川大化工熱力學(xué)習(xí)題解答(化學(xué)工業(yè)出版社)課件

1、化工熱力學(xué)習(xí)題講解,1,PPT學(xué)習(xí)交流,前言,化工是一門突出實踐和經(jīng)驗的學(xué)科。 對于化工熱力學(xué)，突出一個“ 用 ”字。,2,PPT學(xué)習(xí)交流,指導(dǎo)思想,不要期望學(xué)生今后發(fā)展熱力學(xué)，對碩士生今后能發(fā)展熱力學(xué)的估計1%3% 課程為了今后課程學(xué)習(xí)：分離工程、反應(yīng)工程、工藝學(xué)、畢業(yè)設(shè)計 課程為化工計算及化工設(shè)計 課程為正確使用化工軟件,3,PPT學(xué)習(xí)交流,幾點思考,熱力學(xué)不是一次學(xué)成的，不能對學(xué)生期望過高 在應(yīng)用中掌握熱力學(xué) 計算和設(shè)計是最重要的應(yīng)用 正確使用軟件，不是軟件的“奴隸” 要考慮讀研的要求,4,PPT學(xué)習(xí)交流,關(guān)于軟件與參考書,Excel Matlab Aspen Plus Introduc

2、tion to Chemical Engineering Thermodynamics J.M. Smith,5,PPT學(xué)習(xí)交流,Chapter 2 Volumetric Properties,PVT Behavior of pure substances 1. PT diagram and PV diagram 2. EOS(equation of state) 3. Generalized correlations （普遍化關(guān)系式） PVT Behavior of mixture 1. Mixing rules,6,PPT學(xué)習(xí)交流,Equation of State,7,PPT學(xué)習(xí)交流,E

3、quation of State,8,PPT學(xué)習(xí)交流,Generalized Correlations,Z2,Z1,1.3Tr1.4,Pr,9,PPT學(xué)習(xí)交流,2-2,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P T 摩爾體積Vm 方法： 普遍化關(guān)系式、狀態(tài)方程,10,PPT學(xué)習(xí)交流,2-2,選擇普維法,11,PPT學(xué)習(xí)交流,2-2,普維法,12,PPT學(xué)習(xí)交流,2-3,反應(yīng)器的容積為 1.213 m3，內(nèi)有45.40kg乙醇蒸氣，溫度為227。試用下列四種方法求算

4、反應(yīng)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(shù)普遍化關(guān)聯(lián)法。,13,PPT學(xué)習(xí)交流,2-3,選擇普維法,14,PPT學(xué)習(xí)交流,2-3,15,PPT學(xué)習(xí)交流,2-3,(1) (2) 將(1)代入(2)可求得P P=2.785 Mpa,16,PPT學(xué)習(xí)交流,2-4,以化學(xué)計量比的N2和H2合成氨，在25和30.395 Mpa下，混合氣以1.667 m3/s 的流速進入反應(yīng)器。氨的轉(zhuǎn)化率為15%。從反應(yīng)器出來的氣體經(jīng)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(yīng)器出口的條件為27.86Mpa，150

5、，求內(nèi)徑為0.05m的出口管中氣體的流速。,17,PPT學(xué)習(xí)交流,2-4,分析：,轉(zhuǎn)化率=15%,H2：N2 = 3：1 V1=1.6667 m3/s,P1=30.395 Mpa T1=25,P2=27.86 Mpa T2=150,D=0.05m,求：V2=？ 氨每小時產(chǎn)量=？,18,PPT學(xué)習(xí)交流,2-4,思路： 對進口：已知V1 P1 T1與進口組成，可求得各組分的摩爾量。 對反應(yīng)器：已知轉(zhuǎn)化率，可求得出反應(yīng)器各物質(zhì)的摩爾量。 對出口：已知P2 T2 和出口摩爾量，可求得出口體積流速。,19,PPT學(xué)習(xí)交流,2-4,解：選用普遍化關(guān)系式?；旌弦?guī)則選用Amagat規(guī)則。 查二參數(shù)普遍化Z圖得

6、,20,PPT學(xué)習(xí)交流,2-4,21,PPT學(xué)習(xí)交流,2-4,22,PPT學(xué)習(xí)交流,2-4,求出口氣體組成 出口氣體總摩爾流率,23,PPT學(xué)習(xí)交流,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,24,PPT學(xué)習(xí)交流,2-4,出口線速度,25,PPT學(xué)習(xí)交流,2-4*,利用Aspen PLUS計算,26,PPT學(xué)習(xí)交流,2-4*,計算結(jié)果,27,PPT學(xué)習(xí)交流,Chapter 3 Thermodynamic Properties of Pure Materials,28,PPT學(xué)習(xí)交流,Residual properties,Generalized correla

7、tions EOS,29,PPT學(xué)習(xí)交流,30,PPT學(xué)習(xí)交流,31,PPT學(xué)習(xí)交流,Then,32,PPT學(xué)習(xí)交流,3-4,試選用合適的普遍化關(guān)聯(lián)法計算1kmol 1,3-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(zhì)，最后用三步法求得焓等變化。（注意是求1KMOL丁二烯的變化）,33,PPT學(xué)習(xí)交流,3-4,解： 查表得,34,PPT學(xué)習(xí)交流,3-4,35,PPT學(xué)習(xí)交流,3-4,查圖可得：,經(jīng)計算可得：,36,PPT學(xué)習(xí)交流,3-4,整個過程的變化為：,37,PPT學(xué)習(xí)交流,3-5,離心式CO2壓縮機的四段

8、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。,38,PPT學(xué)習(xí)交流,總結(jié),理解推導(dǎo)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。,39,PPT學(xué)習(xí)交流,Question,節(jié)流膨脹后，流體的溫度一定會下降嗎？,40,PPT學(xué)習(xí)交流,Thanks,41,PPT學(xué)習(xí)交流,4-1,h1= 3230KJ/kg u1=50 m/s qm=10000 kg/h,z=3 m,h2= 2300 KJ/kg u2=120 m/s,W=?,42,PPT學(xué)習(xí)交流,4-1,分析： 能量衡算方程： 忽略熱量損失，

9、直接帶入即可求得w。,43,PPT學(xué)習(xí)交流,4-1,解： (1),44,PPT學(xué)習(xí)交流,4-2,P2=35 KPa T2=80 ,P1=1500 KPa T1=320 u1=3 m/s,W=?,45,PPT學(xué)習(xí)交流,4-2,分析： 能量衡算： 忽略位能、熱損失。,46,PPT學(xué)習(xí)交流,體積流量相等（相近）,47,PPT學(xué)習(xí)交流,4-2,解： 查水蒸氣熱力學(xué)性質(zhì)表得： h1=3081.54 kJ/kg h2=2645.63 kJ/kg 查表或用Eos計算得： v2=4.644 m3/kg v1=0.177 m3/kg,48,PPT學(xué)習(xí)交流,4-2,動能變化約占5%,49,PPT學(xué)習(xí)交流,4-3,

10、Q=？,Z1=61m,Z2=18m,T2=7.2 穩(wěn)流,T1=4.5 P1=1 atm,50,PPT學(xué)習(xí)交流,4-3,51,PPT學(xué)習(xí)交流,4-3,52,PPT學(xué)習(xí)交流,4-3,解： 能量衡算： 泵做功： 焓變： 換熱器熱負(fù)荷： 4.7 Kw,53,PPT學(xué)習(xí)交流,4-3,思考： 本題能否查附表來求得焓值？計算焓變？,54,PPT學(xué)習(xí)交流,4-11,C3H8 P1= 1 atm T1= 60 N=1 Kmol,P2=4.25 MPa,絕熱可逆壓縮,W=？,55,PPT學(xué)習(xí)交流,4-11,56,PPT學(xué)習(xí)交流,4-11,57,PPT學(xué)習(xí)交流,4-11,解： 查表得：,58,PPT學(xué)習(xí)交流,4-1

11、1,59,PPT學(xué)習(xí)交流,4-11,0,對于出口使用普維法可得：,解該方程,60,PPT學(xué)習(xí)交流,4-11,反復(fù)迭代可得：T2=477.89 K,61,PPT學(xué)習(xí)交流,4-11,所需壓縮功：,62,PPT學(xué)習(xí)交流,Review of Ch.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）,63,PPT學(xué)習(xí)交流,Review of Ch. 5,熵-系統(tǒng)內(nèi)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(chǎn)：由于不可逆過程改變了系統(tǒng)內(nèi)

12、部的有序程度，所產(chǎn)生的熵。,64,PPT學(xué)習(xí)交流,高溫?zé)嵩?低溫?zé)嵩?熱機,QH,QL,Ws,QR,65,PPT學(xué)習(xí)交流,5-1,66,PPT學(xué)習(xí)交流,5-2,67,PPT學(xué)習(xí)交流,5-4,穩(wěn)流,絕熱,不可逆,0,0,68,PPT學(xué)習(xí)交流,5-5,穩(wěn)流,吸熱,不可逆,0,69,PPT學(xué)習(xí)交流,Review of Ch.5,70,PPT學(xué)習(xí)交流,5-6,71,PPT學(xué)習(xí)交流,5-6,72,PPT學(xué)習(xí)交流,5-11,73,PPT學(xué)習(xí)交流,高溫?zé)嵩?2000K,低溫?zé)嵩?300K,熱機,QH,QL,WN,74,PPT學(xué)習(xí)交流,5-11,75,PPT學(xué)習(xí)交流,5-11,76,PPT學(xué)習(xí)交流,5-11,

13、77,PPT學(xué)習(xí)交流,Review of Ch.5,朗肯循環(huán),泵運輸,鍋爐加熱,蒸汽透平,蒸汽冷凝,78,PPT學(xué)習(xí)交流,5-12,某朗肯循環(huán)以水為工質(zhì)，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。,79,PPT學(xué)習(xí)交流,5-12,朗肯循環(huán),P4=0.007 MPa,P2=14 MPa,T2=540,80,PPT學(xué)習(xí)交流,5-12,81,PPT學(xué)習(xí)交流,5-12,82,PPT學(xué)習(xí)交流,5-12,83,PPT學(xué)習(xí)交流,Review of Ch.5,蒸汽壓縮制冷循環(huán),2,飽和蒸汽壓縮,蒸汽冷

14、凝放熱,飽和液體膨脹,液體汽化吸熱,84,PPT學(xué)習(xí)交流,5-13,某蒸汽制冷循環(huán)用氨為工質(zhì)，冷凝壓力為1.2MPa，蒸發(fā)壓力為0.14MPa。工質(zhì)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13940 kJ/h。求： （1）制冷系數(shù) （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(shù),85,PPT學(xué)習(xí)交流,5-13,蒸汽壓縮制冷循環(huán),P2=1.2 Mpa,2,P5=1.2 Mpa,86,PPT學(xué)習(xí)交流,5-13,87,PPT學(xué)習(xí)交流,5-13,88,PPT學(xué)習(xí)交流,5-13,89,PPT學(xué)習(xí)交流,Review of Ch.6,理想功(

15、P151-152)、功損耗(p157-158)與熱力學(xué)效率(P156,p158) 化工過程中理想功的計算(P160-162),90,PPT學(xué)習(xí)交流,6-1,Qm=1680 kg/h,T1=430 P1=3.727 Mpa,T2 P2,Ws,（1） P2=0.1049MPa 飽和水蒸氣 （2） P2=0.0147 T2=60 求：理想功與熱力學(xué)效率,T0=25,91,PPT學(xué)習(xí)交流,6-1,92,PPT學(xué)習(xí)交流,6-1,93,PPT學(xué)習(xí)交流,6-3,94,PPT學(xué)習(xí)交流,6-5,T1=20 P1=1.378MPa,T2，飽和液體 P1=1.378MPa,T2，飽和蒸汽 P1=1.378MPa,T

16、H=1200,（1）水吸收的能量最多有百分之幾轉(zhuǎn)化為功？ （2）假定加熱溫度不變，求加熱過程熱損耗。,95,PPT學(xué)習(xí)交流,6-5,96,PPT學(xué)習(xí)交流,6-5,97,PPT學(xué)習(xí)交流,6-5,98,PPT學(xué)習(xí)交流,6-7,空氣 qm1=42000 kg/h,煙道氣 qm2=45000 kg/h,Q,PL1=1 atm TL1=38 ,PH2=1 atm TH2=？,PH2=1 atm TH2=200 ,PH1=1 atm TH1=318 ,99,PPT學(xué)習(xí)交流,6-7,100,PPT學(xué)習(xí)交流,6-7,101,PPT學(xué)習(xí)交流,Chapter 7,化學(xué)勢與偏摩爾性質(zhì)（P198199） 偏摩爾性質(zhì)的

17、計算（P201） G-D方程（P229） 逸度與逸度系數(shù)（P203、P210211） 理想溶液與過量性質(zhì)（P224225） 活度與活度系數(shù)（P226227）,102,PPT學(xué)習(xí)交流,7-2,某廠用96%wt的酒精配酒，產(chǎn)品酒中乙醇含量為56%wt?，F(xiàn)用1T酒精進行配置，需要多少水？所得酒體積為多少？,103,PPT學(xué)習(xí)交流,7-2,104,PPT學(xué)習(xí)交流,7-3,105,PPT學(xué)習(xí)交流,7-3,106,PPT學(xué)習(xí)交流,7-3,107,PPT學(xué)習(xí)交流,7-3,108,PPT學(xué)習(xí)交流,7-4,109,PPT學(xué)習(xí)交流,7-4,110,PPT學(xué)習(xí)交流,7-4,X1+x2=1,111,PPT學(xué)習(xí)交流,7-17（15分）,112,PPT學(xué)習(xí)交流,MPa,7-17,113,PPT學(xué)習(xí)交流,7-17,114,PPT學(xué)習(xí)交流,7-17,115,PPT學(xué)習(xí)交流,7-17,116,PPT學(xué)習(xí)交流,7-17,117,PPT學(xué)習(xí)交流,7-17,11