化工热力学习题参考答案(第三版)

1、化工热力学 (第三版习题参考答案58页第 2章2-1 求温度 673.15K 、压力 4.053MPa 的甲烷气体摩尔体积。 解:(a 理想气体方程133610381. 110053. 415. 673314. 8-=mol m p RT V RT pV (b 用 R-K 方程 查表求 c T 、 c p ; 计算 a 、 b ; 利用迭代法计算 V 。(1=+-+=+-=m ol m V m ol m V b V V b V a b p RTV b V V ab V RT p i i i i i(c 用 PR 方程步骤同(b ,计算结果:1331103893. 1-+=mol m V i 。

2、 (d 利用维里截断式2. 416. 1010172. 0139. 0422. 0083. 0111rrrr r r r r c c T B T B T p B T p B T p RT Bp RT BpRT pV Z -=-=+=+=+=查表可计算 r p 、 r T 、 0B 、 1B 和 Z 由 13310391. 1-=mol m pZRTV RT pV Z2-2 V=0.5 m3,耐压 2.7 MPa容器。规定丙烷在 T=400.15K时, p<1.35MPa。求可充丙烷多 少千克? 解:(a 用理想气体方程136948. 815. 400314. 85. 01035. 104

3、41. 0-=mol m RT MpV m RT M m pV nRT pV (b 用 R-K 方程 查表求 c T 、 c p ; 计算 a 、 b ; 利用迭代法计算 V 。(1=+-+=+-=m ol m V m ol m V b V V b V a b p RTV b V V ab V RT p i i i i i则可充丙烷质量计算如下:kg M V V M n m i =-+838. 910241. 25. 00441. 031 (c 利用维里截断式:2. 416. 1010172. 0139. 0422. 0083. 0111r r rrr r r r c c m T B T B

4、T p B T p B T p RT Bp RT Bp RT pV Z -=-=+=+=+=查表可计算 r p 、 r T 、 0B 、 1B 和 Z 由 133610257. 21035. 115. 400314. 8916. 0-=mol m V RT pV Z m m 则可充丙烷质量计算如下:kg M V V M n m i =-+77. 910257. 25. 00441. 0312-4 V=1.213 m3,乙醇 45.40 kg, T=500.15K,求压力。 解:(a 理想气体状态方程MPa V RT M m V nRT p =383. 3213. 115. 500314. 84

5、640. 45 (b 用 R-K 方程a 0.42748R 2T C2.5P C 28.039b 0.08664R T CP C0.058MPap kmol m n V V b V V a b V RT p m m m m =+-=-759. 2229. 146/40. 45213. 113(c 用 SRK 方程计算 (d 用 PR 方程计算 (e 用三参数普遍化关联(MPaBV RTp B B B p T R B B B B B RT Bp B V RT p RT Bp RT pV Z km ol m n V V km ol M m n m c c cc m m m =-=-=-=-=+=+

6、=-=+=-779. 2267. 0635. 0, 057. 0, 361. 01229. 1987. 0213. 1987. 0464. 45101101013 2-6 (本题以计算机编程计算提供参考,考试时不能使用 (a R-K 方程T r 0.858:=P r 0.329:=0.176:=i 0:=Z 01:=h 0.08664P r Z iT r:=Zi 1+11h-4.9340T r1.5h 1h + -:=Z 10.835=V m n ,( m Zi 1+n Zin m H 0.08664P r n T r m 11H-4.9340T r1.5H 1H + -m n -103-&g

7、t;w hile m n =S-R-KT r 0.858:=P r 0.329:=0.176:=i 0:=Z 012-:=F 1T r1S 1T r0.5-+2:=h 0.08664P r Z iT r:=Zi 1+11h-4.9340F h1h +-:=Z 10.828=V m n ,( m Zi 1 +n Zin m H 0.08664P r n T r m 11H-4.9340F H1H +-m n -103->w hile m n =2-7 计算 T=523.15K, p=2 MPa 的水蒸气的 Z 和 V 解:(a 用维里截断式221pVCRTpV BRT p RT V V C

8、 V B RT pV Z +=+=采用迭代法计算 V=2.006 之后求得 Z=0.923(d 利用维里截断式2. 416. 1010172. 0139. 0422. 0083. 0111rrrr r r r r c c T B T B T p B T p B T p RT Bp RT BpRT pV Z -=-=+=+=+=查表可计算 r p 、 r T 、 0B 、 1B 可得到 Z=0.932; 由 13310025. 2-=mol m pZRTV RT pV Z (c 水蒸气表9223. 015. 523314. 800592. 2200000592. 21811144. 011144

9、. 01313=-RT V p Z kmol m kg m V92页第三章 3-4丁 二 烯 1-3-R 8.314:=T 1127273.15+:=T 2227273.15+:=P 12.53106:=Pa P 212.67106:=Pa T c 425:=P c 4.326106:=Pa0.1813-T +73.879106-T2-:=利用三参数压缩因子计算方法,查图表,得到压缩因子:T r1T 1T c:=T r2T 2T c:=T r10.942=T r21.177=P r1P 1P c:=P r2P 2P c:=P r10.585=P r22.929=Z 10.677:=Z 20.5

10、35:=V Z 2R T 2P 2Z 1R T 1P 1-:=V 7.146-104-=m 3mo l1-:=H 2R 8.475-103=H 1R R T c P 1P c:=H 1R 2.704-103=H T1T2T C p T ( d H 2R +H 1R-:=H 5.028103=J mol1-S 2R R -P 2P c 0.675T 2T c 2.6-0.722T 2T c 5.2-+:=S 2R 12.128-=S 1R R -P 1P c 0.675T 1T c 2.6-0.722T 1T c 5.2-+:=S 1R 4.708-=S T1T 2T C p T ( Td R

11、ln P 2P 1 -S 2R +S 1R-:=S 3.212=J mo l 1-K1-3-7: 解:(113333261. 510261. 5381200010551. 110095. 2S V , , T V V 121-=-=-=-=-= -= =K kg J Kkg kPam Vdp p S T V p S p p Tp Tp 注意:J kPa m =3310(163091. 110619. 110551. 1261. 5270-=+-=+=kg kJ p V S T H 或者(156336. 10901081. 310210551. 127010095. 21121-=-=-=kg

12、J dpV T H L p p 3-9解:乙腈的 Antonie 方程为(kPa c t p s 85. 241/24. 32717258. 14ln +-=(1 60时,乙腈的蒸气压kPa p p s s =+-=813. 48888. 385. 2416024. 32717258. 14ln (2乙腈的标准沸点ct c t =+-=375. 81605. 485. 241/24. 32717258. 14100ln (3 20、 40和标准沸点时的汽化焓(m olkJ c H m ol kJ c H m ol kJ c H t T H RT Ht RT H dT p d s /72. 32

13、375. 81; /57. 3340; /09. 342085. 241314. 824. 327185. 24124. 3271ln 22222=+=+=117页第四章 4-131-h 12u 2+g z+q w -z 3m :=h 23003230-( 103J kg 104kg3600s :=q 0:=m kgs :=104kg3600s kgs=u 1202502-109kgu 109kg:=h 2.583-106Js=12m u 21.65104Js=g z m Js=h 12m u 2+g z m -2.567-106Js=w2.567106J s -2.567100%:=w c

14、0.623%=4-2方法一:h 12u 2+g z+q w-u 13:=R 8.314:=h 12u 2+w-u 20.07520.252u 1:=u 20.27=T 2353.15:=T 1593.15:=HC pmh T 2T 1-(H R 2+H R 1-HR 1R 647.3T r 00P r 0P r dB00B00T r 0- 0.344dB10B10T r 0- +d -:=HR 1576.771-=HR 2R 647.3T r 10P r 1P rdB01B01T r 1- 0.344dB11B11T r 1- +d -:=HR 256.91-=经计算得1103. 35-=K

15、mol J C pm h体积流速为:(132210132. 02075. 0314. 32/-= =s m d u V 摩尔流速为:1015. 41500000/15. 593314. 80132. 0/-=s mol p RT V V V n m 根据热力学第一定律,绝热时 W s = - H ,所以 方法二:根据过热蒸汽表,内插法应用可查得35kPa 、 80的乏汽处在过热蒸汽区,其焓值 h 2=2645.6 kJ·kg -1; 1500 kPa、 320的水蒸汽在过热蒸汽区,其焓值 h 1=3081.5 kJ·kg -1;w-h 12u 22u 12-3-435.90

16、4-k J k g1-按 理 想 气 体 体 积 计 算 的 体 积 VR T P3.288103-=m 3mol1-N mols:=0.0132m 3s1-3.288103-m 3mol1-mols=w 435.90418N 3.15104W4-6 解:二 氧 化 碳 T 1303.15:=R 8.314:=P 11.5106:=PaP 20.10133106:=Pa T c 304.2:=P c 7.357106:=Pa0.2253-T +9.619105T2-:=H 1R R T c P 1P :=H 2R T 2(:=通过 112T C H T pmh R +=迭代计算温度, T 2=

17、287.75 KT1T 2T C p T (T d ln T 2T 1 := S 1R R -P 1P 0.675T 1T 0.722T 1T +:=S 2R R -P 2P 0.675T 2T 0.722T 2T + :=4-7解:T 1473.15:=R 8.314:=P 12.5106:=P aP 20.20106:=P a T c 305.4:=P c 4.88106:=P a0.0983-T +46.234106-T2-:=S 1R R -P 1P 0.675T 1T 0.722T 1T + :=S 2R T 2(R -P 2P c 0.675T 2T c 0.722T 2T c +

18、:=经迭代计算(参考 101页例题 4-3得到 T =340.71K。:=H 2R T 2(:=HT 12T C p T ( d H 2R T 2(+H 1R -8.32725-103J mol1-。146页第五章5-1:b 5-2: c 5-4: a 5-5: a5-1:解:可逆过程熵产为零,即 005<=-=-=sys sys f sys g S T S S S S 。 5-2:解:不可逆过程熵产大于零,即 00505T S T S S S S sys sys f sys g ->>-=-=。即 系统熵变可小于零也可大于零。5-4:解:不可逆绝热过程熵产大于零,即 0&g

19、t;=-=sys f sys g S S S S 。所以流体熵变大于 零。 5-5:解:不可逆过程熵产大于零,即 0010010T S T S S S S sys sys f sys g >>-=-=。5-3:解:电阻器作为系统,温度维持 100,即 373.15K ,属于放热;环境温度 298.15K ,属于 吸热,根据孤立体系的熵变为系统熵变加环境熵变,可计算如下:5020A ( 223600s 1.44108J =1.44-108J 373.15K 1.44108J 298.15K +9.7071041K J=5-6: 解:理想气体节流过程即是等焓变化, 温度不变, 而且过程

20、绝热, 所以系统的熵变等于熵产, 计算如下: 所以过程不可逆。5-7: 解: 页 4-7绝 热 稳 流 过 程 M m 1m 2+,H 0,所 以M h 3m 1h 1m 2h 2+T 320k g s1-90273.15+( K 30k g s1-50273.15+( K+50k g s1-:=S g jm j S j im i S i-m 1C pms ln T 3T 1 m 2C pms ln T 3T 2 +12C pms C pmh9050-4.19kJ kgK 不同温度的 S 值也可以直接用饱和水表查得。计算结果是 0.336。 5-12解:(1循环的热效率 1214, H H W

21、 W Q W Tur S H N T -+=- (2 水泵功与透平功之比H 2=3562.38 kJ·kg -1, H 3=2409.3 kJ·kg -1, H 4=162.60 kJ·kg -1, H 5=2572.14 kJ·kg -1,(13146. 176001. 010007. 01460. 162-=-+=-kg kJ H p V H012. 03. 240938. 356210 007. 014(001. 0332, 14=-=-=-H H p V TurS 345. 0124132=-+-=H H H H H H T (3 提供 1 kw

22、电功的蒸气循环量1857. 008. 116710001000-=s g W m N5-15题:415-C1T 0T H-W Q HQ L WT L T 0T L-T C 60%20%Q L Q HT 1T 0T H- T L T 0T L - 0.60.20.555555. 012. 062115. 273615. 27311815. 2732112. 06. 01%20%6000= -+ +-=- -=L L H c ir ir H LT T T T T Q Q 194页第六章 (b 6-3-83.94-S sur H-T 0S gS sys S sur0.044k J k g1-K1-根

23、 据 热 力 学 第 一 定 律热 损 失 为,Q H83.94-k J k g 1-或 Q 1.511-103J mol1-功 损 失 为 W LT 0S g 13.1k J k g1-或W L235.8J mol1-6-6:解:理想气体经一锐孔降压过程为节流过程, 0=H , 且 0=Q ,故 0=S W ,过程恒温。 W LW idT 0S g298-8.314ln 1.96 7.4210J m ol 6-8: 解:(1产品是纯氮和纯氧时,122110274. 1 79. 0ln 79. 021. 0ln 21. 0(15. 298314. 8 ln ln (-=+=+=molkJ y

24、y y y RT W id(2产品是 98% N2和 50% O2的空气时,设计计算流程如下:W1 0.21 O2 0.98 N2 分离 Wid 纯 O2 纯 N2 混合 W2 98% N2 50% O2 总的功 W = Wid + W1 + W2 W1 = T0 R (0.98 ln 0.98 + 0.02 ln 0.02 = 298.15 8.314 ( 0.098 = 242.924 J mol 1 W = 1.274 + 242.924 10 3 + 1.718 = 0.687kJ mol 1 6-12： 解： 查查查 Hf S W2 = T0 R (0.5 ln 0.5 + 0.5

25、ln 0.5 = 298.15 8.314 ( 0.693 = 1.718 kJ mol 1 H2 0 H2O 285.84 NH3 46.19 O2 0 CH3OH 238.64 CO2 393.51 N2 0 130.59 69.94 192.51 205.03 126.8 213.64 191.49 H2 1 H2 + O2 H2 O( l 2 H S 285.84 kJ mol 1 69.94 130.59 0.5 205.03 8.314 ln H + T 0 S 285.84 298 169.785 1000 0.0206105 0.10133 235.244 kJ mol 169

26、.785 J mol 1 1 K 1 E XC H 2 NH3 ( 1 3 N2 + H2 NH3 2 2 EXC ( NH3 3 117.61 + 1 0.335 1 16.63 336.535 kJ mol 1 CH3OH EXC ( CH3OH 4 117.61 + 1 1.966 + 410.54 166.31 716.636 kJ mol 1 6-13 解： H Q1 + Q2 0 Q1 m1 h3 h1 ( Q2 m2 h3 h2 ( m 1 h 3 h 1 + m 2 h 3 h 2 72000 1 m1 := kgs 3600 h1 := 376.92 kJ kg S2 :=

27、0.7038 1 1 1 ( ( 0 108000 1 m2 := kgs 3600 S1 := 1.1925 K kJ kg 1 K 1 h2 := 209.33 kJ kg 1 kJ kg m 1 h 3 h 1 + m 2 h 3 h 2 h3 276.366 kJ kg 1 ( ( 0 m C t t + m 2 C pmh( t 3 t 2 由 1 pmh ( 3 1 0 t ，可得 3 66.03 使用内插法可求得 66.03时的熵值， S3 0.8935 66.03 65 0.9549 0.8935 70 65 S3 0.906 kJ kg 1 K 1 （1）利用熵分析法计算损耗功， WL T 0 S g T 0 S sys T 0 m 1 S 3 S 1 + m 2 S 3 S 2 ( ( 100.178 kJ s 1 （2）利用火用分析法： h0 := 104.89 S0 :=