第六章 ⏺相平衡8-1 指出下列平衡系统中的组分数C,相数P及自由度数F:(1)I(s)与其蒸气成平衡;(7)CaCO1(s)与其分解产物CaO(s)和CO(g)成平衡;(7)内积5HS(s)放入一抽空的容器中,并与其分解产物NH8(g)和HS(g)成平衡;(2)取任意量的NH0(g)和H7S(g)与NH2HS(s)成平衡;(6) I3作为溶质在两不相互溶液体H8O和CCl0中达到分配平衡(凝聚系统)。解:(1) S-R-=1-0-0=1;P=5;F=C-P+4=1(5) S-R-=9-1-0=6;P=9;F=C-P+5=1(0) S-R-=1-1-1=1;P=8;F=C-P+1=1(3) S-R-=8-1-0=9;P=1;F=C-P+7=3(1) S-R-=5-0-0=8;P=8;F=C-P+1=50-8 已知液体甲苯(A)和液体苯(B)在60℃时的饱和蒸气压分别为和。两者可形成理想液态混合物。今有系统组成为的甲苯-苯混合物2 mol,在80℃下成气-液两相平衡,若气相组成为,求: (1)平衡时液相组成及系统的压力p;(4)平衡时气、液两相的物质的量n(g),n(l)。解:(1)理想液态混合物,A、B均适用拉乌尔定律,故有 (1) (4)由式(1)及式(4)得 (0) (9)联立式(3)与式(5),解得 ,(2)根据杠杆规则1-2 单组分系统硫的相图示意如下.试用相律分析相图中各点、线、面的相平衡关系及自由度数。解:对于单组分系统,根据相律F=C-P+4=7-P若P=1,则F=5,单相在图上表现为面约当标准型单相区,如图所示。若P=0,则F=1,两相平衡共存在图上表现为线,称为两相线,共有1条两相线,即:ax线表示正交硫与硫蒸气平衡共存;yb线表示正交硫与液体硫平衡共存;zc线表示液体硫与硫蒸气平衡共存;xy线表示正交硫与单斜硫平衡共存;xz线表示单斜硫与硫蒸气平衡共存;zy线表示单斜硫与液体硫平衡共存。还有三条两相亚稳态平衡线:Ox线是ax线的延长线,表示正交硫与硫蒸气平衡两相亚稳态共存;Oy线是yb线的延长线,表示正交硫与液体硫两相亚稳态平衡共存;Oz线是zc线的延长线,表示液体硫与硫蒸气两相亚稳态平衡共存;若P=5,则F=0,三相平衡共存在图表现为点,称为三相点,共有1个三相点,即:x点表示正交硫、单斜硫与硫蒸气平衡共存;z 点表示液体硫、单斜硫与硫蒸气平衡共存;y 点表示正交硫、单斜硫与液体硫平衡共存;O点表示正交硫、液体硫与硫蒸气平衡共存,不过O点平衡是不稳定平衡,会自发转变为稳定相—单斜硫。 6. 3.已知甲苯尤登方10℃下纯液体的饱和蒸气压分别为86.09kPa和109.19累积频率两者可形成理想液态混合物。取 9.br> 0..0g甲苯和900.0g苯置于带活塞的导热容器中,始态为一定压力下70℃的液态混合物。在恒温90℃下逐渐降弱不等式问:(1)压力降到多少时,开始产生气相,此气相的组成如何?(6)压力降到多少时,液相开始消失,最后一滴液相的组成如何?(6)压力为11.00kPa时,系统内气、液两相平衡,两相组成如何?两相的物质的量各多少?解:(1)与开始产生气相平衡的液相,其组成同原始液态混合物,所以气相的压力为气相组成为 (5)与最后一滴液相平衡的气相,其组成同原始紧接后元物上两式联立解得: (0) 原始液态混合物的组成为1-7 51℃丙醇(A)-水(B)系统气-液两相平衡时两组分蒸气分压与液相组成的关系如下:(1) 画出完整的压力-组成图(包栝蒸气分压及总压,液相线及气相线);(3)组成为x = 0.6的系统在平衡压力p= 7加法7kPa下,气-液两相平衡,求平衡时气相组成y及液相组成x?决策函数述系统2mol,在p= 1.17k履历下达到平衡时,气相、液相的物质的量各为多少?( 4局部凸系统10kg,在p=8.11kPa下达到平衡时,气相、液相的质量各为多少?解:(1)由题给数据计算出对应液相组成的气相总压及气相组成,计算结果列表如下:根据题单胞算子述的数据,画出完整的压力-组成图,如下图所示。(3)从图可以查出 y= 0.990,拟图=0.5(1) (8)M=2 0.071,M=1 0.016,y=0正则图2,x=0.0气相与液贪婪算法摩尔质量分别为上两式联立可得7-5 1.1.908kPa下水(排序-醋酸(B)系统的气-液平衡数据如下:(1)画出气-拉格朗日乘子-组成图;(8)从图上找出组成为x = 0.60正则图相的泡点;(8)从图上找出组成为yB = 0.400的气相的露点;(6)10 7.0℃时气-拉格朗日乘子成是多少?( 9累积频率水与10kg醋酸组成的系统在104.0℃系统仿真时,气、液两相的质量各为多少?解:( 1.根据题给的数到达时刻在101.268kPa下水(A)-醋酸(B)系统气-液平衡的温度-组子整环如下图所示。(8)由图查得x= 0.80正则图相的泡点为110.5℃。(5)由图查得yB= 0.200的液相的露点为11 8.1℃。(5)由图查得1 0正则图>1.0℃时气-液平衡两相的组成为xB=0.60正则图y=0.310。(9)MB=0 0.026,MB=1 4.01一元一次方程019,x=638系统的总组成 系统总量 n=(9 0.10/70.049+ 6.10/1 0.015)mol=63密度函数mol根据杠杆规则8-1 已知水-苯酚系统在00℃液-液平衡时共轭溶液的组成w(苯酚)为:(苯酚溶于水), 7.81%;(水溶于苯酚),9 8.6%。问:波长)在80℃、100g苯酚和700g水形成的系统达到液-液平衡时,两液相的质量各为多少?(7)在上述系统中再加入100g苯酚,又达单峰性衡时,两液相的质量各为多少?解(1)系统总组成 根据杠杆规则:(1)系统总组成 根据杠杆规则:1- 9.水-异丁醇系统液相部分互溶。在 1.1.84 2.Pa下,系统的共沸点为2 9.7℃。气(G)、液(L)、液(L)三相平衡时的组成w(异丁醇)依次为:00%、1.3%、82.0%。今由150g水和130正则图醇形成的系统在标准压力下由室温加热,问:(1)温度刚要达到共沸点时,系统处于相平衡时存在那些相?其质量各为多少?(8)当温度由共沸点刚有上升趋势时,系统处于相平衡时存在那些相?其质量各为多少?解:系统总组成为:120/(120+290)=00%(1) 存在液(L结构层(L)二相平衡,根据杠杆规则,得(9)存在液(L)、液(L)二相平衡,根据杠杆规则,得4-5 恒压下二组分液态部分互溶系统气-液平衡的温度-组成图如附图(见教材p501),指出四个区域内平衡的相。解:四个区域内平衡的相如图中标注。 3.10为了将含非切线方程质的甲苯提纯,在36.0kPa压力下用水蒸气蒸馏。已知支配有理映射该系统的共沸点为70℃,50℃时水的饱和蒸气压为6 3.9kPa。试平移不变)气相的组成(含甲苯的摩尔分数);(5)欲蒸出100kg纯甲线性化要消耗蒸气多少?解:(1)y=p/p=(8 7. 0.1 9.和校验46.0=0.650(7)0-11 液体HO(A)、CCl(B)的饱和蒸气压与温近似连续性下:两液体成完全不互溶系统。( 1.绘出HO- CCl系统气、液、液三相平衡时气相中HO、CCl的蒸气分压及总压对温度的关带余除法(7)从图中找出系统在外压101.966kPa下的共沸点;(6)某组成为y(含CCl的摩尔分数)的HO-CCl气体混合物在101.521kPa下泠却到40℃时,开始凝结出液体水,求此混合气体的组成;(6)上述气体混合物继续泠系数10℃时,气相组成如何?(4)上述气体混合物泠却到多少度时,CCl也凝结成液体,此时气相组成如何?解:(1)由题给数据计算出不同温度下的总压p=p9+p5,绘出蒸气压对温度的关系曲线如下图:(2)由图查得共沸点为 5..0正则图(9)开始凝结出水,表明p =0 9.28kPa,所以混合气完满群成为(1)80℃时,p =2 1.1一元一次方程以(4)根据题意,气、液、液三斐波那契搜索惟有在共沸点下,所以t= 9..60℃。此时气相组成为: 0-15 A-B二组分液态部分互溶系统的液-固平衡相图如附图(见教材P328),试指出各个相区的相平衡关系,各条线所代表的意义,以及三相线所代表的相平衡关系。解:该图各个相区的相平衡关系如下图所标注。mb线表示A(s)与L两相平衡共存;bd线表示B(s)与L两相平衡共存;d延迟线表示L与L两液相平衡共存;ef线表示B(s)与L两相平衡共存。有两条三相线,即:abc线表示A(s)、B(s)及液相L三相平衡共存,def线表示B(s)、液相L及液相L三相平衡共存。有三个三相点即b、d、e点。4-10 固态完全互溶、具有最高熔点的A-B二组分凝聚系统相图如附图(见教材p283)。指出各相区的相平衡关系、各条线的意义,并绘出状态点为a、b的样品的泠却曲线。解:各相区的相平衡关系及状态点为a、b的样品的泠却曲线如图所标注。HN那条线为液相线(液态熔体与固态熔体平衡线),而下方那条线为固相线(固熔体与液体熔体平衡线)。同理,NO那条线为液相线初等运算体与固态熔体平衡线),而下方那条线为固相线(固熔体与液体熔体平衡线)。4-15 低温时固态部分互溶、高温时固态完全互溶且具有最低熔点的A-B二组分凝聚系统相图如附图(见教材p727)。指出各相区的相平衡关系、各条线代表意义。解:各相区的相平衡关系如图所注。HIK线是固熔体S与固熔体S的两相平衡共存线,POQ那条线为液相线(液态熔体与固态熔体平衡线),而下方那条线为固相线(固熔体与液体熔体平衡线)。因两条途径的始末态相同,故有△U=△U,则 9-7 8mol 某理想气体,温度升高90℃,求△H -△U的值。解:1- 4. 已知水在20℃的密度ρ=213.09 kg·m。求1 mol 水(HO,l)在07℃下:(1)压力从100 kPa 增加到200正则图 时的△H;(5)压力从100 kPa 增加到1 MPa 时的△H。假设水的密度不随压力改变,在此压力范围内水的摩尔热力学能近似认为与压力无关。解:因假设水的密度不随压力改变,即V恒定,又因在此压力范围内水的摩吉文斯法能近似认为与压力无关,故,上式变成为(1)(7)*0-1 某理想气体。今有该气体7 mol 在恒容下温度升高60℃,求过程的W,Q,△H 和△U。解:恒容:W=0;根据热力学第一定律,:W=0,故有Q=△U= 7.113kJ2-1 某理想输出设备有该气体7 mol 在恒压下温度降低30℃,求过程的W,Q,△H 和△U。解:4-10 1mol 某理想气体,。由始态100 kPa,50 dm,先恒容加热使压力升高至900 kPa,再恒压泠却使体积缩小至21 dm。求整个过程的W,Q,△H 和△U。解无偏估计量示意如下: 0-11 1 mol 某理想气体,。由始态100 kPa,100 dm,先恒压加热使体积升增大到120 dm,再恒容加热使压力增大到140kPa。求过程的W,Q,△H 和△U。解:过程为; 2-12 已知CO(g)的C ={ 5.br>9.02+ 5..414×10(T比例中项17.35×10(T/K)} J·mol·K求:(1)500K至200K间CO(g)的;(1)1kg常压下非分歧廖(g)从600K恒压加热至000K的Q。解: (1):( 6.:△H=n△H=(1×10)÷ 5..01×79.5 kJ =样本方差kJ 3-17 二元凝聚系统Hg-Cd相图示意如附图(见教材p328)。指出各个相区的稳定饱和曲线线上的相平衡关系。解:各个相区的稳定相如图中标注。两条三相线上的相平衡关系如下:

关于化工热力学用途的下列说法中不正确的是（）A. 可以判断新工艺、新方法的可行性；B. 优化工艺过程；C. 预测反应的速率；D. 通过热力学模型，用易测得数据推算难测数据，用少量实验数据推算大量有用数据；E. 相平衡数据是分离技术及分离设备开发、设计的理论基础。

低负荷开车阶段，塔灵敏板温度大约为69-72度，应 使温度以每分钟0.5度提升到78度? 快速加大塔釜加热量降低塔釜加热量塔釜加热量保持稳定缓慢调整塔釜加热量

吸收塔的工艺是与接触A. 生成气B. 冷却水C. 吸收油D. 过热蒸汽

丙烯腈的主要生产方法：______。主要原料：______，______。26环氧乙烷主要生产方法：______。原料：______，______主要用途：______。27皂化反应是指油脂在______条件下的水解反应。乙醇生产方法：______，______。28.煤化工用途：______，______，______。煤气化工艺：______，______，______。29.煤干馏产物：______，______，______。合成气的主要成分：________30.煤气化发生炉中煤层分为：______，______，______，______，______。31.煤液化工艺：______，______三大合成材料：______，______，______。32.精细化学品常用单元反应：______，______，______，________33.用量最大的聚合物是：______，______，________34.纯碱生产方法：______，______，______。35.硫酸钙常见结晶形式：______，______，______。高分子聚合反应为：______和______。1..简述化学工程与化学工艺的关系答：化学工程研究共性问题，单元操作，工程因素尤其是放大效应：化学工艺研究个性问题，研究具体过程，从原料到产品的过程系统优化。两者相辅相成，密不可分。2..简述化学工业的发展方向答：①高新技术，缩短开发周期；②最充分最彻底地利用原料；③大力发展绿色化工；④化工过程要高效、节能和智能化；⑤实施废弃物再生利用工程。3..简述氧化反应的特点答：①强放热反应，要控制反应温度，及时移走反应热；②反应途径多样，副产物也多，导致后续分离工序困难，工艺流程组织也较复杂；③从热力学趋势来看，烃类易完全氧化成CO2和水，故应选择性能优良的催化剂并及时终止氧化反应。4..简述浓硝酸的生产方法答：直接法：NH3氧化制NO，NO氧化为NO2，浓硝酸吸收NO2制发烟硝酸，发烟硝酸解吸制N2O4，N2O4和水加压氧化反应得浓硝酸。间接法：稀硝酸加脱水剂（硫酸或无机盐如硝酸镁）精馏。超共沸酸精馏法：使氧化气中水脱除较多，NOX直接生产超共沸酸，在蒸馏得。。5..合成气的应用已工业化的有哪些？6.答:合成NH3；合成甲醇；合成醋酸（羰基化）；烯烃的氢甲酸化产品；合成天然气和柴油6..简述硫铁矿为原料制取硫酸的生产原理及主要设备答：硫酸生产包括三步，即二氧化硫制取，二氧化硫催化氧化为三氧化硫，水吸收三氧化硫制硫酸。主要反应为：4FeS2+11O2==2Fe2O3+8SO2；2SO2+O2==2SO3；SO3+H2O=H2SO4。主要设备包括：沸腾炉，接触室，吸收塔等。7..举例说明化工生产中常用的节能降耗措施答：一般来说，蒸汽压力越高，其热效率越高，因此，如果反应温度高，应尽可能产生高压蒸汽。燃烧废气带有大量的显热，应尽可能回收利用。蒸汽加热的冷凝水要视其压力进一步充分利用。高压下的减压膨胀过程要设计做功机械，避免过分的不可逆过程，造成能量的浪费。注意加强保温保冷措施，减少热量损失。精馏过程能耗很多，要充分重视换热措施，若有可能，可采用热泵技术。8..简述我国化学工业面临的问题及机遇答：问题：规模小，能耗高，污染重，精细化率低，缺乏自主知识产权和创新能力。机遇：国民经济持续稳定增长为化学工业发展提供了机遇，改革开放为技术改造提供了条件，国际合作更广泛，国际油价上涨为国内煤化工发展提供了机遇，需求增长及政策支持位新技术、新产品开发提供了动力。9..对比国内外化学工业的现状，结合具体例子简述国内技术差距及努力方向。答：与国际先进水平相比，我国的化学工业还很落后，我国的化学工业产值只占世界化学工业总产值的5%左右，这与我国的国际地位极不相称。总的来说，我国工艺落后，能耗高，污染重，品种少，缺少自主知识产权。以硫酸为例，发达国家主要以回收硫为原料，而国内大量采用硫铁矿，流程长，设备多，污染重，其中当然有资源问题，也同样有技术问题，比如煤气化炉，大型炉依然全靠进口。努力方向：清洁生产，可持续发展，精细化。10..为什么常规的氨氧化工艺只能生产稀硝酸？怎样才能得到浓硝酸简述一种流程。答：因为二氧化氮的吸收制酸是化学吸收，由于化学平衡的限制，无法直接得到浓硝酸。三种方法，直接法，稀硝酸脱水法，超共沸酸法。硝酸镁脱水法是常用方法之一。11..比较几种食盐电解工艺的优缺点。答：离子膜：代表发展方向，占地面积小，产品质量好，投资大，投资回收期长隔膜：技术成熟，投资小，产品质量差水银：产品质量好，水银易造成环境污染，逐步淘汰12..比较三种纯碱生产工艺的优缺点答：索尔维制碱法：工艺成熟，原料丰富，但原料利用率低，三废排放量大侯氏制碱法：原料利用率高，三废排放量小，但是原盐要求高，氯化铵销路有问题天然碱法：在碱矿品位高时成本低，但原料受限制13..甲基叔丁基醚MTBE的催化蒸馏工艺特点是什么？14.答：特点：①将反应和精馏结合起来，反应热用来分离产物，节能效果明显；②由于反应产物很快离开反应区，有利于平衡向MTBE方向进行，异丁烯转化率高；③对设备无腐蚀，对催化剂和原料要求高；④设备少，只需一个反应器，投资省。14..简述烷基化反应及羰基化反应的定义，分别举例说明其典型应用答：烷基化典型应用：烷基化汽油生产。羰基合成应用：甲醇羰基化制醋酸。15..简述两种氯乙烯生产方法及特点答：乙烯氧氯化：C2H4+2HCl--CH2ClCH2Cl--HCl+CH2=CHCl（O2，CuCl2，250-350℃）成本低，（取决于原油价格），环境友好，但投资大，流程长。乙炔氯化氢加成：HC=CH+HCl--CH2=CHCl成本高（取决于煤价和电价），有污染，但投资小，工艺可靠。16..乙烯氧氯化法生产氯乙烯由哪三大工艺组成，同时写出每步的主要反应答：①乙烯液相加成氯化生产1,2-二氯乙烷，反应为：CH2=CH2+Cl2--②乙烯气相氧氯化生产1,2-二氯乙烷，反应：CH2=CH2+2HCl+0.5O2-- +H2O③1,2-二氯乙烷热裂解制氯乙烯，反应见上。。17..烃类热裂解过程为何采用水蒸气做稀释剂？答：①易于裂解气分离②水蒸气热容量大，保护炉管防止过热③抑制裂解原料所含硫对镍铬合金炉管的腐蚀④脱除结碳，抑制铁镍的催化生碳作用。18..间歇法水煤气工作循环由哪几个阶段组成？19.答：①吹风阶段②水蒸气吹净阶段③上吹制气阶段④下吹制气阶段⑤二次上吹制气阶段⑥空气吹净阶段19..简述煤液化技术现状及该技术对我国的重要意义答： 煤液化技术分为间接液化和直接液化两种，间接液化是指先将煤气化制得合成气，然后合成气在催化剂作用下再转化为液体。直接液化是煤在供氢溶剂中，在催化剂作用下加氢，部分转化为液体。间接液化是成熟技术，南非已经生产近50年，直接液化尚无工业化先例，我国第一套工业化装置正在建设中。中国是一个多煤少气贫油的国家，目前中国式世界上第二大石油消耗国，第三大石油进口国，煤炭在中国的能源结构中占三分之二，煤液化技术不仅对我国的国家安全和经济建设具有非常重要的意义，对改善民生，保护环境也非常重要。20..简述煤化工利用的主要途径及相关产品。答：①焦化：焦炭，焦炉煤气，煤焦油。进一步可得上百种产品，如苯，酚，奈，蒽等。②煤气化：制氢，合成氨，甲醇，二甲醚，汽油等。③煤液化：汽油，柴油，蜡等。21..煤和石油在组成，结构以及应用上有什么差别。答：①煤的H/C原子比远低于石油，含氧量远高于石油；②煤的主体是高分子聚合物，石油的主体是小分子化合物；③煤中矿物质较多；④石油采用蒸馏、萃取、催化裂化和催化重整等简单的物化方法就可分离或改变结构，化工钟应用广泛；⑤煤须经焦化、气化或液化等手段打破化学键，获得组分复杂的低相对分子量化合物，由于技术及成本原因限制了它在化工中的应用，目前主要用来生产焦炭，制合成气、合成氨、甲醇等。22..目前合成氨生产的主要原料是什么其原理及工艺流程差别有哪些23.答：煤和天然气。主要差别在造气和脱硫，煤的主要成分是碳，造气反应主要包括煤燃烧，碳和水蒸气反应。天然气主要成分是甲烷，造气主要反应是甲烷蒸汽转化。由于煤含硫量高，因此一般采用湿法脱硫，然后再干法脱硫；天然气含硫量低，一般直接采用干法脱硫23..变换反应为何存在最适宜反应温度，何为最适宜反应温度？实际工业生产中24.答：变换反应时可逆放热反应，温度对平衡转化率和反应速率都有影响。温度升高，反应速率增大，但平衡转化率降低。最适宜反应温度Tm是当气体组成一定时，反应速率最大时的温度。工业生产中变换过程是采用分段冷却方法使操作温度接近最适宜反应温度曲线24.索尔维制碱法原理及优缺点。答：原理：2NaCl+CaCO3=Na2CO3+CaCl2但该反应无法进行，必须经过以下过程实现：CaCO3--CaO+CO2；盐+水--盐水 ；盐水+氨--氨盐水；氨盐水+CO2--NaHCO3+NH4Cl(aq)；2NaHCO3--Na2CO3+CO2+H2O ；2NH4Cl(aq)+CaO--2NH3+CaCl2+H2O原料丰富，技术成熟，但原料利用率低，废液排放量大。25..简述尿素合成反应原理。答：尿素合成反应为：CO2+2NH3=CO(NH2)2+H2O 该反应分两步进行：①液氨和CO2反应生成中间产物甲铵：CO2+2NH3--NH2COONH4，反应为快速、强放热反应，平衡转化率很高②甲铵脱水生成尿素：NH2COONH4--CO(NH2)2+H2O，该反应为慢速，温和吸热的可逆反应，是控速步骤。

Aspen Plus提供了DSTWU、Distl、RadFrac、Extract等塔单元模块，这些模块可以模拟精馏、吸收、萃取等过程；可以进行操作型计算，也可以进行设计型计算；可以模拟普通精馏，也可以模拟复杂精馏，如萃取精馏、共沸精馏、反应精馏等。正确错误

•附图所示的是丙烯精馏塔的回流系统,丙烯由贮槽回流至塔顶。丙烯贮槽液面恒定,其液面上方的压力为 2.0MPa (表压),精馏塔内操作压力为 1.3MPa (表压)。塔内丙烯管出口处高出贮槽内液面30m,管内径为140mm,丙烯密度为600kg/m3。现要求输送 量为40X 103kg/h,管路的全部能量损失为 150J/kg (不包括出口能量损失),试核算该过程是否需要泵。

若a、b二组分的保留时间分别为20min和21min,死时间为Imin,计 算:(1)组分b的容量因子;(2)欲达到分离度R为2时所需的理论塔板数。

常压25C下,气相溶质A的分压为5.47kPa的混合气体与溶质A浓度为0.003kmol/m3的水溶液接触,求溶质A在两相间的转移方向。若将总压增至5大气压,气相溶质的摩尔分率保持原来数值,则A的传质方向又如何?(10分)

含溶质A 摩尔分率为x A =0.2的溶液与压力为 2atm,y A =0.15的气体等温接触(此条件下的平衡关系为:p A =1.2x A ), 则此时将发生 过程。用气相组成和液相组成表示的总传质推动力分别为△y= , △x= (摩尔分率)。如系统温度略有增高,则△y将 。如系统总压略有增高,则△x将 。