《化工热力学》综合练习资料

中国石油大学（华东）成人学历教育综合练习题

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第2章 流体的p-V-T关系

一、试用Pitzer三参数普遍化方法计算水蒸汽在107.9×105Pa、593K下的比容。

第3章 流体的热力学性质

一、丙烷气体的始态为1.013×105Pa、400K(可以视为理想气体)，终态为

3.013×105Pa、500K。已知丙烷在理想气体状态下的摩尔热容为： Cig?22.99?0.1775T (J/mol.K)

p 试采用三参数普遍化关系式计算始态至终态的焓变与熵变。

二、用三参数普遍化方法计算1kmol的1,3-丁二烯，从25atm及130℃压缩至

125atm和280℃时的ΔH、ΔS、ΔU和ΔV。

已知理想气体状态下的定压热容(cal/mol.K)与温度(K)的函数关系为: Cig?5.432?53.224?10?3T?17.649?10?6T2

p

第5章 化工过程的能量分析

一、1.57MPa、484℃的过热水蒸气推动透平作功，并在0.0687MPa下排出。此透平

既不绝热也不可逆，输出的轴功相当于可逆绝热膨胀功的85％。由于隔热不好，每kg的蒸汽有7.12kJ的热量散失于20℃的环境中。求此过程的理想功、损失功及热力学效率。

二、某炼厂有一台蒸汽透平，已知水蒸汽入口的温度为440℃，压力为40×105Pa，

流率为4000kg/h，蒸汽排出的压力为7.0×105Pa。 (1) 假定透平绝热可逆操作，试计算透平的功率；

(2) 若透平绝热操作，输出的轴功等于绝热可逆轴功的82.65％。则蒸汽的出口温度为多少？并计算过程的有效能(火用 )损失。

三、有一逆流式换热器，利用废气加热空气，空气由0.1MPa，293K被加热到398K，

空气流量为1.5kg.s–1；而废气从0.13MPa、523K冷却到368K。空气的等压热容为1.04kJ.kg–1.K–1，而废气的等压热容为0.84 kJ.kg–1.K–1，假定空气与废气通过换热器的压力与动能变化可忽略不计，而且换热器与环境无热量交换，环境

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状态为0.1MPa、293K。试求：

(1) 换热器中不可逆传热的有效能(火用 )损失； (2) 换热器的有效能(火用 )利用率。

四、一个温度为T0的气体正从一根管子流过，其中一小部分流入一个抽空的罐(如

图示)。这个过程一直进行到罐内的压力等于管线内的压力p0为止。如果罐已很好地采用了保温措施，假定气体为理想气体(其CP和CV与温度和压力无关)，求过程终了时罐内的温度T(以T0、CP、CV和p0表示)。

第四题附图 第五题附图

五、质量流率为450kg/h的高压水蒸汽在起始条件为34atm和370℃的情况下进

入透平膨胀机而对外作功。两股排出蒸汽如图所示。物流2的条件为13.6atm和200℃，流率为入口蒸汽的1/3，物流3已知为7atm的饱和汽液混合物，物流3的一小部分经过一个节流阀膨胀至1atm，膨胀后的温度为115℃。如果压缩机得到的功率为34.647×103kcal/h，试计算透平的热损失。

六、一个绝热可逆操作的透平，驱动蒸汽进入时为34atm、415℃，出口乏汽的

压力为2.75atm。为了充分利用乏汽中的能量，而将其直接送入一个蒸发器的加热盘管，在盘管中放出热量而冷凝。从加热盘管出来的凝液再经过一个在2.75atm压力下操作的疏水器，疏水器只允许液体水通过，为了作蒸发器的能量平衡，而将从疏水器流出的水装入一个敞口的桶中以便称重。大气压力为1atm，假定离开蒸发器的凝液温度为100℃。 （1）求桶内增加1kg水时透平对外输出的功。

（2）求桶内增加1kg水时蒸发器的加热盘管传过的热量为多少。

七、某锅炉系统用自身的烟道气的余热加热进炉的空气。烟道气流量为4000kg/h，

由300℃冷却到200℃；空气流量为3800kg/h，初温为40℃。设二者都是理

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想气体，平均等压热容都可按1.004kJ/(kg.K)计，环境温度27℃，忽略热损失，求此过程的有效能(火用 )利用率。

第4章 溶液的热力学性质

一、某二元液体混合物在298K、0.1MPa下的摩尔焓由下式表示：

H?100x1?150x2?x1x2(10x1?5x2) J/mol

试求：(a) 用x1表示的H1和H2的表达式; (b) 纯物质摩尔焓H1和H2的数值。

(c) 无限稀释下液体的偏摩尔焓H1?和H?2的数值。

二、在303K、1.013×105Pa下，苯(1)和环己烷(2)的液体混合物的体积数据可用下

式来表示： V?(109.4?16.8x1?2.64x12)?10?3

式中x1是苯的摩尔分数，V的单位为m3.kmol–1。试确定在该温度、压力下，用x1表示的偏摩尔体积V1和V2的表达式。

三、某二元混合物中组分1和2的偏摩尔焓可用下式表示:

2 H1?a1?b1x2

2 H2?a2?b2x1

证明如果以上二式成立，则b1必须等于b2。

四、试用三参数普遍化关系式计算正丁烷气体在460K和1.520MPa下的逸度。 五、乙腈(1)和乙醛(2)在87.0 kPa，80℃时混合形成等分子蒸汽混合物，并且已知

B11= - 2.619m3/kmol，B22=- 0.633m3/kmol，δ

3

12= - 4.060m/kmol

?和f?。 请计算：(a) 混合物中组分1和2的逸度f12?和f?。 (b) 若混合物为理想气体，求f12六、160°F 的纯硫酸与77°F 的纯水混合形成 25％的溶液。利用焓浓图计算： 1、若混合过程为绝热，试求混合后溶液的温度。

2、若在混合过程中进行冷却,使溶液终温为80°F，试求每1 lb 25％的溶液所需移除的热量。

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第7章 相 平 衡

一、已知由正丁醇(1)和水(2)组成的二元溶液，在100℃时，各组分的无限稀释活度

系数分别为：?1??69.0， ?2??3.70,并已知100℃时纯组分的饱和蒸气压为：

p1?52.00kPas，p2s?101.325kPa，请问该体系在100℃时能否形成恒沸物？

二、甲醇(1)和甲乙酮(2)在337.3K和1.013×105Pa下形成恒沸物，其恒沸组成x1为

0.842，并已知在337.3K时甲醇和甲乙酮的饱和蒸气压分别为p1s?9.826?104Pa，

p2?6.078?10Pas4。如气相可视为理想气体，液相服从Van Laar方程。试计算：

(1) Van Laar 方程的参数；

(2) 337.3K时x1=0.5的活度系数γ1和γ2，以及与其成平衡的气相组成y1。 三、在101.325kPa，58.0℃时己烷(1)-乙醇(2)形成x1?0.660的恒沸物。并已知58.0℃

时纯组分的饱和蒸汽压为：p1s?71.41kPa,p2s?42.77kPa。 求：(1) Van Laar方程的参数；

(2) 由纯组分混合形成1mol该溶液的ΔG。

四、在一定温度和压力下，某二元液体混合物的活度系数可用下式表述：

ln?1?a?(b?a)x1?bx12 ln?2?a?(b?a)x2?bx22

式中a、b仅为T、p的函数，γi为基于Lewis-Randall规则标准态下的活度系数，请判断这两个公式是否符合热力学一致性(即是否满足Gibbs-Duhem方程)？ 五、乙醇(1)和甲苯(2)二元体系在汽液平衡状态时得到以下的实验结果: T = 45℃ p =183mmHg x1=0.300 y1= 0.634

ss而且在45℃时纯组分的饱和蒸汽压p1=173mmHg, p2=75.4mmHg。

可以根据低压下汽液平衡时的常用假定，确定在给定状态时的 a) 液相的活度系数?1、?2； b) 液相的GE／RT值；

c) 液相的ΔG/RT值。注意你的答案的正负号，如何知道所得符号是正确的？

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