)物？五、某換熱器內(nèi)，冷、熱兩種流體進(jìn)行換熱，熱流體的流率為100kmol.h -1 , Cp =29 kJ.kmol -1.K-1 ,溫度從500K降為350K ,冷流體的流率也是100kmol.h -1, Cp =29 kJ.kmol -1.K-1 ,進(jìn)入換熱器的溫度為300K ,換熱器表面的熱損失為87000 kJ.h -1,求該換熱器的有效能損失及有效能利用率。設(shè) To=300K 。六、25C、0.1MPa下組分1和組分2形成溶液，其體積可由下式表示： 23V =118 2x2 -8x1(cm /mol)式中Xi為組分1的摩爾分?jǐn)?shù)，試求：用Xi表示的V和V2 (化到最簡(jiǎn)式)。七、設(shè)

4、在用煙道氣預(yù)熱空氣的預(yù)熱器中，通過(guò)的煙道氣和空氣的壓力均為常壓，其流量分別為45000kg.h-1和42000kg.h-1。煙道氣進(jìn)入時(shí)的溫度為315 C ,出口溫度為200 C。設(shè)在此溫度范圍內(nèi) C； =1.090kJ.kg-1.K-1?？諝膺M(jìn)口溫度為 38 C,設(shè)在有關(guān)溫度范圍內(nèi)Cid =1.005kJ.kg-1.K-1。已知大氣溫p p度為25 C,預(yù)熱器完全保溫。(1)預(yù)熱器中不可逆?zhèn)鳠岬挠行軗p失；(2)預(yù)熱器的有效能利用率。八、苯-環(huán)己烷(2)恒沸混合物的組成xi=0.525 ,其在常壓下 (101.325 kPa)的沸點(diǎn)為 77.4 C ,如果氣相可視為理想氣體，液相服從 Van

5、 Laar方程。并已知純組分在77.4 C下的飽和蒸汽壓分別為：Pis =93.2 kPa , Ps=91.6 kPa 。試求：(1) Van Laar方程的方程參數(shù)。(2)在77.4C下與X1=0.7成平衡的汽相組成 y1?；崃W(xué)綜合復(fù)習(xí)資料參考答案說(shuō)明：參考答案中有些計(jì)算過(guò)程省略了。但解題過(guò)程中每一步代入數(shù)值的計(jì)算過(guò)程都應(yīng)該有，不要省略。、解：由附錄2查得，乙睛（1）和乙醛（2）的Tc, pc,按Kay氏混合規(guī)則計(jì)算混合物的臨界參數(shù)，即可得出Trp, Prp的值,查圖2-14可知數(shù)據(jù)點(diǎn)位于曲線之上，故可采用普遍化第二維里系數(shù)法計(jì)算。In ? =-p_（Biiy；、12）=-0.1077

6、RTIn ? = P （B22 y：、12） =-0.0488RT? =0.8 9 79? =0.9 52 3混合物中組分逸度為:? = y ？p =39.06kPag = y2 .?2P =41.43kPa二、解：利用 Gibbs-Duhem方程進(jìn)行檢驗(yàn)，若表達(dá)式符合熱力學(xué)一致性，則應(yīng)滿足匯 Xi dln Y i =0有xd In 1 - X2d In 2=0dIn 1 . x1dxiX2 5二0dx1由題知dx1dx2-2 - X25=2 .dx1d In 1 d In 2 x1 dx1x2 dx1= x1（-2 -x2） x2（2 x1）二2（x2 -x）上式只有在x1 = x2時(shí)才等于

7、0,所以這兩個(gè)方程不符合熱力學(xué)一致性。、解：過(guò)程示意圖如圖所示：以透平及其內(nèi)容物為體系，即穩(wěn)流體系忽略動(dòng)、位能變化，則能平式：H2 -H1 -Q WS嫡平式：S1 -S2 Q Sg =0 I 0（1）透平絕熱可逆操作。以透平及其內(nèi)容物為體系，即穩(wěn)流體系，則透平絕熱可逆操作，有S1= S2,rev由 400 C,5.0 MPa 可查出 Hi = 3198.3 kJ/kg ,Si = 6.6508 kJ/kg.K由 S2/ev = Si =6.6508 kJ/kg.K , p2=1.0 MPa 可查出：蒸汽出口溫度 T2,rev = 192.2 C,以及 H2,rev =2807.4 kJ/kg.

8、可逆軸功Ws,rev = H2,rev Hi =2807.4 3198.3= 390.9 kJ/kg(2)透平不絕熱也不可逆操作實(shí)際軸功Ws = 0.85 Ws,rev = 0.85 (- 390.9) = -332.3 kJ/kg由能平式 H2=H + Q + Ws=3198.3 - 15.0 - 332.3=2851.0 kJ/kg由P2和H2查得，蒸汽出口溫度 T2 = 210 C ,及S2 =6.7427 kJ/kg.K有效能損失Exl=損失功Wl= To AS Q=(273.15+20) X (6.7427 - 6.6508)+15.0= 41.94 kJ/kg四、解：由相對(duì)揮發(fā)度判

9、斷：因體系壓力較低，故汽相可看作理想氣體，則syi P = Xi i ps相對(duì)揮發(fā)度：-12 二'pt s2 P2當(dāng) X1=0 時(shí)，°°=e = 2.718, 匕=1.0(-12)x =0s 1P12 Ps2.718 133.2891.0 93.303= 3.883當(dāng) X1=1 時(shí)，Y二=e = 2.718,'，=1.01Pls(12)短1.0 133.2892.718 93.303-0.526a12 =1因?yàn)?82為X1的連續(xù)函數(shù)，所以，“12的值從X1=0的3.883變化到X1=1.0時(shí)的0.526時(shí)必然經(jīng)過(guò)的點(diǎn)，即在中間某一組成時(shí)一定存在一共沸點(diǎn)。該體

10、系在90c時(shí)可形成共沸物注：此題還有其他解法。五、解：過(guò)程示意圖：熱流體首先作能量衡算，計(jì)算冷流體出口溫度。以換熱器為體系，即穩(wěn)流體系。能平式為:AH=Q即叫 CpQ-T)叫 Cp(T.T3)=QQ -mCp(T2 1)mCp-87000 -100 29 (350 -500)= 300420K100 29熱流體的有效能變化cT2Ex,熱= mCp JF)-T°lnT2- T1 13505= 100 29(350 -500)-300 In- =-1.247 10 kJ/h冷流體的有效能變化：Ex,冷=mCphT3) -T°ln；" -T3 1-5.527 104 k

11、J/h420二 100 29(420 -300)-300 In -_300= 5.527 104 kJ/h換熱器中不可逆?zhèn)鳠岬挠行軗p失為:ExL,=AEx,熱- &Ex,冷= 1.247 105-5.527 104 =6.943 104 kJ/h(2)換熱器的有效能利用率n=,Ex,冷1Ex,熱 |5.527 104ZT5"1.247 10544.3%注：此題還有其他的解法。六、解：根據(jù)M =M +x2dMdxiM2 =MdM-x1-dx1可彳#Vi =VdVdxidxi22V =118 2x2 -8x7 =120-2月 一8才其中 dV = 2 -16x1 ,則，dx12

12、_ 2M =120-2x1 -8x1 (1 -為)(-2-16%) =118-16為 8x122V，= 120 - 2x1 - 8x1 - x1（ -2 - 16x1） =120 8x1七、解:T煙2=200C煙氣 T煙 1=315 C, maT 空 2=?空氣T空1=38C,詐首先應(yīng)根據(jù)能量衡算計(jì)算空氣出口的溫度。以預(yù)熱器為體系，即穩(wěn)流體系，無(wú)軸功，忽略熱損失以及動(dòng)位能的變化,貝U A H=0即 m煙Cp煙（T煙1 T煙2）=m空Cp空（T空2 T空1）m煙Cp煙（T煙1 -T煙2）+ T空 1=171.6 C = 444.6 K煙氣的有效能變化:T2Ex,煙=皿因T11Cp°T2

13、dT=g®Cp |（丁2-1）_丁0帖 2-Ti -200 273=45000 1.090（200 -315） -298ln_315 273=2.460 X 106 kJ.h-1空氣的有效能變化:T2陶空=mfeT170 ccT2dT = mCp.U工）-T°ln 21ti -=1.144 X 106 kJ.h-1（1）有效能損失，則:Ex,L_REx,空= 2.460 106 -1.144 106 =1.316 106 kJ.h-1（2）有效能利用率:pEx,煙 |1.144 106 6 =46.5 %2.460 10注：此題還有其他解法。八、解：（1）由于汽相可以視為理想氣體,而液相為非理想溶液.汽液相平衡關(guān)系為：yi pxi對(duì)恒沸點(diǎn)有V = Xi=p/ psp 101.325彌=1.087p：93.2Pp2101.32591.6= 1.106計(jì)算Van Laar方程的方程常數(shù)A12 = In 1/ x2 In 可2 '1 +sx1 In= 0.3652X In 11-i1x2 In 2-0.370(2) X1=0.7時(shí)，兩組分的活度系數(shù)為A0.365In 1 =_2 =2