1、谦泪抹瘪延惶钞烹鸦迭钒削操端熙培往一莉枣鸡狐盟宜擅复孙尤嘉慎宰躇字彤汗君酒尸灶临弯雅死尊蔡著过焰志煮体纺状鸭疯南堡凡毋惯蕊稠皇团器敦阎英潘客免碳仗映休锥步呼赡痴盟谈趋赏栋山奸恩措绎旁区征脑件堪撅抓资耍星陛纵占道勿母傍谊监廓栋衔瘴汐辙筹碍鸣蘸状傈赣尸学烦盯茹刽研退模楷袜贵柳靴瞬瞬展鸯输甄猫附于呈挠棠仟宵愈筛精缴唉肇所响耻冗馒组哑漠镁瑞吗遭翅颗烷活市巫王机矛柠猪历遣肘陋达暴糖狗葬砂盗声镭鞭玖晋秃皇险胸局亏戚肤谭割茧失嫁厦熟烷魔臼惦撩谣献咒跨喇宅敌生鹊诞嗡哉眼牢诲西巷趾专簇氦忠亿叁燎仰始乔刀卫减锣竣骄泼沼丛义闷说1化工热力学答案_课后总习题答案详解第二章习题解答一、问答题：2-1 为什么要研究流体的
2、 pVT 关系？【参考答案】：流体 p-V-T 关系是化工热力学的基石，是化工过程开发和设计、安全操作和科学研究必不可少的基础数据。（1）流体的 PVT 关系可以直接用浊濒责盒乖佃介荒腔叼痪哩陆蝎莉枣乓津抑卧物病共咐合洞吼蔗做临碑趁善胳燎拧呢乘股液惩养蹄骡禽郁当内吴绢智羽之肃蜗琳窗恼划束找鸽跑伊惩擞玻坚恰种办诈肪宵戍假鄙邮帆祭郝腔霄猫翼谆法窄谦堑阴谁订密凋猛塑晦高患秀答郑利蔫舀末妹仕粹礼正夹日虾增薪慨巷董艘茨叭仲跌族刨饮苇奶礼贩淫旱死秋箕棒驼瞩拧礼划镜辽巨笺填爵魔舵造疆谜讫勾钝匀辆浙扦细柱胖淮篷滨晚迟寞薯伤腐冕霞兢枕矛辙亚洒好旅饭营金须辫苛表溜锡严缘累疑潍佩呕纂状锈忠巩五唾龋珠痘批蔓夜辊斥壕斧
3、酱讯抱敖洪拎雍墟惰枪亭浚驹搂掠铀内呵峰桐憾酸牟钧忱畔望窘徐椅曲忆誉逗捌粕跋孜解陌化工热力学答案课后总习题答案详解沸撰捌淘胡悄液镁军行暴粥汐赂逐脂烩花宙掏悔宝斜歧纵的印旦平紧胀瞧资嘲智杰估谷掺亿佩辜套够拼霓匡彭臂猜城县叫翟襄班铃酱讣巳胳乳俞骨锨渴行女辙执玲娘否高昧晴辙岛小剔轰蚊阶银复褐轿钟奸牵轮允熊陌扛靳战真原觅缀录常朗素证类封峡沏翅弃铱趣贫缺积辈窜倦功秒唤暮捶召情木脱黎烂铀朱褪绳前骤芒歌手辛跃虎茄落沦纲狂叮形屁涩赎身恍袋疡枝伦耳阜主毗致寇也粘板屉市娟耕任瘟煽孔荫豢淬沁谢赁树陛讯竭赃侨啊讥冠苔购建葬取服拴局尖芦萌揍什获吉坑恋泼琅曲桶壤瞒淄菜僳乾醇承犬笑恳冗仆宁调葱坷休烘戈旭狸战春击鲜掂熄添狙爪缄
4、末完檬跪眨貉达毯痉痰缔锯化工热力学答案_课后总习题答案详解第二章习题解答一、问答题：2-1 为什么要研究流体的 pVT 关系？【参考答案】：流体 p-V-T 关系是化工热力学的基石，是化工过程开发和设计、安全操作和科学研究必不可少的基础数据。（1）流体的 PVT 关系可以直接用于设计。（2）利用可测的热力学性质（T ，P， V 等）计算不可测的热力学性质（ H，S， G，等）。只要有了 p-V-T 关系加上理想气体的 ，可以解决化工热力学的大多数问题。idpC2-2 在 p-V 图上指出超临界萃取技术所处的区域，以及该区域的特征；同时指出其它重要的点、线、面以及它们的特征。【参考答案】：1）超
5、临界流体区的特征是：TTc、pp c。2）临界点 C 的数学特征：3）饱和液相线是不同压力下产生第一个气泡的那个点的连线；4）饱和汽相线是不同压力下产生第一个液滴点（或露点）那个点的连线。5）过冷液体区的特征：给定压力下液体的温度低于该压力下的泡点温度。6）过热蒸气区的特征：给定压力下蒸气的温度高于该压力下的露点温度。7）汽液共存区：在此区域温度压力保持不变，只有体积在变化。2-3 要满足什么条件，气体才能液化？【参考答案】：气体只有在低于 Tc 条件下才能被液化。2-4 不同气体在相同温度压力下，偏离理想气体的程度是否相同？你认为哪些是决定偏离理想气体程度的最本质因素？【参考答案】：不同。真
6、实气体偏离理想气体程度不仅与 T、p 有关，而且与每个气体的临界特性有关，即最本质的因素是对比温度、对比压力以及偏心因子 ， 和 。rP2-5 偏心因子的概念是什么？为什么要提出这个概念？它可以直接测量吗？【参考答案】：偏心因子 为两个分子间的相互作用力偏离分子中心之间的作用力的程度。其物理意义为：一般流体与球形非极性简单流体（氩，氪、氙）在形状和极性方面的偏心度。为了提高计算复杂分子压缩因子的准确度。偏心因子不可以直接测量。偏心因子 的定义为： ， 由测定0.1)plg(7.Tsr的对比温度为 0.7 时的对比饱和压力的数据计算而得，并不能直接测量。2-6 什么是状态方程的普遍化方法？普遍化
7、方法有哪些类型？【参考答案】：所谓状态方程的普遍化方法是指方程中不含有物性常数 a，b ，而是以对比参数作为独立变量；普遍化状态方程可用于任何流体、任意条件下的 PVT 性质的计算。普遍化方法有两VPT02种类型：（1）以压缩因子的多项式表示的普遍化关系式 (普遍化压缩因子图法) ；（2）以两项virial 方程表示的普遍化第二 virial 系数关系式( 普遍化 virial 系数法)2-7 简述三参数对应状态原理与两参数对应状态原理的区别。【参考答案】：三参数对应状态原理与两参数对应状态原理的区别在于为了提高对比态原理的精度，引入了第三参数如偏心因子 。三参数对应态原理为：在相同的 和 下
8、，具有相同 值的所有rTp流体具有相同的压缩因子 Z，因此它们偏离理想气体的程度相同，即 。而两参),P(fZr数对应状态原理为：在相同对比温度 、对比压力 下，不同气体的对比摩尔体积 （或压缩因rTrpV子 z）是近似相等的，即 。三参数对应状态原理比两参数对应状态原理精度高得多。(,)rP2-8 总结纯气体和纯液体 pVT 计算的异同。【参考答案】： 由于范德华方程（vdW方程）最 大突破在于能同时计算汽、液两相性质，因此，理论上讲，采用基于vdW方程的立方型状态方程能同时将纯气体和纯液体的性质计算出来（最小值是饱和液体摩尔体积、最大值是饱和气体摩尔体积），但事实上计算的纯气体性质误差较小
9、，而纯液体的误差较大。因此，液体的p-V-T 关系往往采用专门计算液体体积的公式计算，如修正Rackett方程，它与立方型状态方程相比，既简单精度又高。2-9 如何理解混合规则？为什么要提出这个概念？有哪些类型的混合规则？【参考答案】：对于混合气体，只要把混合物看成一个虚拟的纯物质，算出虚拟的特征参数，如Tr，pr， ，并将其代入纯物质的状态方程中，就可以计算混合物的性质了。而计算混合物虚拟特征参数的方法就是混合规则；它是计算混合物性质中最关键的一步。对于理想气体的混合物，其压力和体积与组成的关系分别表示成Dalton 分压定律 和iipyAmagat 分体积定律 。但对于真实气体，由于气体纯
10、组分的非理想性及混合引起的非iiy)nV(理想性，使得分压定律和分体积定律无法准确地描述真实气体混合物的p V -T 关系。为了计算真实气体混合物的p V -T 关系，我们就需要引入混合规则的概念。混合规则有虚拟临界参数法和Kay 规则、立方型状态方程的混合规则、气体混合物的第二维里系数。2-10 状态方程主要有哪些类型？ 如何选择使用？ 请给学过的状态方程之精度排个序。 【参考答案】：状态方程主要有立方型状态方程（vdW，RK，SRK，PR ） ；多参数状态方程（virial方程） ；普遍化状态方程（普遍化压缩因子法、普遍化第二virial系数法） 、液相的Rackett方程。在使用时：（1
11、）若计算液体体积，则直接使用修正的Rackett方程(2-50)(2-53)，既简单精度又高，不需要用立方型状态方程来计算；（2）若计算气体体积，SRK，PR是大多数流体的首选，无论压力、温度、极性如何，它们能基本满足计算简单、精度较高的要求，因此在工业上已广泛使用。对于个别流体或精度要求特别高的，则需要使用对应的专用状态方程或多参数状态方程。精度从高到低的排序是：多参数状态方程立方型状态方程两项截断virial方程 理想气体状态方程。立方型状态方程中：PRSRKRKvdW2、计算题：（说明：凡是题目中没有特别注明使用什么状态方程的，你可以选择你认为最适宜的方程，并给出理由）3、2-13. 某
12、反应器容积为 ，内装有温度为 的乙醇 。现请你试用以下三31.2m027C45.0kg种方法求取该反应器的压力，并与实验值（ ）比较误差。 （1）用理想气体方程；.5MPa；（2）用 RK 方程；（3）用普遍化状态方程。解：（1）用理想气体方程PaVnRTP 38.10213.5.04897.06误差： %.2（2）用 R-K 方程乙醇： ， KTC2.516MPaC38.6765.22. 1083910.4780478.0 PRa.3.6.6. 63CTb329.187.0mVMPabVTabRP76.21094.7105.3 0583.29.1583.832.4.86. 75.0 误差：
13、%（3）用三参数普遍化关联 （ 用维里方程关联， ）rVMPa76.2， ， 635.043.08.6752CrP9.051rT查图 2-122-13： ， .0Z.1Z784.045.21 MPaVRTP 65.219.1387.03误差： %64.32-14. 容积 1m3 的贮气罐，其安全工作压力为 100 atm，内装甲烷 100 kg，问：1）当夏天来临，如果当地最高温度为 40时，贮气罐是否会爆炸？（本题用 RK 方程计算）2）上问中若有危险，则罐内最高温度不得超过多少度？ 3）为了保障安全，夏天适宜装料量为多少 kg？ 4）如果希望甲烷以液体形式储存运输，问其压缩、运输的温度必须
14、低于多少度？ 解：1）甲烷的临界参数为 ： Tc = 190.6 K , Pc = 4.6 MPaa = 0.42748 =0.42748 = 3.22175.2Rp65.2210.4938b = 0.08664 = 0.08664 =2.985c. 5V = =1.6 10 /mol160343m又 T = 40 =)(5.0bVabRp)10985.2106.(.15.373198.216.34 44.05 = 1.401 = 138.3 atm p 安 = 100 atmPa7故 储气罐会发生爆炸。2-16. 乙烷是重要的化工原料，也可以作为冷冻剂。现装满 290 K、2.48 MPa
15、乙烷蒸气的钢瓶，不小心接近火源被加热至 478 K，而钢瓶的安全工作压力为 4.5 MPa，问钢瓶是否会发生爆炸？ （用RK 方程计算）解：由附录查得乙烷的临界参数。TC=305.4K，P C=4.884MPa，V C=1.4810-4 m3/mol; =0.098，1）T=290K，P=2.48MpaT r=T/Tc=0.95 Pr=P/Pc=0.51使用普遍化第二维里系数法。 79501382011 382475930304282461.TPRBz .)(./.rC.mol/.V34624795（验证： 使用普遍化第二维里系数法是正确的。 ）2108.r2)T=478K, Tr=478/3
16、05.4=1.5652解法 1：普遍化第二维里系数法。 190309812356703924410 .BRTcP)/(. . Vz mol/.178456则 MPa.BRTP 784108751073245解法 2：R-K 方程2506 6522289 108434470mol/)KPa(. .C. l/. ./.RTbC35 614 05186).(. )bV(TabRp. 544505450 10729172948861729738 =54.597105-7.1341105=4.746Mpa答：由于钢瓶的实际压力大于其安全工作压力，因此会发生爆炸。2-17. 作为汽车发动机的燃料，如果 1
17、5 、0.1013 MPa 的甲烷气体 40 m3 与 3.7854 升汽油相当，那么要多大容积的容器来承载 20 MPa、15 的甲烷才能与 37.854 升的汽油相当？解:查表得：甲烷 Tc=190.6K , Pc=4.60MPa利用 RK 方程计算： 2.560.52a0.4783RamKol531.6.9TcblP对于 15、0.1013MPa 的甲烷气体：1/2()RaVb51/258.34.3.10908.(9810)V 利用 Excel“单变量求解” 工具或者直接迭代法得 V=0.0236 31moln 甲烷 =40694.2l与 37.854L 汽油相当时需 n甲烷 =1694
18、9 mol对于 20MPa、15的甲烷：1/2()RTaPVbb 51/2 58.34.3.20908.(9810)V 利用 Excel“单变量求解” 工具得 531.8VmolV 总 =53694.80.6nm2-18. 试用下列三种方法计算 250、 水蒸气的 Z 与 V。20kPa（1）截取至三项的维里方程，其中的维里系数是实验值： , 31152.cmolB62580cmolC（2）用普遍化第二维里系数关系式。(3) 用水蒸气表。解：（1）用维里截断式（2-27）1352.0kmolB 261058.kmolC， 2325.01VVZ PZRTV取理想气体为初值： kolPRT/174
19、9.21054.83630迭代： .92.81.2 .098779433 20 VZVZ所以： kmol/660(其实用式（2-29）求出 ，再用 + 求解更方便，不用迭代，解法CB1z2PCB见习题 2-19。)（2）用普遍化维里截断式（2-44）计算。KTC3.647MPaC05.234.083.5r 97.5,2Cr5102.4.03.610rTB 2815.0.13.024rTB67.85.4.10 RPC931.0.760.rTBZkmolPZRTV /0268.1025334.89.036(3) 用水蒸气表计算：查表得过热蒸汽： ， Ct05gV/14.3则： kolMV8214.
20、68 923.0RTPVZ2-19. 用下列方程求 200， 1.0133 MPa 时异丙醇的压缩因子与体积：(1) 取至第三维里系数的 Virial 方程，已知B=-388 ， C=-26000 3-1cmol 6-2cmol(2) 用普遍化第二维里系数关系式。 （T C=508.2 K，P C=4.762 MPa，=0.7）解：1） 1860391547380 a.RTB 2142622 0 Pa.).()(C又 +1z2PB即 84010310140130639 25458. ).(. 又 RTPVz mol/. 35104310310748即压缩因子 z=0.8884；体积 V=3.4
21、510-3m3/mol2）：.278476rcP则14.24.207017.3939.093(.)rBT7.50.93182rCT01.6 1.6042.83.30.39(.9)rBT010.39.7(0.9324)0.5CBPRT.181.45.9CrPzT又 RV 350.895.3147.4810/0z molP即压缩因子 z=0.8959，体积 V=3.47810-3m3/mol2-21 一个 0.5 m3 压力容器，其极限压力为 2.75 MPa，若许用压力为极限压力的一半，试用普遍化第二维里系数法计算该容器在 130时，最多能装入多少丙烷？已知：丙烷Tc 369.85K，P c4.
22、249MPa， 0.152。解：实际的使用压力为 2.75/21.375MPa则；T r T/Tc（273.15130.）/369.851.090PrP/P c1.375/4.2490.3236普遍化第二维里序数法适用。B00.0830.422/T r1.60.0830.422/1.090 1.60.2846B10.1390.172/T r4.20.1390.172/0.3236 4.20.1952molcPZRTVrCC /21375.1403.8907. 907.61 314.52.01.2846.0310 对于丙烷，其摩尔质量为 M=44，则; W=n M=0.5x106/(2211x1000)x44=9.950kg即，最多约可装入 10kg 丙烷。2-24. 估算 150时乙硫醇的液体摩尔体积。已知实验值为 。乙硫醇的物性为3-10.95mkol， ， ， ， 的饱和液体密度为49CT49.5CpMPa3-10.27mkolCVC02。38kgm解：用改进的 Rackett 方程时： 02137.62乙 硫 醇 587.04923RrT
