化工热力学第五章作业讲解.docx
第五章例题一、填空题1.指出下列物系的自由度数目，(1)水的三相点O,(2)液体水与水蒸汽处于汽液平衡状态1.,甲醉和水的二元汽液平衡状态2,(4)戊醇和水的二元汽-液-液三相平衡状态(1) ,2,说出下列汽液平衡关系适用的条件(I)十=R无限制条件;(2) 'y,=,x,无限制条件:(3) Pyi=p1.yix1.低压条件下的非志向液相.3 .丙酮(D-甲醇(2)二元体系在98.66KPa时，恒沸组成M=M=O.796,恒沸温度为327.6K,已知此温度下的斤=95.39.=65.06kPa则Van1.aar方程常数是12=0.587,J?i=0.717(已知Van1.aar方程为叱=%&炉内)RTA/1.+a21*24 .在101.3kPa下四氯化碳(1)-乙醉(2体系的恒沸点是M=O.613和64.95°C,该温度卜两组分的饱和蒸汽压分别是73.45和59.84kPa,恒沸体系中液相的活度系数一=I38%=】邺。1 .组成为肛=0.2,2=08,温度为300K的二元液体的泡点组成刀的为(已知液相的Gf=75"gW"+%),斤=IMa用=3733Pa)0.33402 .若用EOS+y法来处理30OK时的甲烷（1）一正戊烷（2）体系的汽液平衡时，主要困难是P=254MP饱和蒸气压太高，不易简化:（EOS+丫法对于高压体系需矫正M3 .EOS法则计算混合物的汽液平衡时，须要输入的主要物性数据是，通常如何得到相互作用参数的值？从混合物的试验数据拟合得到。4 .由WiISon方程计算常数减压下的汽液平衡时，须要输入的数据是AntOine常数A“B,C;RaCkett方程常数,B；能量参数（.-iiXi,j=1,2,JV）JWiISOn方程的能量参数是如何得到的？能从混合物的有关数据（如相平衡）得到。5,对于一个具有UCST和1.CST的体系，当7>E和7<%b时，溶液是均相（相态）,图_>o_（>0,<0,=0）;当7<兀6和丁>为6时，溶液是液液平衡二计算题3.在常压和25时，测得占039的异丙醇（1）*（2）溶液的汽相分压（异丙醇的）是1720Pa.已知25C时异内醉和苯的饱和蒸汽压分别是5866和13252Pa0（八）求液相异丙醇的活度系数（对称归一化）：（b）求该溶液的（产。解.IIKrU,得/_孙_1013259_1720'',1'r'r'Pt,xt0.059×58660.059×5866同样有：一区M泻段严Px2（1-0.059）x13252；=xIn+2In2=0.059×In5+0.941×In82R7".,Gc=2×8314×298.15=4957.6Jmo'1 .乙醇（1）-甲苯体系的有关的平衡数据如下7三318K.片24.4kPa、M=O.300、M=O.634,已知318K的两组饱和蒸汽压为斤=2306;=2O5kPa,并测得液相的混合热是一个仅与温度有关的常数Mw=0437,令气相是志向气体，求（八）液相各组分的活度系数；液相的心和d（C）估计333K、%=0.300时的炉值：（d）由以上数据能计第出333K、*尸0.300时液相的活度系数吗？为什么？（e）该溶液是正偏差还是负偏差？解：（八）由d=斤所八得九=今=粽黑=224XUJX4J'J同样/“最=喘需”27(b)=x1.In1.+x2In2=().3×In2.24+0.7×In1.27=0.41=>Gt=1084.OJ-nn)1.+1.Inx1.+x2In.v,=0.41+(0.3×In0.3+0.7XIn0.7)RTRTG=-531.(jmo1.,)(C)F(沮T=爷=一字积分得G1上而Uj而-W3=38，=318JT=0.41-0.437h=0.390318（d）不能得到活度系数，因为没有。的表达式。（C）由于C>0,故为正偏差溶液。2 .在总压101.33kPa、350.8K下,苯（1）-正己烷（2）形成*=0.525的恒沸混合物。此温度下两组分的蒸汽压分别是99.4KPa和97.27KPa,液相活度系数模型选用MargU1.eS方程，汽相听从志向气体，求350.8K下的汽液平衡关系Pa和乂的函数式。解：将低压下的二元汽液平衡条件与共沸点条件结合可以得P''z101.33.”尸101.335=1.02,=:-=1.0499.4,2P：97.27将此代入MargUICS方程n=以2+2(&|-4|2人/In力-Ki+2(A12-A21.Ir2Jr;得In1.02=1.2+2(A,1.-A12>).525().4752In1.04=A,1+2(%-A,1.).475.5252解出心=0.1459,A,=0.0879由此得新条件下的汽液平衡关系p=6"z+理七九=99.4a-1cxp(1.459-0.116a-iX1.-.1.)2+97.27(1.-XJCXPkO.0879+0.116(1-XJ)M71.v1.99.4.v1exp(0.1459-O.II6x1.X-.v1.)2V.='4"3,苯（1）-甲苯可以作为志向体系。（八）求90C时,，与=0.3的液相成平衡的汽相组成和泡点压力；（b）90C和101.325kPa时的平衡汽、液相组成多少？对于=0.55和y=0.75的平衡体系的温度和压力各是多少？(d)y1=O.3的混合物气体在101.325KPa下被冷却到100C时，混合物的冷凝率多少？解：查出Antoine方程常数物质ABC苯6.94192769.42-53.26甲苯7.05803076.65-54.65T=9()+273.I5=363.I5(K),由AntOine方程得（八）076942In=6.9419-=-1.995,'=136kPa363.15-53.261同样得%=54.2kPa由志向体系的汽液平衡关系得P=A>>X1+,x,=136×0.3+54.2X0.7=78.74kPay1.=>>x1P=I36x0.78.74=0.52(b)由P=i'x1.+/Va2IO1.325=136.v1+54.2(1-1).v,=0.576y1.=*i/P=136X0.576/101.325=0.773(C)由Py1.=P1.'xi.Py2=P：x2得p；y2i'gj6.9419-2769.42T-53.26-7.058()+3076.65T-54.65,f.75X().45=In1.k0.25X0.55所以/；'=163.4,/V=66.6kPaP=1x1+,Xj=H9.84kPa(d)T=100+273.15=373.15(K),由AntOine方程得P；=180.,P；=74.1.kF101.325=18()x1.+74.1(1-XJTX1.=0.257,x2=0.743H=IsoXO.257IOI.325=0.456.y2=0.544设最初混合物汽相有IOmO1,即苯3mo1.甲苯7mo1.冷凝后汽、液相分别为(10-a)和三o1.,则：3=H).257+(10-)0.456a=心注灯=7839mo1.0.456-0.257冷凝率：且=型=78.39%IOIO5.用Wi1.Son方程，计算甲醇(1)一水(2)体系的露点(假设气相是志向气体，可用软件计算)。（八）片101325Pa,1=0.582(试验值7三81.48C,x,=0.2)；(b)7三67.83*C,M=O.914(试验值ZMoI325Pa,AT=O.8)O已知WiISon参数多-篇=Io85.13JmO1.T和,1-22=I631.(MJmo1.解：（八）已知产101325Pa,y=0.582,属于等压露点计算，由于压力较低，气相可以作志向气体。7.“.”可以从y=6工八"yA=P=*JpP=4”I+8W2活度系数用的ISon方程计算，InyI=-In(X1.+tpx,)+X、1司+g2g+3J其中纯组分的液体摩尔体积由Rackett方程：纯分的饱和蒸汽压由AntOine方程计算。查得有关物性常数，并列于下表纯组分的物性常数纯组分(7)Rackett方程参数Antoine常数几/K%/MPa,4BiCi甲醇(1)512.588.0970.22730.02199.41383477.9O-40.53水647.3022.1190.22510.03219.38763826.36-45.47用软件来计算。输入独立变量、WiISon能量参数和物性常数，即可得到结果：Y*=3569816K和X=0.28530S4(b)已知拄67.83C,%=0914,属于等温露点计算，同样由软件得到结果，P=97.05RP,x1.=0.72404036.测定了异丁醛（1）一水（2）体系在30C时的液液平衡数据是弁=0.8931.城=0.0150。（八）由此计算Van1.aar常数（答案是A:=4.32,2,=2.55）；（b）推算7=3C,X1.o.915的液相互溶区的汽液平衡（试验值：>三293ikPa）已知30C时，斤=28.58/=4.22kPao解：（八）液液平衡准则<f=7z,(IYk-(-,Vf得林"(国将Van1.aar方程111,In1.=4-,1.('(/门2IAi<+-r2i2xf+/Xf-Y,“内。代入上式1.X2)h(f1.%(A第J-()1.=In侣2+A21.X2)2+2:)J1.A再代入数据Xr=0.8931.=0.0150,W=1-性果：9娉=I-K,解方程组得结At2,4.3XA,1-2.55（b）T=30C,X1.o95的液相活度系数是Zi2.55x0.0854.320.915+2.55×0.085Yi=exp2.554.32×0.9154.32×0.915+2.55×0.085=1.012=9.89设汽相是志向气体，由汽液平衡准则得M=与xP=°888y2=!-y1.=0.1182P=P1.'xiy1.+P；XM=26.464+3.548=30.012APa三、图示题描述卜.列二元7-y图中的改变过程A8C->D:这是一个等压定（总）组成的降温过程。力处于汽相区，降温到8点时，即为露点，起先有液滴冷凝，随着温度的接着下降，产生的液相量增加，而汽相量削减，当达到。点，即泡点时，汽相消逝，此时,液相的组成与原始汽相组成相同。接着降温到达点。描述卜列二元>-y图中的改变过程八f8->C-O:这是一等温等压的
