第六章 化工过程能量分析
1.
气体经过稳流绝热过程，对外作功，如忽略动能和位能变化，无摩擦损失，则此过程气体焓值 ( ).
A. 增加 B ． 减少 C ．不变 D. 不能确定 2. 要加热50℃的水，从热力学角度，用以下哪一种热源，损失功最小（ ）
A.60℃的热水
B.80℃的热水
C.100℃的饱和蒸汽，
D. 120℃的过热蒸汽 3.
不可逆过程中孤立体系的（ ）
A.总熵总是增加的，有效能也是增加的。
B.总熵总是减少的，有效能也是减少的。
C.总熵是减少的， 但有效能是增加的。
D. 总熵是增加的，但有效能是减少的。 4.
一封闭体系经过一变化，体系从25℃恒温水浴吸收热量8000kJ ，体系熵增25kJ/K ，则此过程是( )。
A. 可逆的
B.不可逆的
C. 不可能的 5. 在431.15K 与286.15K 之间工作的热机的最大效率是 （ ）
A. 91.77%
B.50.70%
C. 33.63%
D.39.67%
6.
体系从同一初态到同一终态，经历二个不同过程，一为可逆过程，一为不可逆过程，此二过程环境熵变存在（ ）。 A ．（ΔS 环）可逆< （ΔS 环）不可逆 B. （ΔS 环）可逆 >（ΔS 环）不可逆
C ．（ΔS 环）可逆 = （ΔS 环）不可逆
D ．（ΔS 环）可逆= 0 7. 按第二定律，无论什么过程体系的熵变 。
A.≤0
B.≥0
C.=0
D.不确定
8. 在孤立体系中，因不可逆性导致作功能力损失。公式孤立S T W L ??=0（式中0T 为环境温度）是从传热过程推出的 。
A ．仅适用传热过程 B. 也适用传质过程 C ． 也适用流动过程 D. 任何过程都行 9. 体系经不可逆循环又回到初态，则热温商的循环积分__________ A <0 Ｂ =０ C >0
10. 关于做功和加热本领的描述，不正确的是（ ）
A 压力相同，过热蒸汽的做功本领比饱和蒸汽大。
B 温度相同，高压蒸汽的作功本领比低压蒸汽强。
C 温度相同，高压蒸汽的加热能力比低压蒸汽强。
D 放出的热相同，高温高压蒸汽的作功本领比低温低压蒸汽的大。
11. 非流动过程的理想功W id 等于（T.P. △V 为体系温度，压力及体积变化，T 0、P 0为环境
温度，压力）。
A). △U B) △U-T 0△S C) △U-T △S+P △V D)△U-T 0△S+P 0△V
12. 损失功也是过程可逆与否的标志，因此有：
A) W L =T 0*△S 体 B)W L =T 0*△S 环 C)W L =T 0*△S 总 D)W L =-T 0*△S 总
13. 体系由状态1（P 1,T 1）可逆变化到状态2（P 2,T 2），该过程用△E X 的变化等于。
A)W id B)W L C)-W id D)T 0△S 总
14. 同一热机在夏天的热机效率比在冬天的热机效率（ ）
A. 相同
B.低
C.高
D.不一定 15. 500℃恒温热源下100KJ 的热量所具有的有效能为 。（T 0=298K ）
A. 100KJ
B. 约40KJ
C. 约60KJ
D. 约20KJ 16. 卡诺制冷循环的制冷系数与( )有关。
A. 制冷剂的性质
B. 制冷剂的工作温度
C. 制冷剂的循环速率
D. 压缩机的功率 17. 任何体系在一定状态下的有效能是从所处状态达到与环境相平衡的可逆过程中，对外界
作出的最大功。
A ） 正确 B) 错误
18. 有效能是系统的一种热力学性质。因此，系统某个状态的有效能的数值与环境状态无关。
A ） 正确 B) 错误
19. 压力相同时，过热蒸汽的有效能较饱和蒸汽大，因此其做功的本领也较大。
A ） 正确 B) 错误
20.温度相同时，高压蒸汽的有效能较低压时蒸汽大，所以通常用高压蒸汽作为工艺加热之
用。
A）正确B) 错误
21.蒸汽在透平机作可逆绝热膨胀，体系和环境总的有效能是守恒的。
A）正确B) 错误
22.根据能量守恒定律，在不消耗外部能量的前提下，功可以自发的全部转化为热，热可以
完全自发的转化为功。
A）正确B) 错误
23.热力学效率表示能量利用真实过程与可逆过程的差距，因此，热力学效率必然小于1。
A）正确B) 错误
24.要对化工过程进行节能改进，就必须对理想功、损失功、热力学效率进行计算和热力学
分析
A）正确B) 错误
25.根据热力学第一定律，对某过程或系统的能量衡算，不仅能确定能量的数量利用率，而
且能全面地评价能量利用情况。
A）正确B) 错误
26.一定状态下体系的有效能是体系由该状态达到与时此过程理想功。
27.体系经过不可逆过程，则过程熵变一定大于过程的商。
28.纯物质T-S图两相区水平线段（结线）长度表示大小。
29.单位质量稳流体系能量平衡方程是。
30.稳流体系熵方程中熵产生是体系内部所引起的。
31.体系由一状态到另一状态变化过程中以___方式进行时的功效应，称为此过程的理想功。
32.能量平衡是以热力学为基础，有效能平衡是以热力学为基础。
33.能量平衡是反映系统中能量的利用情况，有效能平衡是反映系统中能
量的利用情况。
34.根据热力学的观点，体系与环境间由于_____作推动力而传递的能量称为热，热力学第
一定律的数学表达式是___________规定体系吸热为正值，放热为负值，体系得功为正值，对环境做功为负值。
35.对稳定流动体系单位质量能量的平衡方程式是_________.
36.当单位质量流体稳定流经水平、等径的阀门时，其能量平衡方程式可以简化为____
37.当单位质量的流体经过绝热节流膨胀（忽略功、能和位能的变化）其能量守恒方程——
38.节流式正气量热计用于测量湿蒸汽的干度，其原理是是么？
39.卡诺定理的主要内容是是么？
40.热力学第二定律的表达式是_________
41.孤立体系的熵增表达式是__________
42.从热力学的角度分析某流体流动装臵必须遵循哪三个原理？
43.什么是理想功、损失功？
44.理想功的两个基本条件是是么？
45.考察理想功的作用是什么？
46.在化工过程中，动能、位能变化不大的稳定流动过程理想功W id表达式可简化为什么？
47.稳定流动体系物流的有效能E X的基本计算式为：___________
48.在T-S图上1-2-3-4表示卡诺循环，问卡诺循环效率用面积比如何表示
T
1 2
4 3
1'2'S
49.单位质量稳定流动体系能量平衡方程是______________________________________。
流体经常通过喷嘴获得高速气体（超音速），该高速气体的速度为_______________。计算题
1.(12分)有一股热水流经一段管道，由于保温不良，温度由90℃下降到80℃，
试求此流动过程中，每千克水的理想功和损失功。假设管道的压降可忽略，水的热容C p =4.186kJ/kg K，环境温度T0=298K。
2.(12分)试求1kmol，300K的空气，由0.1MPa等温可逆压缩到10MPa的轴功和理想功。环
境温度取T0为298K。
3.(10分)0.1013Mpa的饱和水蒸汽被绝热压缩至0.3Ｍpa，280℃，蒸汽流率为1000Kg/h，环
境温度25℃，计算:
(１)压缩机的功率
(２)理想功和热力学效率
0.1013MPa饱和水蒸汽的焓值和熵值分别为:
H1=2676.1kJ·kg-1S1=7.3549 kJ·kg-1·K-1。
0.3MPa和280℃过热蒸汽的焓值和熵值分别为:
H2=3028.6kJ·kg-1 S2=7.6299 kJ·kg-1·K-1
4.(12分)(1)气体由20℃，2.0m3 (状态1)经绝热过程到150℃，1m3(状态2)，输入功为100kJ，
求其内能变化？
（2）初态同（1），经恒容过程加热到150℃（状态3），需热量95kj，问此过程内能变化如何？
（3）（2）中处于状态3的气体经等温压缩到1.0m3（状态2），同时移走185kj热量，问其内能变化如何？需功若干？（本题按封闭体系计算）
5.(12分)压力0.689Mpa, 温度260?C的过热蒸汽，以一定线速度进蒸汽动力装臵透平作功，
乏气为0.138MPa，设此为可逆绝热膨胀过程。求：
（1）每kg蒸汽的轴功（不计动能变化）；
（2）进、出蒸汽的有效能（不计动能变化）；
（3）有效能效率ηex
6.(12分)氨冷凝器用冷却水将气态氨冷凝为液氨，冷凝器进出口参数：氨进口：383k，
1.2MPa，H1=1897kJ/kg，S1=9.010KJ/（kg.K）
氨出口：305k，1.2MPa，H2=565.2kJ/kg，S2=4.689KJ/（kg.K）
水进口：293k，0.1MPa，H3=84.10kJ/kg，S3=0.297KJ/（kg.K）
水出口：303k，0.1MPa，H4=125.81kJ/kg，S4=0.435KJ/（kg.K）
假设冷凝器与周围环境无热交换，环境温度T0=298K。试求：
(1)冷凝1Kg汽氨耗用冷却水量（4分）；
(2)冷凝1Kg汽氨总损耗功（8分）。
7.(13分)化工生产中需0.1MPa，80℃热水用于设备保温，此热水由0.2MPa，175℃水蒸汽
通入0.1MPa，20℃冷水在热水槽中混合得到。请计算：
（1）制备1吨热水需用多少冷水和水蒸汽？
（2）此混合过程理想功和损失功是多少（按1吨热水计）？
（3）如果用0.1MPa ，95℃热水代替水蒸气制备0.1MPa ，80℃热水，那么损失功又是多
少（按1吨热水计）？
(4) 比较（2）和（3）的结果，哪一个损失功小？为什么？
设混合过程热损失可忽略，环境温度是20℃。 有关数据列于下：
热水（80℃ ） 热水（95℃） 冷水（20℃） 水蒸气（175℃）
H （kJ/kg ） 334.91 397.96 83.96 2819.7 S （kJ/（kg K ）） 1.0753 1.2500 0.2966 7.3931
8. （10分）设有压力为1.013MPa 、 6.868MPa 、 8.611MPa 的饱和蒸汽和1.013MPa ， 573K
的过热蒸汽和8.611MPa ，573K 的饱和水，若这些蒸汽和水经充分利用后，最后排出0.1013MPa ， 298K 的冷凝水（即环境状态）。
（1）将它们做功本领从大到小排序，并说出如此排序的理由。（不需要计算） （2）简要阐述如何合理利用蒸汽。
（3）计算3#（序号见下表）饱和蒸汽的有效能E x 。
(4) 若将3##
9. (12分) 试求将1kg ，0.6MPa 的空气，按如下条件变化时的热量变化，以及有效能变化。
取环境温度为25℃（298K ）。 （1）等压下由-38℃加热至30℃； （2）等压下由30℃冷却至-170℃。
10. (12分)有一台空气压缩机，为气动调节仪表供应压缩空气，平均空气流量为500m 3〃h -1，
进气初态为25℃，0.1Mpa ，压缩到0.6Mpa ，假设压缩过程可近似为绝热可逆压缩，试求压缩机出口空气温度，以及消耗功率为多少？
11. (12分)一汽缸活塞装臵中以气体经过不可逆过程后，内能增加了32kJ ，在此过程中，体
系从540K 的贮热器接受热量100KJ ，然后又经过一可逆过程回到始态，此过程也只在体系与540K 的贮热器之间发生，已知经此两过程后，贮热器的熵变为0.01KJ/K ，试计算 （1），在第一个不可逆过程中，体系所做的功 （2），在第二个可逆过程中所传递的热量 （3），在第二个可逆过程中体系所做的功
12. (12分)设有1mol 理想气体在恒温下由10atm ，300k 经不可逆膨胀至1atm 时所做的功是
1kcal ，计算t S
和W l （环境温度T 0
=300k ，按稳流体系考虑） 13. (16分)试比较如下几种水蒸汽，水和冰的有效能大小。设环境温度为298K 。 0.15MPa ，160℃，过热蒸汽； 0.3MPa ， 160℃，过热蒸汽； 0.07MPa ，100℃，过冷蒸汽； 100℃，饱和蒸汽；
0.1MPa ，100℃，饱和水； 0.1MPa ，0℃，冰。
14. (10分)某人称其能用100℃的饱和水蒸汽，提供140℃的热能，且每公斤水蒸汽可供热量
1800kJ 〃kg -1。请验证其可靠性。
参考答案
26 环境基态完全平衡 27 热温商 28 汽化熵
29 ?H+1/2?u 2+g ?Z=Q+W S 30 不可逆性 31 完全可逆
32 第一定律；第二定律 33 量；品质
34 温差 △U ＝Q ＋W
35 △H ＋1/2△U 2+g △z=Q+W s 或△H ＋△E k ＋△E p ＝Q ＋W s 36 △H ＝Q 37 △H ＝0
38
采用节流原理，当湿蒸汽充分节流后变为过热蒸汽，测定过热蒸汽的温度、压力得知过热蒸汽的焓值，从而求得湿蒸汽的干度。 39 所有工作于等温热源和等温冷源之间的热机，以可逆热机效率最大，所有工作于等温热
源和等温冷源之间的可逆热机其效率相等，与工作介质无关。 ηmax ＝1－T2/T1 40 ds ≥δQ/T 41 ds ≥0
42 质量守恒 能量守恒 熵增原理
43 理想功是指体系的状态变化是在一定的环境条件下按完全可逆的过程进行时，理论上可
以产生的最大功或者必须消耗的最小功。损失功时指给定相同的状态变化时的不可逆实际功与理想功之间的差值。 Wl=W ac -W id
44 1）体系内部一切变化可逆2）体系只与温度为T 0的环境进行可逆的热交换。 45 理想功是一个理论的极限值，用来比较实际功的标准。 46 w id = △H-T 0△S
47 E X =(H-H 0)-T 0(S-S 0)=T 0*△S-△H
48
12121234''面积面积 49 Δh + Δu 2/2 + gΔz = q+ w S ； 计算题
1. (12分)W L = W id = 7．033 kJ/kg
2. (12分)解：由空气的T-S 图可查得，在300K 下，各压力状态下的焓值和熵值如下： 0.1MPa ，H 1=13577 kJ 〃kmol -1
S 1=126 kJ 〃kmol -1〃K -1 10MPa ，H 2=1300 kJ 〃kmol -1
S 2=87 kJ 〃kmol -1〃K -1 稳流系统 ΔH=Q-W S
2u )=
可逆过程 W S =Q rev -ΔH
其中可逆热Q rev =T ΔS=T （S 2-S 1）=300×（87-126）=-11700 k J 〃kmol -1
所以
111123)135771300(11700-?-=---=?-=kmol kJ H Q W rev S
理想功
H S T W id ?-?=0
1
11045)1357713000()12687(298-?-=---?=kmol kJ
计算结果表明，等温下将空气从0.1MPa 压缩至10MPa 时，其消耗的理想功比可逆轴功要少一些，这是因为压缩时放出的热量可逆地传递给环境，环境获到了部分功，消耗的功最少。
3. (10分)(1) Ws= H 1- H 2=2676.1-3028.6=-352.5 kJ·kg -1
(2) W id =T 0△S-△H=298.15(7.6299-7.3549)-(3028.6-2676.1)=-270.4 kJ·kg -1 4. (12分)解： 对封闭体系 W Q U +=? （1） kj W Q 100,0== kj W Q U 1001=+=?∴
（2）此过程为恒容过程 ， W=0
kj Q U 952==∴?
（3）20c ?，2.0m 3 (1) 1501
??
??→??U 绝热，c ? ,1m 3(2)
容
恒
2
U ?
3
U ?
等温
150c ? (3)
U 是状态函数
∴kj U U U 595100213=-=?-?=?
又
kj Q 185-=
∴ kj U Q W
19051853=+=?+-=
,kJ U 1001=? kJ U 952=?， kJ U 53=?，W=190kJ
5. (12分)解：
(1)按等熵s 1=s 2 蒸汽进1点出2点，x=(s 2-s 2f )/(s 2g -s 2f )=(7.155-1.404)/(7.252-1.404)=0.9834 H 2=H 2g x 2+H 2f (1-x 2)=2689.1*0.9834+0.0166*456.3=2652kg/kJ W S =( H 1- H 2)=-(2975.4-2652)=-323.4kg/kJ 忽略动能变化，W S =323.4 kg/Kj
（2）B 1=?H 1-0+T?S 1-0=（2975.4-84.98）-293*（7.155-0.2964）=2890.4-2009.6=880.8 kg/Kj B 2=（2562-84.98）-293*（7.155-0.2964）=2567-2009.6=557.4 （3）ηB =∑B -/∑B +=（│W s │+B 2）/B 1=（323.4+557.4）/880.8=100% 忽略动能变化
6. (12分).第一定律，Q=0，W=0，?H=0，1*（1897-565.22）=G 水（125.81-84.1） G 水=31.93kg
氨冷凝器作孤立体系，
?S L =G 水?S 水+1*?S 氨
=31.93（0.435-0.297）+（4.689-9.010）=0.0853kJ/kg 氨冷凝水
W L =T 0?S L =298*0.0853=25.41 kJ/kg 氨冷凝水
7. (13分)（1）334.1 * 1000 = 83.96 * （1000 - m 汽）+ 2819.7 * m 汽 ， m 汽= 91.73 kg 8. (10分)（1）3#>2#>1#>4#
因为温度压力越高，蒸汽的作功本领越大；温度相同时，压力越高，蒸汽的作功本领越大；压力相同时，温度越高，蒸汽的作功本领越大； 任何温度压力下的饱和蒸汽比任何温度压力下的饱和水作功本领大。
（2）应尽可能利用高压蒸汽来做功，低压蒸汽来加热。 （3）
300303()()298(0.3674 5.787)(104.92783)1063/x E T S S H H KJ Kg =---=---=43043()()(13442783)298(3.2534 5.787)684/id W H H T S S KJ Kg =---=---=-
9. (12分)解：由空气的T-S 图可查得0.6MPa 下各温度状态的焓及熵值如下： -38℃（235K ），H 1=11620 J 〃mol -1 S 1=104 J 〃mol -1〃K -1 30℃（303K ），H 2=13660 J 〃mol -1
S 2=111 J 〃mol -1〃K -1 -170℃（103K ），H 3=7440 J 〃mol -1 S 3=77 J 〃mol -1〃K -1
（1）等压加热热量 ()kJ Hp 3.701162013660291
=-?=
?
有效能变化
01
2040298111104158629x E H T S kJ ?????=-=
?-?-=-?
?(). （2）等压冷却热量
kJ Hp 5.214)136607440(291
-=-?=
?
有效能变化
01
622029877111134929x E H T S kJ ?????=-=
?--?-=?
?(). 10.
(12分)解：对绝热过程 ΔH=-W s
初、终态的焓值可以查空气的有关图表得到，也可以从气体的P-V-T 关系式求得。由于压力不高，此时空气可当成理想气体处理。多变指数k 7
2725145
p v
C R R C =
==
=(/)/(/). 可导出理想气体绝热可逆过程的轴功式
??????-?-=-1)(111211k k s P P V P k k W ??????-???--=-1)1.06.0(101.014.14.14.11
4.16
kW 5.32-=
压缩时温度变化关系式为：
K P P T T k
k 2.497)
1
.06
.0)(27325()
(4
.114.11
1
212=+==--
即为224℃，可见出口温度太高，需要在压缩机的出口装上冷却器，通常在压缩机出口
有一缓冲罐，在此对空气进行冷却降温。
如果出口压力较高，则不能当成理想气体处理，真实气体的PVT 性质是可以通过状态方程准确计算的。 11. (12分)解：（1）因为W Q U +=?
所以W 1=-Q 1+
kJ U 68321001-=+-=?
(2) 因为?S 贮=-Q 体系1 /T 贮 - Q 体系2 /T 贮=0.01
Q 体系2= -Q 体系1-? S
贮T 贮=-100 -5.4= -105.4kJ （3）循环过程：
kJ U U U U U 3201221-=-=∴=+=?????
所以kJ
U Q W 4.73)32(4.105222
=-+=?+-=
答：（1）第一个不可逆过程中体系所做的功为：-68kJ
（2）在第二个可逆的过程中所传递的热量 -105.4kJ （3）在第二个可逆过程中体系所做的功为 73.4kJ
12. (12分)解：因为是理想气体恒温，所以0=?U （即
=+=?W Q U ）
所以Q 体=-W al =-（-1）kcal/mol=4.186*103j/mol
所以
环
S ?=Q 环/T 环= -Q 体/T 环= -4186/300= -13.95j/mol.k
体
S ?= -Rln(P 2/P 1)= -8.314*ln(1/10)=19.14J/mol.k 所以
总
S ?=
环
体S S ?+?= -13.95+19.14=5.19J/mol.k
W l =T 0总
S
?=300*5.19=1557Jmol.k 答：总熵变为5.19j/mol.k
损失功为1.557kj/mol
13. (16分)解：由水和水蒸汽性质表可查得各状态点的焓和熵值，设298K ，液态水为基准态，
有效能为0。
根据有效能计算式：
0000
x x E E H H T S S -=---()()
的焓值虽不如低压蒸汽高，但是其有效能却比低压蒸汽为高。实际使用中，当然高压蒸汽的使用价值高，相对称为高品质能量。
14. (10分)解：热泵可以提高热能的温度，其原理采用某工质，使其在低于环境的温度下蒸
发，即从环境吸入热量，再压缩到较高压力，在高于环境温度下冷凝放热，达到供热的目的。0.1MPa ，100℃的饱和水蒸汽，若取298K ，液态水为基准态，其有效能 00
026762104892987361403674x E H H T S S =---=--?-()()(..)(..) 1
1.487-?=kg kJ
热能的有效能为： 1
02981118005012140273x Q T E Q kJ kg T -????=-
=-?=? ? ?+?
???,. 487.1<501.2，显然这一说法是不可行的，实际过程中热损耗是不可避免的，二者之间的
差距更大。
第六章习题 1）苯酚（C 6 H 5 OH）（A）和对甲酚（C 6 H 4 （CH 3 ）OH）（B）的饱和蒸汽压数据为： 温度 ℃ 苯酚蒸汽压 kPa 对甲酚蒸汽压 kPa 温度 ℃ 苯酚蒸汽压 kPa 对甲酚蒸汽 压 kPa 113.7 10.0 7.70 117.8 11.99 9.06 114.6 10.4 7.94 118.6 12.43 9.39 115.4 10.8 8.2 119.4 12.85 9.70 116.3 11.19 8.5 120.0 13.26 10.0 117.0 11.58 8.76 试按总压P=75mmHg（绝压）计算该物系的“t—x—y”数据。此物系为理想物系。 t0C p A 0kPa p B 0kPa x A x B 113.7 10.0 7.70 1.0 1.0 114.6 10.4 7.94 0.837 0.871 115.4 10.8 8.2 0.692 0.748 116.3 11.19 8.5 0.558 0.624 117.0 11.58 8.76 0.440 0.509 117.8 11.99 9.06 0.321 0.385 118.6 12.43 9.39 0.201 0.249 119.4 12.85 9.70 0.0952 0.122 120.0 13.26 10.0 0.000 0.000 2）承第1题，利用各组数据，计算 ①在x=0至x=1围各点的相对挥发度α i ，取各α i 的算术平均值α，算出α对 α i 的最大相对误差。 ②以平均α作为常数代入平衡方程式算出各点的“y—x i ”关系，算出由此法得 出各组y i 值的最大相对误差。 t0C 113.7 114.6 115.4 116.3 117.0 117.8 118.6 119.4 120.0
化工过程分析与合成考点 1、什么叫过程： （1）客观事物从一个状态到另一个状态的转移。【过程】 （2）在工艺生产上，对物料流进行物理或化学的加工工艺称作过程工艺。【过程工艺】 （3）以天然物料为原料经过物理或化学的加工制成产品的过程。 化工过程包括：原料制备、化学反应、产品分离 （4）由被处理的物料流联接起来，构成化工过程生产工艺流程。 （5）【最重要的单元过程】化学反应过程、换热过程、分离过程、输送过程、催化反应过程 （6）【化学反应过程举例】热裂解反应过程、电解质溶液离子反应过程生化反应过程、分散控制 （7）【过程控制技术发展历程】计算机集中控制、集散控制（我国多）、现场总线控制 第二章、化工过程系统稳态模拟与分析 【模块】模型和算法，一是要建模，二是这个模型的算法，两者组一起才能算作模块。 【单元模型类型】理论模型、经验模型、半经验模型。 【什么叫稳态（化工过程稳态模拟）】各个工艺参数状态量不随时间而发生变化的叫做稳态。 【么叫模拟】对过程系统模型进行求解就叫模拟。 【过程系统模拟可以解决哪些问题（会画图）】（1）过程系统模拟分析问题；（2）过程系统设计问题；（3）过程系统参数优化问题。 过程系统模拟分析问题：已知决策变量输入，已知过程参数，求输出，是一个正向求解问题，最简单的模型。 2）过程系统设计问题：已知输出设计结果，已知过程参数，求决策变量输入；看起来是已知输出求输入，实际上是假设输入猜值去计算输出与已知输出进行比较再调整猜值进行计算。只能单项求解，从左到右
3)过程系统参数优化问题：过程系统模型与最优化模型联立求解，得到一组使工况目标函数最佳的决策变量，从而实施最佳工况。 【过程系统模拟三种基本方法，及其优缺点】（1）序贯模块法（不适于解算设计、优化问题，只适于模拟问题（2）面向方程法（3）联立模块法（同时有（1）、（2）的优点） 【单元模块】是依据相应过程单元的数学模型和求解算法编制而成的子程序。具有单向性特点 【断裂】通过迭代把高维方程组降阶为低维方程组的办法。它适用于不可分割子系统； 【不可分割子系统】过程系统中，若含有再循环物流，则构成不可分割子系统。 【断裂基本原则】1) 切割流线总数最少、2) 切割流线所含变量数最少、3) 切割流线的总权重最小、4) 环路切割的总次数最少 【简单回路】包含两个以上流股，且其中的任何单元只被通过一次。矩阵：行→回路；列→物流。 【适合于收敛单元应满足要求：】（1）对初值的要求不高、（2）数值稳定性好、（3）收敛速度快、（4）占用计算机存储空间少 【面向方程法（适用于线性化，非线性方程组先线性化）】 第四章、化工过程系统的优化 【最优化问题包括要素（内容）】（1）目标函数（2）优化变量（3）约束条件（4）可行域 【可行域】满足约束条件的方案集合，构成了最优化问题的可行域。 【最优解】过程系统最优化问题是在可行域中寻求使目标函数取最小值的点。 【最优化问题的建模方法】机理模型、黑箱模型、混合模型 【系统最优化方法的分类】无约束最优化与有约束最优化、、线性规划LP（目标函数约束条件全部都为线性函数称为线性规划，剩一个为非线性函数为非线性规划、单维最优化和多维最优化、解析法与数值法、可行路径法与不可行路径法 【标准型】目标函数值一定是最小值、约束条件中没有不等式约束，全是等式约束、所有的变量全是非负条件 第七章、换热网络合成 【换热网络合成】通俗地讲就是将物流匹配在一起，充分利用热物流去加热冷物流，提高系统的热回收，以便尽可能地减少辅助加热与辅助冷却负荷。 【换热网络合成目的】让某一个物料从初始温度到目标温度（一定要达成）、尽可能的回收余热、尽可能的减少换热设备数。 【温度区间求夹点（会画温度区间表）】将热物流的起始温度与目标温度减去最小允许温差△Tmin，然后与冷物流的起始、目标温度一起按从大到小排序，构成温度区间。 【夹点】在温度区间中，高温度区间向低温度区间传递的热量为零的点，不是接受热量为零的点（判断） 对于热公用工程是260C。,对于冷公用工程是250C。。 物理意义：温焓图上组合曲线垂直距离最低的点。 【夹点的三个特性】能量特性、位置特性、传热特性
复习提纲：第六章 配位滴定法 1. 配位滴定法概述 配位反应的定义及相关术语（掌握）；无机配位剂的特点，逐级稳定常数K ，累计稳定常数?，各级配合物的型体分布公式及优势型体的判断（掌握）；有机配位剂的特点，乙二胺四乙酸的特点及其标准溶液的配制及注意事项（掌握） 2. 副反应及条件稳定常数 副反应系数及条件稳定常数的计算（掌握） 3. 配位滴定曲线 滴定曲线的横纵坐标；sp 时：? M? ?=? Y? ?=()' MY sp K /M c ；? M ??? Y ?（掌握） 影响配位滴定突跃的因素（与强碱滴定弱酸相似）及配位滴定可行性条件（掌握）； 最高允许酸度和最低允许酸度的计算（掌握）；辅助络合剂的作用（掌握） 4. 金属指示剂 作用原理、基本要求及适用pH 范围的确定（掌握）；指示剂变色点等相关内容（了解）；配位滴定中控制pH 的目的及使用缓冲液的原因（了解）；间接指示剂的原理（掌握）；指示剂使用时的注意事项（掌握） 5. 混合离子的选择性测定 控制酸度法：?lgK+?lgc?6 （E t ?%，?pM?=?）；?lgK+?lgc?5 （E t ?%，?pM?=?）（掌握）；配位、沉淀、氧化还原掩蔽法和其他氨酸配位剂（掌握课件的例子） 6. 配位滴定的方式及应用 直接滴定、返滴定、置换滴定和间接滴定（掌握课件的例子） 一、单选题（共20小题） 1. 以EDTA 为滴定剂，下列叙述中哪项是错误的（ ） A.在酸度较高的溶液中，可能形成MHY 络合物 B.在碱度较高的溶液中，可能形成MOHY 络合物 C.不论形成MHY 或MOHY 均有利于滴定反应 D.不论形成MHY 或MOHY 均不有利滴定反应 2. 配位滴定中，关于EDTA 的副反应系数?Y(H)的说法中正确的是（ ） A. ?Y(H)随酸度的减小而增大 B. ?Y(H)随pH 值增大而增大 C. ?Y(H)随酸度增大而增大 D. ?Y(H)与pH 值的变化无关 3. 在非缓冲溶液中用EDTA 滴定金属离子时，溶液的pH 值将（ ） A. 与金属离子种类有关 B. 降低 C. 不变 D. 升高 4. 以EDTA 滴定同浓度的金属离子M ，已经在滴定终点时?pM?=?，K?MY =，若要求误差TE?%，则被测离子M 的最低原始浓度是多少？ A. 0.010 mol?L -1 B. mol?L -1 C. mol?L -1 D. mol?L -1 5. 当M 与N 离子共存时，欲以EDTA 滴定其中的M 离子，若c M =，要准确滴定M （E?%，?pM?=）则要求△lgK（lgK MY －lgK NY ）值至少大于（ ） A. 6 B. 5 C. 7 D. 4
6-1 已知在101.3 kPa(绝对压力下)，100 g 水中含氨1 g 的溶液上方的平衡氨气分压为987 Pa 。试求： (1) 溶解度系数H (kmol ·m -3·Pa -1)； (2) 亨利系数E(Pa)； (3) 相平衡常数m ； (4) 总压提高到200 kPa(表压)时的H ，E ，m 值。 （假设：在上述范围内气液平衡关系服从亨利定律，氨水密度均为1000 3/m kg ） 解：（1）根据已知条件 Pa p NH 987*3= 3/5824.01000 /10117 /13m kmol c NH == 定义 333*NH NH NH H c p = () Pa m kmol p c H NH NH NH ??==-34/109.5333 （2）根据已知条件可知 0105.018 /10017/117 /13=+= NH x 根据定义式 333*NH NH NH x E p = 可得 Pa E NH 41042.93?= （3）根据已知条件可知
00974.0101325/987/* *33===p p y NH NH 于是得到 928.0333*==NH NH NH x y m （4）由于H 和E 仅是温度的函数，故3NH H 和3NH E 不变；而 p E px Ex px p x y m ====** ，与T 和p 相关，故309.0928.03 1' 3 =?=NH m 。 分析（1）注意一些近似处理并分析其误差。 （2）注意E ，H 和m 的影响因素，这是本题练习的主要内容之一。 6-2 在25℃下，CO 2分压为50 kPa 的混合气分别与下述溶液接触： (1) 含CO 2为0.01 mol/L 的水溶液； (2) 含CO 2为0.05 mol/L 的水溶液。 试求这两种情况下CO 2的传质方向与推动力。 解： 由亨利定律得到 * 2 250CO CO Ex kPa p == 根据《 化工原理》 教材中表 8-1 查出 ()kPa E CO 51066.1252?=℃ 所以可以得到 4 *1001.32 -?=CO x 又因为 ()()345 25/10347.318 1066.11000 22 2m kPa kmol EM H O H O H CO ??=??= ≈ -ρ℃ 所以得
第六章习题和典型例题分析 第六章 色谱法 典型例题解析 例1．在1m 长的填充色谱柱上，某镇静药物A 及其异构体B 的保留时间分别为5.80min 和6.60min,峰底宽度分别为0.78min 及0.82min,空气通过色谱柱需1.10min 。计算 （1）组分B 的分配比 （2）A 及B 的分离度 （3）该色谱柱的平均有效理论塔板数和塔板高度 （4）分离度为1.5时,所需的柱长 解：（1） 00.510 .110.160.6)('=-=-==M M R M R t t t t t k （2） 00.182.078.0)80.560.6(2) (22 1)1()2(=+-=+-=Y Y t t R R R （3） 2'16）（有效 Y t n R = 581)78.010.180.5( 162=-=A n 720)82.010.160.6( 162=-=B n 6502 720581=+=平均n （4） 有效有效有效）（H r r R n H L ?-=?=21,21 ,22116 =m 56.215.0)17 .45.57.45 .5(5.1162=?-? 例2．采用内标法分析燕麦敌1号试样中燕麦敌的含量时，以正十八烷为内标，称取 燕麦敌试样8.12 g,加入正十八烷 1.88g,经色谱分析测得峰面积2 0.68mm A =燕麦敌, 20.87mm A =正十八烷。已知燕麦敌以正十八烷为标准的定量校正因子40.2=i f ,计算试样 中燕麦敌的百分含量。 解：此法为内标法 %4.43%10012 .810.8788.140.20.68%100%100%=?????=?=?=m f A m f A m m c S S S i i i i
第六章 化工生产分析 1、 某试样仅含有NaOH 和Na 2CO 3 ，称量0.3515g 试样需要35.00ml 浓度为0.1982mol/L 的HCl 标准溶液滴定到酚酞变色。试计算试样中NaOH 和Na 2CO 3质量分数。 解： NaOH 和Na 2CO 3的混合物，盐酸首先与NaOH 反应。 酚酞：NaOH + HCl = NaCl + H 2O Na 2CO 3 + HCl = NaHCO 3 + NaCl 所以酚酞变色时，盐酸与NaOH 和Na 2CO 3反应均为1:1，故设NaOH 和Na 2CO 3物质的量为x ，y ，则有： 3101982.035-??=+y x =0.006937 3515.0106*40*=+y x 所以： x = 0.005817 y = 0.00112 %20.66)(=NaOH W %80.33)(32=CO Na W 2、 称取可溶性氯化物样品0.2266g ，加入30 mL 浓度为0.1120mol/L 的AgNO 3标准溶液， 过量的AgNO 3用0.1185mol/LNH 4SCN 标准溶液滴定，消耗6.50 mL 。试计算试样中氯的质量分数。 解： m o l NO A N 4 3 -3107025.71185.01050.6)g (-?=??=过量 m o l NO A N 34 3 -31059.2107025.7-1120.01030)g (--?=???=实际 实际（)()3AgNO N Cl N = 所以： %58.40%1002266 .05 .351059.2()()(3=???== -样品）m Cl m Cl W
习题解答 2-1（1）d=n-m n=4(c+2) m=c+c+1+1=2c+2 d=4(c+2)-(2c+2)=2c+6 给定流入流股：2(c+2) 平衡级压力：1 所以没有唯一解 （2）存在热损失n=4(c+2)+1 m= =2c+2 d=2c+7 给定2c+5 所以没 有唯一解 （3）n=2(c+2)+2+2+1=2c+9 m=1+c+2=c+3 d=c+6 给定进料：c+2 冷却水进口温度：1 所以没有唯一解 2-2（1）N v=3(c+2) （2）物料衡算：F i Z Fi=Vy Fi+Lx Fi (i=1,2……c) 热量衡算：FH F=VH V+LH L 相平衡：y Fi=k i x Fi (i=1,2……c) 温度平衡：T V=T L 压力平 衡：P V=P L （3）N e=2c+3 （4）d= N v- N e=c+3 （5）进料（c+2）和节流后的压力（1） 2-3N x u 压力等级数 1 进料变量数 2(c+2)=4+3=7 合计9 N a u 串级单元数 1 回流分配器 2 侧线采出单元数 2 传热单元数 5 合计15 N v u=9+15=24 d=24 给定的不满足要求，还需给定入塔混合物的温度，两塔的操作压力，塔2 的回流比。 2-4N x u 压力等级数N+M+1+1+1(N 和M 为两个塔的塔板数) 进料变量数c+2 合计c+N+M+5 N a u 串级单元数 4 回流分配器 4 侧线采出单元数 1 传热单元数 4 合计10 N v u= c+N+M+5+10= c+N+M+15
d= c+N+M+15 2-5 2-6 2-7 简捷算法：Reflex Ratio：-1.3 Light Key：Methanol 0.95 Heavy Key：Ethanol 0.1585 Pressure：Condenser：1.9 公斤Reboiler：1.8 公斤 最小回流比为：3.529 实际回流比：4.588 最小理论板数：14.47 实际板数：26.18 进料板：10.47 逐板计算：27 块塔板，11 板进料，塔顶采出：31.67kmol/hr，回流比：4.6
第一章：流体流动与输送机械 例1-10，例1-13，例1-16，例1-17 习题：1-17, 1-20，1-28 第三章：传热 例3-2，例3-4，例3-10（1）、（2），例3-11，例3-14 1. 某厂精馏塔顶冷凝器中有Φ25× 2.5mm 的冷却水管60根，长2m ，蒸气在管外冷凝，管内是冷却水，流速为1m/s,冷却水进出口温度分别为20℃,40℃，试求： （1） 管壁对冷却水的表面传热系数。 （2） 管内壁温度。 （3） 该厂有一台与上述冷凝器传热面积相同，但管数为50根，管径仍为Φ25×2.5mm 的 换热器作为备用，问合用否？（水的物性可视为不变，用量相同） 已知：定性温度（C ?30）下水的物性：37.995m kg =ρ，s Pa ??=-310801.0μ，)C m W ??=618.0λ，()C kg J c p ???=310174.4 解 （1） 43104.2486110801.07.995102.0>=???==-μ ρ du R e 41.5618 .010801.010174.43 3=???==-λμp r c P 4.08.0023.0r e u P R N = ()C m W P R d r e ??=???==458541.54.2486102 .0618.0023.0023.04.08.04 .08.0λα （2） ()m w t t A Q -=α ()C t A Q t m w ?=+???-??????=+=3.7530202.04585204010174.47.99502.04132ππα (3)设冷却水的质量流量为m q 根601=n ，()60111U n U A n q u m ===ρ 根502=n ,()50222U n U A n q u m ===ρ 8.0u ∝α
一、选择题 1．如果要求分析结果的相对误差在 0.1%以下，使用万分之一分析天平称取试 样时，至少应称取（ ）A. 0.1g B. 0.2g C. 0.05g D. 0.5g 解：选B 。根据下列公式可求得最少称样量： 相对误差×100% 试样质量 绝对误差 万分之一分析天平称量的绝对误差最大范围为±0.0002g ，为了使测量时的相对 误差在±0.1%以下，其称样量应大于0.2g 。 2．从精密度好就可断定分析结果准确度高的前提是（ ）A. 随机误差小 B. 系统误差小 C. 平均偏差小 D. 相对偏差小解：选B 。精密度是保证准确度的先决条件，精密度差说明测定结果的重现性 差，所得结果不可靠；但是精密度高不一定准确度也高，只有在消除了系统 误差之后，精密度越高，准确度才越高。 3．下列有关随机误差的论述不正确的是（ ）A.随机误差具有可测性 B.随机误差在分析中是不可避免的 C.随机误差具有单向性 D.随机误差是由一些不确定偶然因素造成的 解：选C 。分析测定过程中不可避免地造成随机误差。这种误差可大可小，可 正可负，无法测量, 不具有单向性。但从多次重复测定值来看，在消除系统 误差后，随机误差符合高斯正态分布规律，特点为：单峰性、有限性、对称 性、抵偿性。 4．下列各数中，有效数字位数为四位的是（ ）A. 0.0030 B. pH=3.24 C. 96.19% D. 4000 解：选C 。各个选项的有效数字位数为：A 两位 B 两位 C 四位 D 不确定 5．将置于普通干燥器中保存的Na 2B 4O 7.10H 2O 作为基准物质用于标定盐酸的浓 度，则盐酸的浓度将（ ） A.偏高 B.偏低 C.无影响 D.不能确定解：选B 。普通干燥器中保存的Na 2B 4O 7·10H 2O 会失去结晶水，以失水的 Na 2B 4O 7·10H 2O 标定HCl 时，实际消耗V （HCl ）偏高，故c （HCl ）偏低。
【关键字】环境 第5章化工过程的能量分析 一、是否题 1．系统熵增加的过程必为不可逆过程。 错 2．绝热过程必是定熵过程。 错 3. 热温熵即过程的熵变。 错。过程熵变的定义为，即可逆过程的热温商才是熵变。 4．对一个绝热不可逆过程，是否可以设计一个绝热可逆过程来计算其熵变化？ 否。绝热不可逆过程是自发过程，而绝热可逆过程是平衡过程，两者不能替代。但是对一个不可逆过程的熵变，可以设计一系列可逆过程来计算有相同初、终态的过程熵变。 5. 不可逆过程一定是自发的，自发过程一定是不可逆的。 否。自发过程一定是不可逆的，但不可逆过程不一定是自发的。例如：理想气体的等外压压缩就不是自发过程，但是不可逆过程。 6. 功可以全部转变成热，但热一定不能全部转化为功。 否。功可以自发地全部变为热，热也可以全部转化为功，但一定会引起其他变化。例如，理想气体等温膨胀是ΔT=0；ΔU=0，Q=W，热全部转化为功，但系统的体积变大了，压力变小了。 7. 无论流体的温度高于或低于环境温度，其有效能均为正 对。根据热力学原理，一切不平衡状态均走向平衡，可以作功。因此所有偏离环境温度的状态应具有正的有效能。 二、选择题 1．理想气体流过节流阀，其参数变化为。 A ⊿T ＝0, ⊿S＝0 B ⊿T ＝0, ⊿S＞0 C ⊿T ≠ 0, ⊿S＞0 D ⊿T ＝0, ⊿S＜0 (B)。系统工质经历一个可逆定温过程，由于温度没有变化，故该系统不能与外界交换能量。2．（1）孤立体系的熵永远增加。 （2）在绝热的条件下，趋向平衡的过程中，体系的熵增加。 （3）孤立体系的熵永不减少。 （4）可用体系的熵函数的增加或不变来判断过程是否可逆。 上述表述中全部错误的是 A (1) (4) B (2) (4) C (2) (3) D (1) (2) A。(1) 孤立体系的自发过程向着熵值增大的方向进行，直到体系的熵具有极大值（dS = 0）时达到平衡态。(4) 熵增原理必须在孤立体系或绝热体系中应用。 3．在△H＋g△Z＋0.5△u2=Q+Ws中，如果u的单位用m/s,则H的单位为: A J/s B kJ/kg C J/kg D kJ/g ( C ) 三、填空题 1能量衡算式一般形式 2封闭体系能量衡算式 3稳定流动体系能量衡算式 4非流动体系理想功的计算式或者
第六章习题 1）苯酚（C6H5OH）（A）和对甲酚（C6H4（CH3）OH）（B）的饱和蒸汽压数据为： 温度 ℃苯酚蒸汽压 kPa 对甲酚蒸汽压 kPa 温度 ℃ 苯酚蒸汽压 kPa 对甲酚蒸汽 压 kPa 试按总压P=75mmHg（绝压）计算该物系的“t—x—y”数据。此物系为理想物系。 t0C p A0kPa p B0kPa x A x B 2）承第1题，利用各组数据，计算 ①在x=0至x=1范围内各点的相对挥发度αi，取各αi的算术平均值α，算出α对αi的最大相对误差。 ②以平均α作为常数代入平衡方程式算出各点的“y—x i”关系，算出由此法得出各组y i值的最大相对误差。 t0C
t0C x i0 y i0最大误差= 3）已知乙苯（A）与苯乙烯（B）的饱和蒸汽压与温度的关系可按下式算得： 式中p0的单位是mmHg，T的单位是K。 问：总压为60mmHg（绝压）时，A与B的沸点各为多少℃在上述总压和65℃时，该物系可视为理想物系。此物系的平衡汽、液相浓度各为多少摩尔分率
4）苯（A）和甲苯（B）混合液可作为理想溶液，其各纯组分的蒸汽压计算式为 式中p0的单位是mmHg，t的单位是℃。 试计算总压为850mmHg（绝压）下含苯25%（摩尔百分率）的该物系混合液的泡点。 5）试计算总压为760mmHg（绝压）下，含苯、甲苯（摩尔分率）的混合蒸汽的露点。若令该二元物系降温至露点以下3℃，求平衡的汽、液相摩尔之比。
6）有一苯（A）、甲苯（B）、空气（C）的混合气体，其中空气占2%，苯与甲苯浓度相等（均指摩尔百分数），气体压强为760mmHg（绝压）。若维持压强不变，令此三元物系降温至95℃，求所得平衡汽相的组成。A、B组分均服 从拉乌尔定律。已知95℃时，。 设X A 算得的X‘A 7）常压下将含苯（A）60%，甲苯（B）40%（均指摩尔百分数）的混合液闪蒸（即平衡蒸馏），得平衡汽、液相，汽相摩尔数占总摩尔数的分率——汽化率（1-q）为。物系相对挥发度α=，试求：闪蒸所得平衡汽、液相的浓度。
（各位同学：以下题目来自各高校考研卷，插图来自几米《照相本子》，祝做题愉快^_^） 第一章绪论 1 （中科院2012）标准溶液是指已知浓度的溶液；得到标准溶液的方法有直接法和标定法。 2. （北京大学2013期末考试）滴定分析存在终点误差的原因--------------------------------------------------------------- ( A ) (A) 指示剂不在化学计量点变色(B) 有副反应发生(C) 滴定管最后估读不准(D) 反应速度过慢 第二章采样和分解 1 （北科大2011）现测定牛奶中蛋白质含量的国标方法（GB/T5009. 5 –2003）采用的是凯氏定氮法：(1).简述凯氏定氮法的基本原理。P35页倒数第二段 (2).解释加“三聚氰胺”可以使蛋白的检测值提高的原因。 三聚氰胺结构式：，据此可知三聚氰胺含氮量高，而克达尔法无法将其中的N和蛋白质中的N加以区分，造成测得数值偏高。 (3).从分析化学角度，你认为如何能够检测出蛋白质的真值？谈谈你的看法。 *（仅作了解），利用质谱、色谱技术的联用。 亲爱的老师，你永远不会知道， 教师墙角有一个小洞。风会吹过来，雨会泼进来， 可以看见蝴蝶在花间飞舞，彩虹浮现， 可以看见独角兽飞上过弦月， 流星不断地划过夜空，太空战士登陆火星。 亲爱的老师，这些我永远不会让你知道…… 第三章化学计量学 1. （2013北科大）以下关于随机误差的叙述正确的是： B A、大小误差出现的概率相等 B、正负误差出现的概率相等 C、正误差出现的概率大于负误差 D、负误差出现的概率大于正误差 2.（厦门大学2007）对置信区间的正确理解是：（B） （A）一定置信度下以真值为中心包括测定平均值的范围 （B）一定置信度下以测定平均值为中心包括总体平均值的范围 （C）总体平均值落在某一可靠区间的概率 （D）一定置信度下以真值为中心的可靠范围 3 （中科院2012）某人测定纯明矾后报出结果，μ=±（%）（置信度为95%），你对此表达
6-1 已知在 kPa(绝对压力下)，100 g 水中含氨1 g 的溶液上方的平衡氨气分压为987 Pa 。试求： (1) 溶解度系数H (kmol ·m -3·Pa -1)； (2) 亨利系数E(Pa)； (3) 相平衡常数m ； (4) 总压提高到200 kPa(表压)时的H ，E ，m 值。 （假设：在上述范围内气液平衡关系服从亨利定律，氨水密度均为 10003/m kg ） 解：（1）根据已知条件 Pa p NH 987*3= 3/5824.01000 /10117 /13m kmol c NH == 定义 333*NH NH NH H c p = () Pa m kmol p c H NH NH NH ??==-34/109.5333 （2）根据已知条件可知 0105.018 /10017/117 /13=+= NH x 根据定义式 333*NH NH NH x E p = 可得 Pa E NH 41042.93?= （3）根据已知条件可知 00974.0101325/987/* *33===p p y NH NH 于是得到 928.0333*==NH NH NH x y m （4）由于H 和E 仅是温度的函数，故3NH H 和3NH E 不变；而 p E px Ex px p x y m ====** ，与T 和p 相关，故309.0928.03 1' 3 =?=NH m 。 分析（1）注意一些近似处理并分析其误差。 （2）注意E ，H 和m 的影响因素，这是本题练习的主要内容之一。
6-2 在25℃下，CO 2分压为50 kPa 的混合气分别与下述溶液接触： (1) 含CO 2为 mol/L 的水溶液； (2) 含CO 2为 mol/L 的水溶液。 试求这两种情况下CO 2的传质方向与推动力。 解： 由亨利定律得到 * 2 250CO CO Ex kPa p == 根据《 化工原理》 教材中表 8-1 查出 ()kPa E CO 51066.1252?=℃ 所以可以得到 4 *1001.32 -?=CO x 又因为 ()()3 45 25/10347.318 1066.1100022 2m kPa kmol EM H O H O H CO ??=??= ≈ -ρ℃ 所以得 3 4*/0167.05010347.32 22m kmol p H c CO CO CO =??==- 于是：（1）为吸收过程，3/0067.0m kmol c =?。 （2）为解吸过程，3/0333.0m kmol c =?。 分析 （1）推动力的表示方法可以有很多种，比如，用压力差表示时： ① kPa H c p CO CO CO 9.2910347.301 .04 * 2 22 =?= = - 推动力 kPa p 1.20=?（吸收）
第六章酸碱滴定 萧生手打必属精品 1.写出下列各酸的共轭碱:H2O,H2C2O4,H2PO4-,HCO3-,C6H5OH,C6H5NH3+,HS-,Fe(H2O)63+,R-NH+CH2COOH、答:H2O的共轭碱为OH-;; H2C2O4的共轭碱为HC2O4-; H2PO4-的共轭碱为HPO42-; HCO3-的共轭碱为CO32-;; C6H5OH的共轭碱为C6H5O-; C6H5NH3+的共轭碱为C6H5NH2; HS-的共轭碱为S2-; Fe(H2O)63+的共轭碱为Fe(H2O)5(OH)2+; R-NH2+CH2COOH的共轭碱为R-NHCH2COOH。 2、写出下列各碱的共轭酸:H2O,NO3-,HSO4-,S2-,C6H5O-,C u(H2O)2(OH)2,(CH2)6N4, R—NHCH2COO-,COO- C O O- 。 答:H2O的共轭酸为H+; NO3-的共轭酸为HNO3; HSO4-的共轭酸为H2SO4; S2的共轭酸为HS-; C6H5O-的共轭酸为C6H5OH C u(H2O)2(OH)2的共轭酸为Cu(H2O)3(OH)+; (CH2)6N4的共轭酸为(CH2)4N4H+; R—NHCH2COO-的共轭酸为R—NHCHCOOH, COO- C O O- 的共轭酸为COO- C O O-H 3．根据物料平衡与电荷平衡写出(1)(NH4)2CO3,(2)NH4HCO3溶液的PBE,浓度为c(mol·L-1)。 答:(1)MBE:[NH4+]+[NH3]=2c; [H2CO3]+[HCO3-]+[CO32-]=c CBE:[NH4+]+[H+]=[OH-]+[HCO3-]+2[CO32-] PBE:[H+]+2[H2CO3] +[HCO3-]=[NH3]+[OH-] (2)MBE:[NH4+]+[NH3]=c; [H2CO3]+[HCO3-]+[CO32-]=c CBE:[NH4+]+[H+]=[OH-]+[HCO3-]+2[CO32-] PBE:[H+]+[H2CO3]=[NH3]+[OH-]+[CO32-] $4.写出下列酸碱组分的MBE、CEB与PBE(设定质子参考水准直接写出),浓度为c(mol·L-1)。 (1)KHP (2)NaNH4HPO4(3)NH4H2PO4(4)NH4CN 答:(1)MBE:[K+]=c
第6章蒸馏 6-1.苯（A ）和甲苯（B ）的饱和蒸气压数据为 苯的饱和蒸气压 p A /kPa 甲苯的饱和蒸 气压p B / kPa 80.2 101.33 39.99 84.1 113.59 44.4 88.0 127.59 50.6 92.0 143.72 57.6 96.0 160.52 65.66 100 179.19 74.53 104 199.32 83.33 108 221.19 93.93 110.4 233.05 101.33 根据上表数据作101.33kPa 下苯和甲苯溶液的t - y - x 图及y 一 x 图。此溶液服从 拉乌尔定律。 解: 80.2 1.0 1.0 84.1 0.823 0.925 88.0 0.659 0.83 9 2.0 0.508 0.72 96.0 0.376 0.596 100 0.256 0.453 104 0.155 0.304 108 0.058 0.123 110.4 0 0 P - P B P A X A 0 0 ； y A X A P A F B 6-2 .利用习题6-1的数据 （1 ）计算相对挥发度：?。（2）写出平衡方程式。 3）算出y-x 的一系列平衡数据与习题1作比较 （答：（1） :一2.44, （ 2） y = 2.44X ） 1 + 1.44x 解: ⑴：■ 80.2 2.53 1.0 1 84.1 2.56 0.823 0.919 88.0 2.52 0.659 0.825 92.0 2.50 0.508 0.716 96.0 2.44 0.376 0.595 100 2.40 0.256 0.456 104 2.39 0.155 0.309 108 2.36 0.058 0.131 110.4 2.30 0 0 P A
第5章 化工过程的能量分析 一、是否题 1．系统熵增加的过程必为不可逆过程。 错 2．绝热过程必是定熵过程。 错 3. 热温熵Q T 即过程的熵变。 错。过程熵变的定义为Q S T ?=可逆，即可逆过程的热温商才是熵变。 4．对一个绝热不可逆过程，是否可以设计一个绝热可逆过程来计算其熵变化？ 否。绝热不可逆过程是自发过程，而绝热可逆过程是平衡过程，两者不能替代。但是对一个不可逆过程的熵变，可以设计一系列可逆过程来计算有相同初、终态的过程熵变。 5. 不可逆过程一定是自发的，自发过程一定是不可逆的。 否。自发过程一定是不可逆的，但不可逆过程不一定是自发的。例如：理想气体的等外压压缩就不是自发过程，但是不可逆过程。 6. 功可以全部转变成热，但热一定不能全部转化为功。 否。功可以自发地全部变为热，热也可以全部转化为功，但一定会引起其他变化。例如，理想气体等温膨胀是ΔT=0；ΔU=0，Q=W ，热全部转化为功，但系统的体积变大了，压力变小了。 7. 无论流体的温度高于或低于环境温度，其有效能均为正 对。根据热力学原理，一切不平衡状态均走向平衡，可以作功。因此所有偏离环境温度的状态应具有正的有效能。 二、选择题 1．理想气体流过节流阀，其参数变化为 。 A ⊿T ＝ 0, ⊿S ＝ 0 B ⊿T ＝ 0, ⊿S ＞ 0 C ⊿T ≠ 0, ⊿S ＞ 0 D ⊿T ＝ 0, ⊿S ＜ 0 (B)。系统工质经历一个可逆定温过程，由于温度没有变化，故该系统不能与外界交换能量。 2．（1）孤立体系的熵永远增加。 （2）在绝热的条件下，趋向平衡的过程中，体系的熵增加。 （3）孤立体系的熵永不减少。 （4）可用体系的熵函数的增加或不变来判断过程是否可逆。 上述表述中全部错误的是 A (1) (4) B (2) (4) C (2) (3) D (1) (2) A 。 (1) 孤立体系的自发过程向着熵值增大的方向进行，直到体系的熵具有极大值（dS = 0）时达到平衡态。(4) 熵增原理必须在孤立体系或绝热体系中应用。 3．在△H ＋g △Z ＋0.5△u 2=Q+W s 中，如果u 的单位用m/s,则H 的单位为: A J/s B kJ/kg C J/kg D kJ/g ( C ) kg J kg m N s kg m kg s m =?=??=2222 三、计算题
名词解释 1.夹点的意义 （夹点处，系统的传热温差最小（等于ΔT min ），系统用能瓶颈位置。夹点处热流量为 0 ，夹点将系统分为热端和冷端两个子系统，热端在夹点温度以上，只需要公用工程加热（热阱），冷端在夹点温度以下，只需要公用工程冷却（热源）；） 2、夹点技术 夹点技术是以热力学为基础，从宏观角度分析过程系统中能量流沿温度的分布，从中发现系统用能的“瓶颈”所在，并给与解瓶颈的方法。 夹点设计法三条原则： （1）应该避免有热流量穿过夹点 （2）夹点上方应该尽量避免引入公用工程冷却物流 （3）夹点下方应该尽量避免引入公用工程加热物流 夹点匹配的可行性规则及经验规则 3、过程系统能量集成 过程系统综合是以合理利用能量为目标的全系统能量综合问题，它从总体上考虑过程中能量的供求关系以及系统结构，操作参数的调优处理，已达到全过程系统能量的优化综合。（以用能最小化为目标的考虑整个工艺背景的过程能量综合） 设备在系统中的合理放置： （1）分离器与过程系统热集成时，分离器穿越夹点是无效的热集成； （2）分离器完全在夹点上方或完全在夹点下方均是有效的热集成。 （3）热机不穿越夹点的设置，是有效的热集成。 （4）热泵穿越夹点的设置是有效热集成。 4、过程用能一致性原则 利用热力学原理，把反应、分离、换热、热机、热泵等过程的用能特性从用能本质的角度统一起来，把全过程系统能量综合问题转化为有约束的化热网络综合问题。 5、利用夹点分析进行过程系统能量集成，调优策略的原则： 设法增大夹点上方总的热流股的热负荷，减少总的冷流股的热负荷；设法减少夹点下方总的热流股的热负荷，增大总的冷流股的热负荷。即所谓的“加减原理”。 6、化工过程系统模拟 采用一反映研究对象本质和内在联系，与原型具有客观一致性，可再现原型发生的本质过程和特性的模型，来进行设计和研究原型过程的方法。 （对于化工过程，在计算机上通过数学模型反映物理原型的规律） 三种基本方法：序贯模块法、联立方程法、联立模块法 7、过程系统优化 （实现过程系统最优运行，包括结构优化和参数优化） 结构优化：改变过程系统中的设备类型或相互间的联接，以优化过程系统。 参数优化：对于一确定的过程系统，对其中的操作参数进行优选，以使某些指标达到最优。 8、过程系统综合 按照规定的系统性能，寻找需要的系统结构和子系统特性，并按照规定的目标进行最优组合。（4种基本方法：分解法、直观推断法、调优法、结构参数法） 9、过程系统分析 对于已知的过程系统，在给定其输入参数，求解其输出参数。
《化工过程分析与综合》是化学工程与工艺专业的基础课，是一门联系化学工艺与化学工程的综合性课程。实施化工过程分析、合成的手段是运算描述过程系统的数学模型，这种模型的运算就称作化工过程系统模拟。而化工过程分析则主要是分析过程系统的运行机制，影响因素，过程模型的数学描述、目标函数的建立、优惠工况下的最佳操作参数等等。目标是使决择方案，技术上先进、可行，经济上优越、合理。对于操作工况的分析也就是通常说的生产操作调优。化工过程系统的合成包括有：反应路径的合成、换热网络的合成、分离序列合成、过程控制系统合成，特别是要解决由各个单元过程合成总体过程系统的任务。 目前，主要应用化工过程模拟软件进行化工过程工艺流程的模拟。如 Aspen Plus 和ChemCAD。 Aspen Plus包括数据，物性，单元操作模型，内置缺省值，报告及为满足其它特殊工业应用所开发的功能。主要的功能有EO模型、ActiveX (OLE Automation)控件、全面的单元操作、ACM Model Export选项、热力学物性、收敛分析、Calculator models 计算模式、灵敏度分析、案例研究、Design Specification 功能、数据拟合、优化功能、开放的环境 例如，Aspen Plus软件在浓硝酸制备工艺上的应用：Aspen Plus流程模拟软件有强大的物性支持，对各种物质体系均有适应的计算模型。浓硝酸物系的组成主要是硝酸镁一硝酸一水的三元混合物．因为含有强极性物质造成整个体系的非理想性，各种状态方程已不适用．因此必须选择活度系数模型作为计算的基本方程。在浓硝酸的模拟计算中．通过软件中的数据回归工具得到组分间的二元交互作用参数，采用了Wilson活度系数模型的计算方法。
第六章 习题参考答案 1 解：C 6H 5NH 3+ —C 6H 5NH 2 Fe(H 2O)63+—Fe(H 2O)5(OH)2+ R-NH 2+CH 2COOH —R-NH 2+CH 2COO -(R-NH-CH 2COOH) 2解：Cu(H 2O)2(OH)2—Cu(H 2O)3(OH)+ R-NHCH 2COO -—R-NHCH 2COOH 4 解：(1) MBE: [K +]=C [HP -]+[H 2P]+[P 2-]=C CBE: [K +]+[H +]=[HP -]+2[P 2-]+[OH -] PBE: [H +]+[H 2P]=[OH -]+[P 2-] (2) MBE: [Na +]=C [NH 3]+[NH 4+]=C [HPO 42-]+[H 2PO 4-]+[H 3PO 4]+[PO 43-]=C CBE: [Na +]+[NH 4+]+[H +]=[OH -]+[H 2PO 4-]+2[HPO 42-]+3[PO 43-] PBE: [H +]+[H 2PO 4-]+2[H 3PO 4]=[OH -]+[NH 3]+[PO 43-] (3) MBE: [NH 3]+[NH 4+]=C [HPO 42-]+[H 2PO 4-]+[H 3PO 4]+[PO 43-]=C CBE: [NH 4+]+[H +]=[OH -]+[H 2PO 4-]+2[HPO 42-]+3[PO 43-] PBE: [H +]+[H 3PO 4]=[OH -]+[NH 3]+[HPO 42-]+2[PO 43-] (4) MBE: [NH 3]+[NH 4+]=C [CN -]+[HCN]=C CBE: [NH 4+]+[H +]=[OH -]+[CN -] PBE: [H +]+[HCN]=[OH -]+[NH 3] (5) MBE: [NH 3]+[NH 4+]=2C [HPO 42-]+[H 2PO 4-]+[H 3PO 4]+[PO 43-]=C CBE: [NH 4+]+[H +]=[OH -]+[H 2PO 4-]+2[HPO 42-]+3[PO 43-] PBE: [H +]+[H 2PO 4-]+2[H 3PO 4]=[OH -]+[NH 3]+[PO 43-] 5 解：(1) HA(浓度为C A )+HB(浓度为C B ) 混合酸溶液的PBE:[H +]=[A -]+[B -]+[OH -] 因混合酸溶液呈酸性，故[OH -]可忽略。 [H +]=[A -]+[B -]= ] [][] [][+++ H HB K H HA K HB HA ∴ [H +]=][][HB K HA K HB HA + （1） 若两种酸都较弱（C A /K HA ?400, C B /K HB ?400），则可忽略其解离的影响，此时：[HA]≈C A ,[HB]≈C B (1)式简化为：[H +]=HB B HA A K C K C + （2） （2）NH 4Cl 10 5 141 106.5108.1101---?=??==b w a K K K , H 3BO 3 Ka 2=×10 -10