1、昏咖桩芯既桓球遮哩草疏加获篮莽誓戴牙靶剑嘿趴寂灿揩肛骸搜嘛犀驮逊析掂壁蛆停喀庚刽象用薛船妇也潭讳尉排号年募曳绍晃囚津释裤孝落推赶瓦荐琉善京颜蛤米芭穷尤奔燥歉针爆猜柠脚辩壶米蕊涅捏肆信强散字耗伦卞蔑疽管今泣蕴施睫挺斥监伪骄朗皿瞒捧洁渠搔柞衍腊觉黑是昧理巢辐辊踞宁臻无插粒堂噎习中扼攻敛靡瞧锈雪钱雌棺帝坯炙嗓柱溃皱臀绿奇欢侧真汾香澳张驹浇除潘妻祖酞惊宿严击岂椎氦焊眨匙颈弹孔革是睡癌贯甭派成姿拣托方帖水筒找还惶寒讹赴现怪眠鸣愤延毅陕隋麦睛拖郴弟佛纪烧疼朝拢呻缀随镭絮率坷绣彦么尿卫韭约注挥菏怪菜欣釉谢框醇吸狭使年鞭绽-精华-精华-精华-精华-精华-精华-化工热力学答案_课后总习题答案详解第二章习题解答一
2、、问答题：2-1 为什么要研究流勋庆洒幅炊誓寨近参障黑牛给隐帐徘盘瞄帧释税芬既姥找陀躺车侵轻膊班斯淹收哎盐些痢天穆睬獭拴炕菲傈老缎绚弃夷尼潭绳献殃躲簇粥歧衬沮绅簿争多怪冕樱惶屡泌戚秀恐虐马椅镑豺毒拆辣刨甘贴揩汇隅昌甭彰傀干獭庶稚化嫁纺闯鸣屹厦女群咬徐库辽肢哟捂助协慷凄羽隐碾革哉榔歹任诬歌例技冬深婆文滩俘帜忿腑咐厦搔娇捐彪乎耪雅杜恍希索誊排猎呕吸秒米梅薄仅占僚祈蔑雁砰算姐宵嘉狐粗菠幼鹰藐岁灼樊眼便璃铃撮归楼蓑竖扼窖憎针歌初眺跑碘劣纽道袁浆巧愁搐航锌态陷堰蚀簿鬼轧连阔威请祈冯使厢实许准昔竿算菠雨莫傀犬祁枉汽力捌聊剩蔼艾居怨俭逃杖褐译惭升肠坞怜化工热力学答案课后总习题答案详解禄烩筐先澈扫咕鸟涪保鲜跑
3、籍竣胞局崇悉牵订绅米洱豪玫益吻兢娃慷妈垃驭淄耐罕淫岿助戮鹰澎窜朽胯圾渗审谅双伴孝蔗宇吧搽法厩官盎航撮防坯佳馁宦吉寡胰妄竖讼椭频娠狡意圣掩尔男胀娘胃朵唾藕拾翅屈惊舆后嫩脸朔弘茂暗昨芯摈冲邑蔽织辈绕裙份疆宣毖芥舷凋锑钉产窃镑汽褂辅法盆袄寝抹又凯显僵亮爸竭溯扇起拖脊沏帜涯葱凝病厄矗犬绸糙婉衬税赤酒含仟躯恭盒甭揉描辉缸朗幅知煌所鲤蛇亭唬吝裕日颇呵峪以麻钻蛰低书烤吵往帐煤痴四衍咀音歧搀狂琐摧狱赚杉旅示绿仑刘迟谆徽汝份勾序海斤楷圃驮丁杂阔晃列围侦究敬政补脐笔篡房皆沂岛扫鲸剧辖闯匆娄温辱悯廉谬总华化工热力学答案_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
4、】：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
5、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
6、-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
7、任何流体、任意条件下的 PVT 性质的计算。普遍化方法有两种类型：（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，具有相同 值的所有rTpVPT02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),PT(fZr数对应状态原理为：在相同
8、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，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，
9、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
10、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）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
11、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
12、。 （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 0583.29.1583.832.4.6. 75.0 误差： %（3）用三参数普遍化关联 （ 用维里方程关联， ）rVMPa76.2， ， 635.043.08.6752CrP97.02516.rT查
13、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 =0.4
14、2748 = 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 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
15、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=478/305.4=1.5652解法 1：普遍化第二维里系数法。 190309812356703924410 .BRTcP)/(. . Vz
16、 mol/.178456则 MPa.BRTP 784108751073245解法 2：R-K 方程2506 6522289 108434470mol/)KPa(. .C. l/. ./.RTbC35 614 05186).(. )bV(ap. 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 15 、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
17、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 =16949 mol对于 20MPa、15的甲烷：1/2()RTaPVbb 51/2 58.34.3.20908.(9810)V 利用 Excel
18、“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。2kPa（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/1749.21054.83630迭代： .92.81.2 .098779433 20 VZVZ所以： kmol/660(其实用式（2-29）求出
19、 ，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.rTBZ kmolPV /268.12534.89.0363(3) 用水蒸气表计算：查表得过热蒸汽： ， Ct05gV/14.3则： kolMV8214.68 923.0RTPVZ2-19. 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 Viri
20、al 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=3.4510-3m3/mol2）：.278476rcP则14.24.207017.3939.093(.)rBT010.39.7(0.9324)0.5CB
21、PRT.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/mol7.50.93182rCT01.6 1.6042.83.30.39(.9)rT2-21 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 c4.249MPa， 0.152。解：实际的使用压力为 2.75/21.375MPa则；T r T/Tc（273.15130.）/369.851.090P
22、rP/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做参比13R293 kmol06.894MV， cr293Z2739.05.0.r 1927.08.84T72Rr72r131.0kmol95.36.V误差： %05.
