2010-化工热力学期末考试开卷A及答案

南京工业大学第1页共4页南京工业大学化工热力学试题（A水平）卷（开）2009~2010年度第二学期使用班级化学工程与工艺专业07级2010.5．班级学号姓名成绩二．水平考试（共50分）1.（12分）液化气是一种热值很高的理想民用气体燃料，主要成分为丙烷、丙烯、丁烷和丁烯。我国境内的气瓶在-40℃~60℃的环境温度下使用，在设计钢瓶结构时已充分考虑钢瓶容积的安全性。当环境温度15℃、充装的液化石油气刚好达到规定的充装量时，钢瓶内尚有15%的气相空间。以丙烷为主要物质，试计算当环境温度升高到60℃时钢瓶内的液化气状态（即60℃时钢瓶内丙烷的汽相体积分率及压力）已知：15℃时丙烷的饱和液体体积Vl：1.9803L/Kg，饱和汽体体积Vg：61.46L/Kg；60℃时丙烷的饱和液体体积Vl：2.3122L/Kg，饱和汽体体积Vg：19.66L/Kg2．(12分)用公式表示二元体系下列性质12lnlnlnmfff、、、1212ˆˆlnlnlnmfffxx、、、12lnln、、12lnln、之间的关系。南京工业大学第2页共4页3．(12分)在二元溶液A-B中，汽相为理想气体，液相的活度系数由下式表示：lnγA=2Bx,已知90℃时,SAP=1.333105Pa，SBP=9.333105Pa，试求：（1）当xA=0.2时，汽液平衡的总压是多少？（2）此溶液能否生成共沸物？为什么？南京工业大学第3页共4页4.（14分）1kg甲烷由98.06kPa，300K压缩后冷却到6.667kPa，300K。若压缩过程耗功1021.6kJ，试求（1）冷却器中需要移去的热量；（2）该过程的损失功；（3）该过程的理想功；（4）该过程的热力学效率。环境温度为T0=300K。已知：98.06kPa,300K时H1=953.74kJ·kg-1，S1=7.0715kJ·kg-1·K-1。6.667kPa,300K时H2=886.76kJ·kg-1，S2=4.7198kJ·kg-1·K-1。南京工业大学第4页共4页南京工业大学第5页共4页南京工业大学化工热力学试题（A水平）卷（开）参考答案1.（12分）液化气是一种热值很高的理想民用气体燃料，主要成分为丙烷、丙烯、丁烷和丁烯。我国境内的气瓶在-40℃-60℃的环境温度下使用，在设计钢瓶结构时已充分考虑钢瓶容积的安全性。当环境温度15℃、充装的液化石油气刚好达到规定的充装量时，钢瓶内尚有15%的气相空间，以丙烷为主要物质试计算当环境温度升高到60℃时钢瓶内的液化气状态（即60℃时钢瓶内丙烷的液相体积分率或汽相体积分率及压力）已知：15℃时丙烷的饱和液体体积Vl：1.9803L/Kg，饱和汽体体积Vg：61.46L/Kg60℃时丙烷的饱和液体体积Vl：2.3122L/Kg，饱和汽体体积Vg：19.66L/Kg1.假设液化气罐体积为1L（或V升），则当环境温度15℃时，液体体积为0.85L，气体体积0.15L，1L液化气重量为：KgVVgl4316.046.6115.09803.185.015.085.0比容：KgLV/317.24316.01液化气罐升温是恒容过程设60℃时气相空间为x则：glVxVxV1166.193122.21317.21xx00235.0x即60℃时气相空间为0.235%，液相空间为99.765%此时的压力为60℃时丙烷的饱和蒸汽压查附录4可知，在312-368K范围内，丙烷的安托因常数分别为：A=6.809431，B=1348.283，C=326.9121325.3609121.326283.1348809431.6lgtCBApsKPaps2112或可用R-K方程解（理论值为：2118KPa）2．解：mxfflnlimln111mxfflnlimln1221111ˆlnlimln1xffx2212ˆlnlimln2xffx南京工业大学第6页共4页222111ˆlnˆlnlnxfxxfxfm2211)(lnlnˆlndxfdxfxfmm1122)(lnlnˆlndxfdxfxfmm0)ˆ(ln)ˆ(ln222111xfdxxfdx1011limlnx2022limlnx0)(ln)(ln2211dxdxmmffxfxffxfxxfxxfxxxlnlnlnlnlnlnˆlnˆlnlnln2111221122211122113.解：（1）∵2BAxln∴2ABxln（对称方程）（2分）当组分1的摩尔组成为0.2时0408.18954.121（1分）MPapxpxPss8276.07771.00505.0)9333.08.00408.11333.02.08954.1)(222111（3分）（2）方法一：∵SBBSAAABPP（3分）假若能生成生成共沸物SBBSAAABPP＝1（3分）SAAlnplnSBBlnpln2Bx2Ax--lnpSBSAlnp南京工业大学第7页共4页SASBABpplnxxSASBBppln12x1)0.13330.9333(ln21)1pp(ln21xSASBB＝1.4731（1分）∴该体系不存在恒沸点。（2分）方法二：∵SBBSAAABPP（3分）端点1：05254.0718.29333.01333.0,11,0ABBBAAexx时时（2分）端点2：3882.019333.01333.0718.21,0,1ABBBAAxex时时（2分）AB是xA的连续系数，当xA=0时，;05254.0ABxA=1时，;3882.0AB中间不通过1AB点，所以该体系不存在恒沸点。（2分）4.（14分）解：以1kg为基准。（1）由稳定流动过程的能量方程可得sWQHKJWHQs6.10886.102174.95376.886（3分）(2)损失功00210()()1088.6300(4.71987.0715)300383.09LtWTSQTSSTkJ（3分）(3)理想功0300(4.71987.0715)(886.76953.740)638.53idWTSHkJ（4分）南京工业大学第8页共4页(4)热力学效率638.531021.662.5%idsWW（4分）