川大化工熱力學習題解答(化學工業(yè)出版社)

化工熱力學習題講解

前言化工是一門突出實踐和經驗的學科。對于化工熱力學，突出一個“用”字。3指導思想不要期望學生今后發(fā)展熱力學，對碩士生今后能發(fā)展熱力學的估計1%~3%課程為了今后課程學習：分離工程、反應工程、工藝學、畢業(yè)設計課程為化工計算及化工設計課程為正確使用化工軟件4幾點思考熱力學不是一次學成的，不能對學生期望過高在應用中掌握熱力學計算和設計是最重要的應用正確使用軟件，不是軟件的“奴隸”要考慮讀研的要求關于軟件與參考書ExcelMatlabAspenPlus《IntroductiontoChemicalEngineeringThermodynamics》J.M.SmithChapter2VolumetricPropertiesPVTBehaviorofpuresubstances1.PTdiagramandPVdiagram2.EOS(equationofstate)3.Generalizedcorrelations（普遍化關系式）PVTBehaviorofmixture1.MixingrulesEquationofState

EquationofState

GeneralizedCorrelations

Z2Z11.3<Tr<1.4Pr2-2

含有丙烷的0.5立方米的容器具有2.7Mpa的耐壓極限。出于安全考慮，規(guī)定充進容器的丙烷為127℃，壓力不得超過耐壓極限的一半。試問可充入容器的丙烷為多少千克?分析:已知PT摩爾體積Vm方法：普遍化關系式、狀態(tài)方程2-2

選擇普維法2-2普維法2-3

反應器的容積為1.213m3，內有45.40kg乙醇蒸氣，溫度為227℃。試用下列四種方法求算反應器的壓力。已知實驗值為2.75Mpa。（1）RK方程；（2）SRK方程；（3）PR方程；（4）三參數普遍化關聯法。2-3

選擇普維法2-32-3(1)

(2)將(1)代入(2)可求得PP=2.785Mpa2-4

以化學計量比的N2和H2合成氨，在25℃和30.395Mpa下，混合氣以1.667m3/s的流速進入反應器。氨的轉化率為15%。從反應器出來的氣體經冷卻和凝縮，將氨分離出后，再行循環(huán)。（1）計算每小時合成氨的量；（2）若反應器出口的條件為27.86Mpa，150℃，求內徑為0.05m的出口管中氣體的流速。2-4分析：轉化率=15%H2：N2=3：1V1=1.6667m3/sP1=30.395MpaT1=25℃P2=27.86MpaT2=150℃D=0.05m求：V2=？

氨每小時產量=？2-4思路：對進口：已知V1P1T1與進口組成，可求得各組分的摩爾量。對反應器：已知轉化率，可求得出反應器各物質的摩爾量。對出口：已知P2T2和出口摩爾量，可求得出口體積流速。2-4解：選用普遍化關系式?；旌弦?guī)則選用Amagat規(guī)則。

查二參數普遍化Z圖得2-42-42-4求出口氣體組成出口氣體總摩爾流率2-4利用Amagat定律求出口氣體的摩爾體積出口管中氣體的體積流速為2-4出口線速度2-4*利用AspenPLUS計算2-4*計算結果

RKRKwithkijGCTemperatureC150150150Pressurebar278.6278.6278.6Velocity

m/s1152.2891152.2891152.289MoleFlowkmol/hr

N213027.18313037.88412977.616H239081.55039113.65138932.849NH34597.8294601.6064580.335Chapter3ThermodynamicPropertiesofPureMaterials

ResidualpropertiesGeneralizedcorrelationsEOS

Then3-4試選用合適的普遍化關聯法計算1kmol1,3-丁二烯從2.53Mpa、127℃壓縮到12.67Mpa、227℃時的焓、熵和體積變化。分析：先判斷普壓還是普維法，接著計算剩余性質，最后用三步法求得焓等變化。（注意是求1KMOL丁二烯的變化）3-4解：查表得3-43-4查圖可得：經計算可得：3-4整個過程的變化為：3-5離心式CO2壓縮機的四段入口條件為42℃、8.05MPa，抽口條件為124℃、15.78Mpa。求壓縮過程的焓、熵變。

分析：思路與3-4完全一樣?？偨Y理解推導思路，熟記計算方法。盡量避免人為的誤差，杜絕計算錯誤。嘗試使用軟件進行計算。Question節(jié)流膨脹后，流體的溫度一定會下降嗎？Thanks

4-1h1=3230KJ/kgu1=50m/sqm=10000kg/hz=3mh2=2300KJ/kgu2=120m/sW=?4-1分析：

能量衡算方程：

忽略熱量損失，直接帶入即可求得w。

4-1解：(1)4-2P2=35KPaT2=80℃

P1=1500KPaT1=320℃u1=3m/s

W=?4-2分析：

能量衡算：

忽略位能、熱損失。

體積流量相等（相近）4-2解：

查水蒸氣熱力學性質表得：

h1=3081.54kJ/kg

h2=2645.63kJ/kg

查表或用Eos計算得：

v2=4.644m3/kgv1=0.177m3/kg

4-2

動能變化約占5%4-3

Q=？Z1=61mZ2=18mT2=7.2℃穩(wěn)流T1=4.5℃P1=1atm4-3

4-3

4-3解：

能量衡算：

泵做功：

焓變：

換熱器熱負荷：4.7Kw4-3思考：

本題能否查附表來求得焓值？計算焓變？4-11C3H8P1=1atmT1=60℃N=1KmolP2=4.25MPa絕熱可逆壓縮

W=？4-11

4-11

4-11解：

查表得：4-11

4-110

對于出口使用普維法可得：解該方程4-11

反復迭代可得：T2=477.89K4-11所需壓縮功：

ReviewofCh.5封閉體系與敞開體系的熵變、熱效率與可逆性。（P120-124）T-S圖與H-S圖。（P127-130）水蒸氣動力循環(huán)（P132-134）與制冷循環(huán)。（P139-141）ReviewofCh.5熵--系統(tǒng)內部分子運動混亂程度。熵流：由于熱量變化引起熵的變化。

（功的傳遞不會直接引起熵流）

熵產：由于不可逆過程改變了系統(tǒng)內部的有序程度，所產生的熵。高溫熱源低溫熱源熱機

QHQLWs

QR5-1

5-2

5-4

穩(wěn)流絕熱不可逆00

5-5

穩(wěn)流吸熱不可逆0

ReviewofCh.5

正，不可逆0，可逆負，不可能

5-6

5-6

5-11

高溫熱源2000K低溫熱源300K熱機

QHQLWN5-11

5-11

5-11

ReviewofCh.5朗肯循環(huán)泵運輸鍋爐加熱蒸汽透平蒸汽冷凝5-12某朗肯循環(huán)以水為工質，運行于14MPa與0.007MPa之間，循環(huán)最高溫度為540℃。

求：（1）循環(huán)的熱效率；（2）水泵功與透平功之比；（3）提供1kW電的蒸汽循環(huán)量。5-12朗肯循環(huán)P4=0.007MPaP2=14MPaT2=540℃5-12

5-12

5-12

ReviewofCh.5蒸汽壓縮制冷循環(huán)2’飽和蒸汽壓縮蒸汽冷凝放熱飽和液體膨脹液體汽化吸熱5-13某蒸汽制冷循環(huán)用氨為工質，冷凝壓力為1.2MPa，蒸發(fā)壓力為0.14MPa。工質進壓縮機為飽和蒸汽，進節(jié)流閥為飽和液體，壓縮機等熵效率為0.8，制冷量為13940kJ/h。求：（1）制冷系數（2）氨循環(huán)速率（3）壓縮機功率（4）冷凝器放熱量（5）逆卡洛循環(huán)制冷系數5-13蒸汽壓縮制冷循環(huán)P2=1.2Mpa2’P5=1.2Mpa5-13

5-13

5-13

ReviewofCh.6理想功(P151-152)、功損耗(p157-158)與熱力學效率(P156,p158)化工過程中理想功的計算(P160-162)6-1Qm=1680kg/hT1=430℃P1=3.727MpaT2P2

Ws（1）P2=0.1049MPa飽和水蒸氣（2）

P2=0.0147T2=60℃求：理想功與熱力學效率T0=25℃6-1

6-1

6-3

6-5T1=20℃P1=1.378MPaT2，飽和液體P1=1.378MPaT2，飽和蒸汽P1=1.378MPaTH=1200℃（1）水吸收的能量最多有百分之幾轉化為功？（2）假定加熱溫度不變，求加熱過程熱損耗。6-5

6-5

6-5

6-7空氣qm1=42000kg/h煙道氣qm2=45000kg/hQPL1=1atmTL1=38℃PH2=1atmTH2=？PH2=1atmTH2=200℃PH1=1atmTH1=318℃

6-7

6-7

Chapter7化學勢與偏摩爾性質（P198~199）偏摩爾性質的計算（P201）G-D方程（P229）逸度與逸度系數（P203、P210~211）理想溶液與過量性質（P224~225）活度與活度系數（P226~227）7-2某廠用96%wt的酒精配酒，產品酒中乙醇含量為56%wt?，F用1T酒精進行配置，需要多少水？所得酒體積為多少？偏摩爾體積原料酒精中產品酒中水/cm3/g0.8160.953乙醇/c