化工热力学应用及计算考试试题.doc

五、化工热力学应用及计算题1、 已知50Kg的丙烷气体，需要在137、5Mpa的条件下贮存。欲设计一个压力容器，请提供该容器的体积设计参数。请分别据两种方法进行计算：（1） 普遍化三参数压缩子法（2） 真实气体状态方程法 设丙烷符合R-K方程 说明：答题时只需给出解题的步骤和方法，不必给出具体结果。注意：公式中每一参量必须作出说明：根据已给条件，直接代入公式中每一参量的具体数值和单位必须作出说明，而在计算时已知条件不足的均须自行补充说明（其中a和b不必列出公式）。否则相应步骤的得分值为0。解：（1）普遍化三参数压缩因子法：（共6分）（1分）（1分）查压缩因子表得Z0和Z1（1分）（1分） （1分）如P、T、量纲不正确，则扣1分如果T量纲为K ，P量纲为pa 则量纲为；如果T量纲为K ，P量纲为Kpa 则量纲为。（1分） （量纲为）（2）真实气体状态方程法：（共7分）（41=4分） 已知 （1分）而须查取丙烷的临界参数（1分）据，经试差计算得（），（1分） （量纲为）2、某纯物质B由1 .013Mpa，453K的饱和蒸汽变为4 .052Mpa，653K的过热蒸汽。（1）试设计以偏离函数为基础的计算过程H的路径框图，并写出各步骤的计算过程的焓变及H总表达式；列出所用到的主要公式，不需算出最后结果。（2）简要说明计算过程H为何要引入偏离函数的概念。（假设已知理想气体的Cp= a+bT+cT2，偏离焓HR）。解：（1）共9分B 饱和蒸汽1 .013Mpa，453KH=? B过热蒸汽4 .052Mpa，653K -H1R H2R B过热蒸汽(理气)4 .052Mpa，653KB饱和蒸汽(理气)1 .013Mpa，453KH* 4分 2分1+1+1=3分（2）共4分如据 计算，一方面：对于真实流体特别是新开发的物系，其热容往往比较缺乏；另一方面真实流体的状态方程比较复杂，即计算较繁琐、工作量大。基于此，则工程中计算过程H可引入剩余性质的概念，计算较简单、方便。 1+2+1=4分 六、应用及计算题（39分） 每题13分1、有两股压力分别是12.0 MPa和1.5 Mpa的饱和蒸汽。(1) 如用于作功，经稳流过程变成25的饱和水，求Wid(To=298K) 。(2) 如用作加热介质，经换热器后变成25的饱和水，求换热量Q 。对计算结果作综合分析，在化工设计和生产过程中如何合理地使用这两股蒸汽？已知：各状态点一些热力学参数，见表1。表1. 装置各状态点一些热力学参数状态点tPMPa状态HkJkg-1SkJkg-1k-11324.812饱和蒸汽2684.9549242198.31.5饱和蒸汽2792.2644483250.008169饱和水104.8903674解：1.（1） 3+12=5分（2） 3+12=5分(3) 高压蒸汽的作功本领比低压蒸汽强。高压蒸汽的加热能力比低压蒸汽弱，因此用低压蒸汽作为工艺加热最恰当，并可减少设备费用。 1.5+1.5=3分八、简答题1写出稳定流动系统热力学第一定律的一般形式；当流体流经泵和流经换热器时系统热力学第一定律的简化形式。、答：稳定流动系统的热力学第一定律表达式为：(1) 流体流经换热器传质设备Ws=0；另外，考虑动能项和势能项与焓变之间的数量级差别，动能项和势能项可以忽略，即，；因此，稳流系统热力学第一定律可化简为：流体流经泵、压缩机、透平等设备在数量级的角度上，动能项和势能项不能与焓变相比较，可以忽略，即，；即：若这些设备可视为与环境绝热，或传热量与所做功的数值相比可忽略不计，那么进一步可化简为：2完成相平衡体系求解过程框图。假设体系为部分理想系，已知总压及液相各组成，求该体系温度及汽相组成(为某一有限小数)。解：组分i在汽相分逸度系数 1 ， 1 已知P，xi假设： T 计算： Pis 计算： yi 公式： No，重新调整 T 输出T，yi 八、计算题1（ 10分） 6.0MPa，400的过热蒸汽（H1=3174 kJkg-1，S1=6.535 kJkg-1K-1）在稳流过程中经透平膨胀到0.004MPa、干度x=0.9。（已知0.004 MPa下Hg=2554 kJkg-1，Sg=8.4808 kJkg-1K-1，HL=120 kJkg-1，SL=0.4177 kJkg-1K-1）。T0=298K。（1）如该透平是绝热的，求该过程的Wid、Ws、WL及热力学效率 。（2）如该透平的热损失为5 kJkg-1汽 终态不变。求该过程的Wid、Ws、WL及热力学效率 。解：（1） （2）九计算题 1. 今有压力为10Mpa、温度400的过热蒸汽，经汽轮机绝热膨胀，乏气为0.2 Mpa 的饱和蒸汽，蒸汽有关数据为： 状态HKJ/KgSKJ/KgK10Mpa、400过热蒸汽30936.2070.2Mpa饱和蒸汽27077.127 试计算上述过程产生的轴功； 过程的火用 和火无的变化值、； 过程的理想功和损耗功。上述计算以1Kg蒸汽为基准，环境温度。1. 解： 绝热 Q=0, WS=-H （2707-3093）-298（7.127-6.207）-660.16kJ/Kg 绝热 Ssur=0 则 WL=AN,t=T0Ssys=274.16kJ/Kg十、计算分析题1 某工厂采用氨压缩制冷，制冷能力Q0=200000 kJh-1，操作条件如右图，且已知：H1=1661 kJkg-1， H2=1890 kJkg-1，H4=560 kJkg-1， H5=535 kJkg-1求：（1）制冷剂循环量（kJh-1）； （2）压缩机消耗功率（kW）；（3）该循环的制冷系数；（4）冷凝器的热负荷。 解：(1)单位制冷量： （2分）制冷剂循环量： （2分）（2）单位制冷剂消耗的功： （2分）压缩机消耗的功率： （2分）（3）制冷系数： （2分）（4）单位制冷剂放热量： （2分）冷凝器热负荷： （2分） 2 计算500K，100KJ恒温热源具有的有效能与无效能分别为多少？T0=298K 。解：有效能： （3分）无效能： （3分）4某气体在300K, 1.013105Pa下可视为理想气体，试求此气体在500K, 1.013107Pa下的焓值。已知：（1）在300K, 1.013105Pa时，H0id=0(2) 在500K, 1.013107Pa时，偏离焓H5000 K