化工热力学A(答案)

化工热力学 考试试卷A〔答案与评分标准〕

考试方式： 闭卷笔试 本试卷考试分数占学生总评成绩的 70 %

一、选择题〔此题20分，每题2分〕 1 6 B A 2 7 A D 3 8 B A 4 9 C A 5 10 C C 二、判断题〔此题10分，每题1分〕 1 6 × × 2 7 × × 3 8 × × 4 9 √ × 5 10 × √ 三、填空题〔此题10分，每空1分〕

1. 相同，重叠，分开，汽液共存区，蒸汽压，沸点 2. 3, 2

3. 与研究态同温、同组成的理想气体混合物 4.

232x1x13 2评分标准：每空1分，除了数字必须完全和以上参考答案相同以外，只要和以上参考答案相近的表达都可以视为正确答案。 四、计算题〔此题50分，每题10分〕

1. 容积1m3的贮气罐，其平安工作压力为100 atm，内装甲烷100 kg，问： 当夏天来临，如果当地最高温度为40℃时，贮气罐是否会爆炸？〔此题用RK方程计算，RK方程为：

pRTa62，方程的参数a = 3.2217MPacmmol；b = VbV(Vb)b(Vb)52.98510m3mol1。〕

解：100kg甲烷的物质的量为：

n1001000g 〔2分〕

16g/mol6250mol 〔1分〕

1m3摩尔体积V 〔2分〕

6250mol1.6104m3mol1 〔1分〕

根据PR方程，40℃〔313.15K〕下，1m3的贮气罐其压力应该为：

pRTa0.5VbTV(Vb)

=

8.314313.153.2217 〔2分〕 450.54451.6102.98510313.151.610(1.6102.98510)= 1.40110Pa = 138.3 atm > 100 atm 〔1分〕

7故储气罐会发生爆炸。 〔1分〕 评分标准：公式和计算方法对但数值略有过失的不扣分；直接代入数据，不写公式且计算正确也得分；仅仅写出公式并罗列数据，但没有计算结果或结果不准确的酌情给分。 2. 现需配制25℃的甲醇〔1〕-水〔2〕混合液500cm3，甲醇的摩尔分数为0.3，问需要水和甲醇各多少毫升？ 工程 甲醇 水

纯物质摩尔体积〔cm3/mol〕

40.727 18.068

偏摩尔体积〔cm3/mol〕

38.632 17.765

解：要配置甲醇的摩尔分数为0.3的混合液500cm3，其摩尔体积

Vx1V1x2V2 〔2分〕 0.338.6320.717.76524.025cm3mol1 〔2分〕那么500 cm3混合液总的物质的量为：

n500 20.81mol 〔2分〕

24.025需要甲醇和水的体积分别为：

V10.3nV10.320.8140.727254.26cm3 〔2分〕 V20.7nV20.720.8118.068263.20cm3 〔2分〕评分标准：公式和计算方法对但数值略有过失的不扣分；直接代入数据，不写公式且计算正确也得分；仅仅写出公式并罗列数据，但没有计算结果或结果不准确的酌情给分。 GE0.458x1x2和3. 环己烷〔1〕－苯〔2〕体系在40℃时的超额吉氏函数是RTss**ˆlˆl〔b〕H1,2,H2,1；(c)1。 P,2124.6,P224.3kPa，求〔a〕1,2,f1,f2,f；

GE解：〔a〕由于lni是的偏摩尔性质，由偏摩尔性质的定义知

RT

nGERTln1n1T,P,n22 〔2分〕 0.458x2同样得到

ln20.458x12 〔1分〕

ˆlflxPsx24.6xe0.458x22 〔1分〕 f11111111同样得

ˆlflxPsx24.3xe0.458x12 〔1分〕 f22222222〔b〕

H1,2f1*1同理H2,1f2*2

由〔c〕的计算结果可得H1,2和H2,1

(c)由 lni*lnilnilnilimlni得到lni* 〔1分〕

xi0*2 ln10.458(x21) 〔1分〕* ln20.458(x121) 〔1分〕

H1,2f11*f2*224.6x1ee20.458x220.458(x21) 〔1分〕

2H2,124.6x1e0.458x1e20.458(x11) 〔1分〕

评分标准：公式和计算方法对但数值略有过失的不扣分；直接代入数据，不写公式且计算正确也得分；仅仅写出公式并罗列数据，但没有计算结果或结果不准确的酌情给分。 4. 测得甲醇(1)-水(2)系统的无限稀释活度系数分别是12.04和21.57，求与x1=0.3603、T=308.15K的液体混合物相平衡的气相组成是多少？系统的压力为多少？液相的

ss活度系数用Wilson模型计算。其中P127.824KPa,P25.634KPa。

二元Wilson模型为：

1221ln1ln(x1x212)x2xxxx12122121

1221ln2ln(x2x121)x1xx1212x2x121解：首先利用无限稀活度系数求出模型参数

ln1ln2.041ln1221 2

〔分〕ln2ln1.571ln2112解出：120.43738 〔2分〕

211.11598写出方程形式

ln1ln21221ln(x112x2)x2xxxx112222110.437381.11598ln(x10.43738x2)x2x0.43738xx21.11598x1122112ln(x221x1)x1xxxx221111221.115980.43738ln(x21.11598x1)x1x1.11598xx10.43738x221 〔2分〕

得到11.2190 ,21.1038 〔2分〕

ss pp1x11p2x2216.21kPa 〔1分〕

p1sx11 y10.7538 〔1分〕

p评分标准：公式和计算方法对但数值略有过失的不扣分；直接代入数据，不写公式且计算正确也得分；仅仅写出公式并罗列数据，但没有计算结果或结果不准确的酌情给分。 5. 有一水泵每小时从水井抽出1892kg的水并泵入储水槽中，水井深61m，储水槽的水位离地面18.3m，水泵用功率为3.7KW的电机驱动，在泵送水过程中，只耗用该电机功率的45％。储水槽的进、出水位的质量流量完全相等，水槽内的水位维持不变，从而确保水作稳态流动。在冬天，井水温度为4.5 ℃，为防止水槽输出管路发生冻结现象，在水的输入管路上安设一台加热器对水进行加热，使水温保持在7.2 ℃，试计算此加热器所需净输入的热量。水的热容为CP4.18410JkgK。

3-1-1解：流动体系由水井、管路、泵、加热器和储水槽组成。 计算基准：以一小时操作记，

稳流过程：QWsmshgz12 u 〔2分〕

2gz9.8179.3777.933kJkg-1 〔1分〕

12u02 〔1分〕

N3.71030.45 Ws3168.08Jkg-13.168kJkg-1 〔2分〕

Q1892/36003-1-1C4.18410JkgKP 水热容：

hCPT4.1841037.24.511296.8kJkg-1 〔2分〕

1Qmwsmhgzu2

218923.16811.2970.77816851.7kJh-18.906kJkg-14.68kJs-1 〔2分〕

评分标准：公式和计算方法对但数值略有过失的不扣分；直接代入数据，不写公式且计算正确也得分；仅仅写出公式并罗列数据，但没有计算结果或结果不准确的酌情给分。 五、图示题 〔此题10分，每题10分〕

1. 请简要说明改良Rankine循环的三种方法？请在T-S图上予以表示。

答：〔1〕提高蒸汽的过热温度：在相同的蒸汽压力下，提高蒸汽的过热温度时，可使平均吸热温度相应地提高。 〔1分〕

〔2〕提高蒸汽的压力：水的沸腾温度随着蒸汽压力的增高而升高，故在保持相同的蒸汽过热温度时，提高水蒸汽压力，平均吸热温度也会相应提高。 〔1分〕

〔3〕采用再热循环：再热循环是使高压的过热蒸汽在高压透平中先膨胀到某一中间压力(一般取再热压力为新汽压力的20~25%)，然后全部引入锅炉中特设的再热器进行加热，升高了温度的蒸汽，进入低压透平再膨胀到一定的排气压力。 〔2分〕

〔2分〕〔2分〕

〔2分〕

评分标准：按以上给分要点批阅，只要表达的内容和答案大意相符即给分；只说出要点或产生原因表达不完整的酌情扣分；仅仅为长篇表达，那么按照上述的给分点酌情给分。