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

化工熱力學(xué)習(xí)題講解

前言化工是一門(mén)突出實(shí)踐和經(jīng)驗(yàn)的學(xué)科。對(duì)于化工熱力學(xué)，突出一個(gè)“用”字。3指導(dǎo)思想不要期望學(xué)生今后發(fā)展熱力學(xué)，對(duì)碩士生今后能發(fā)展熱力學(xué)的估計(jì)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(jì)課程為化工計(jì)算及化工設(shè)計(jì)課程為正確使用化工軟件4幾點(diǎn)思考熱力學(xué)不是一次學(xué)成的，不能對(duì)學(xué)生期望過(guò)高在應(yīng)用中掌握熱力學(xué)計(jì)算和設(shè)計(jì)是最重要的應(yīng)用正確使用軟件，不是軟件的“奴隸”要考慮讀研的要求關(guān)于軟件與參考書(shū)ExcelMatlabAspenPlus《IntroductiontoChemicalEngineeringThermodynamics》J.M.SmithChapter2VolumetricPropertiesPVTBehaviorofpuresubstances1.PTdiagramandPVdiagram2.EOS(equationofstate)3.Generalizedcorrelations（普遍化關(guān)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(jìn)容器的丙烷為127℃，壓力不得超過(guò)耐壓極限的一半。試問(wèn)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(guān)系式、狀態(tài)方程2-2

選擇普維法2-2普維法2-3

反應(yīng)器的容積為1.213m3，內(nèi)有45.40kg乙醇蒸氣，溫度為227℃。試用下列四種方法求算反應(yīng)器的壓力。已知實(shí)驗(yàn)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。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(xué)計(jì)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(jìn)入反應(yīng)器。氨的轉(zhuǎn)化率為15%。從反應(yīng)器出來(lái)的氣體經(jīng)冷卻和凝縮，將氨分離出后，再行循環(huán)。（1）計(jì)算每小時(shí)合成氨的量；（2）若反應(yīng)器出口的條件為27.86Mpa，150℃，求內(nèi)徑為0.05m的出口管中氣體的流速。2-4分析：轉(zhuǎn)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(shí)產(chǎn)量=？2-4思路：對(duì)進(jìn)口：已知V1P1T1與進(jìn)口組成，可求得各組分的摩爾量。對(duì)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(duì)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(guān)系式。混合規(guī)則選用Amagat規(guī)則。

查二參數(shù)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(jì)算2-4*計(jì)算結(jié)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(guān)聯(lián)法計(jì)算1kmol1,3-丁二烯從2.53Mpa、127℃壓縮到12.67Mpa、227℃時(shí)的焓、熵和體積變化。分析：先判斷普壓還是普維法，接著計(jì)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）3-4解：查表得3-43-4查圖可得：經(jīng)計(jì)算可得：3-4整個(gè)過(guò)程的變化為：3-5離心式CO2壓縮機(jī)的四段入口條件為42℃、8.05MPa，抽口條件為124℃、15.78Mpa。求壓縮過(guò)程的焓、熵變。

分析：思路與3-4完全一樣。總結(jié)理解推導(dǎo)思路，熟記計(jì)算方法。盡量避免人為的誤差，杜絕計(jì)算錯(cuò)誤。嘗試使用軟件進(jìn)行計(jì)算。Question節(jié)流膨脹后，流體的溫度一定會(huì)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(xué)性質(zhì)表得：

h1=3081.54kJ/kg

h2=2645.63kJ/kg

查表或用Eos計(jì)算得：

v2=4.644m3/kgv1=0.177m3/kg

4-2

動(dòng)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(fù)荷：4.7Kw4-3思考：

本題能否查附表來(lái)求得焓值？計(jì)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(duì)于出口使用普維法可得：解該方程4-11

反復(fù)迭代可得：T2=477.89K4-11所需壓縮功：

ReviewofCh.5封閉體系與敞開(kāi)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(dòng)力循環(huán)（P132-134）與制冷循環(huán)。（P139-141）ReviewofCh.5熵--系統(tǒng)內(nèi)部分子運(yùn)動(dòng)混亂程度。熵流：由于熱量變化引起熵的變化。

（功的傳遞不會(huì)直接引起熵流）

熵產(chǎn)：由于不可逆過(guò)程改變了系統(tǒng)內(nèi)部的有序程度，所產(chǎn)生的熵。高溫?zé)嵩吹蜏責(zé)嵩礋釞C(jī)

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(fù)，不可能

5-6

5-6

5-11

高溫?zé)嵩?000K低溫?zé)嵩?00K熱機(jī)

QHQLWN5-11

5-11

5-11

ReviewofCh.5朗肯循環(huán)泵運(yùn)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(zhì)，運(yùn)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(zhì)，冷凝壓力為1.2MPa，蒸發(fā)壓力為0.14MPa。工質(zhì)進(jìn)壓縮機(jī)為飽和蒸汽，進(jìn)節(jié)流閥為飽和液體，壓縮機(jī)等熵效率為0.8，制冷量為13940kJ/h。求：（1）制冷系數(shù)（2）氨循環(huán)速率（3）壓縮機(jī)功率（4）冷凝器放熱量（5）逆卡洛循環(huán)制冷系數(shù)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(xué)效率(P156,p158)化工過(guò)程中理想功的計(jì)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(xué)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(zhuǎn)化為功？（2）假定加熱溫度不變，求加熱過(guò)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(xué)勢(shì)與偏摩爾性質(zhì)（P198~199）偏摩爾性質(zhì)的計(jì)算（P201）G-D方程（P229）逸度與逸度系數(shù)（P203、P210~211）理想溶液與過(guò)量性質(zhì)（P224~225）活度與活度系數(shù)（P226~227）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(jìn)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(chǎn)品酒中水/cm3/g0.8160.953乙醇/c