化工热力学第三版习题答案

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-=molm 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 。(133113301103896. 110381. 1-+-+=+-+=+-=molm V molm V b V V T b V a b p RT V b V V T a b V RT p i i i i i(c 用 PR 方程步骤同(b ,计算结

2、果:1331103893. 1-+=molm V i 。(d 利用维里截断式2. 416. 101172. 0139. 0422. 0083. 0111rrrr rr rr cc T B T BT p B T p B T p RT Bp RT Bp RTpV Z -=-=+=+=+=查表可计算 r p 、 r T 、 0B 、 1B 和 Z 由 13310391. 1-=molm pZRT V RTpV Z2-4 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 VRT Mm VnRT p =383. 3213. 115. 5003

3、14. 84640. 45(b 用 R-K 方程a 0.42748R2T C2.5P C28.039b 0.08664R T CP C0.058 ( MPapkmol mnVVb V VabVRTpmmmm=+-=-759. 2229. 146/40.45213. 11 3(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 RT p B B Bp TR BB B B B RT Bp BV RT p RTBp RTpV Z kmol m n V V kmol M m n m ccc c m mm =-=-=-=-=+=+=-=+=-779. 2267. 0

4、635. 0, 057. 0, 361. 01229. 1987. 0213. 1987. 0464. 451111132-7 计算 T=523.15K, p=2 MPa 的水蒸气的 Z 和 V 解:(a 用维里截断式 221pVCRT pVBRT pRT V VC V B RTpV 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. 101172. 0139. 0422. 0083. 0111rrrr rr rr cc T B T BT p B T p B T p RT Bp RT Bp RTpV Z -=-=+=+=+=查表可计算 r p

5、、 r T 、 0B 、 1B 可得到 Z=0.932;由 13310025. 2-=molm pZRT V RTpV Z(c 水蒸气表 9223. 015. 523314. 800592. 2200000592. 21811144. 011144. 01313=-RTV p Z kmolm 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:=PaT c 425:=P c 4.326106:=Pa0.181:=C p T ( 22.738222.796103-T

6、+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 20.535:=V Z 2R T 2P 2Z 1R T 1P 1-:=V 7.146-104-=m 3mol1-H 2R R T c P 2P c 0.0830.139+1.097T 2T c1.6-0.894T 2T c4.2-:=H 2R 8.475-103=H 1R R T c P 1P c 0.0830.13

7、9+1.097T 1T c 1.6-0.894T 1Tc 4.2-:=H 1R 2.704-103=H T1T 2T 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 2Tc 5.2-+:=S 2R 12.128-=S 1R R -P 1P c 0.675T 1T c 2.6-0.722T 1Tc 5.2-+:=S 1R 4.708-=S T1T 2T C p T ( Td R ln P 2P 1-S 2R +S 1R -:=S 3.212=J mol1-K1-3-7: 解:(11333

8、3261. 510261. 5381200010551. 110095. 2S V , , T V V 121-=-=-=-=-=-= =KkgJ Kkg kPa m Vdp p S T V p S p p T pT p 注意:J kPa m =3310(163091. 110619. 110551. 1261. 5270-=+-=+=kgkJ p V S T H或者(156336. 10901081. 310210551. 127010095. 21121-=-=-=kgJ dp V T H Lp p3-9解:乙腈的 Antonie 方程为(kPa c t p s85. 241/24. 32

9、717258. 14ln +-=(1 60时,乙腈的蒸气压 kPap 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(molkJ c H mol kJ c H mol kJ c H t TH RTH t RTH dT p d s/72. 32375. 81; /57. 3340; /09. 342085. 241314. 824. 327185. 24124. 3271ln 2222

10、2=+=+=117页第四章 4-131-h 12u2+g z +q w -z 3m :=h 23003230-( 103J kg 104kg3600s:=q 0:=m 2.778kg s:=104kg 3600s2.778kg s=u 1202502-109J kgu 109J kg:=h 2.583-106Js=12m u21.65104Js=g z m 81.729J s=h 12m u2+g z m -2.567-106Js=w2.567106J s 2.567106Wwc 2.5832.567-2.567100%:=wc 0.623%=4-2方法一:h 12u2+g z +q w-u

11、13:=R 8.314:=h 12u2+w-u 20.07520.252u 1:=u 20.27=T 2353.15:=T 1593.15:=HC pmh T 2T 1-(HR 2+HR 1-HR 1R 647.3T r 00P r 0P r dB00B0T r 0- 0.344dB10B1T r 0- +d -:=HR 1576.771-=HR 2R 647.3T r 10P r1P r dB01B01T r 1- 0.344dB11B11T r 1- +d -:=HR 256.91-=经计算得1103. 35-=KmolJ C pmh体积流速为:(132210132. 02075. 031

12、4. 32/-= =s m d u V 摩尔流速为:1015. 41500000/15. 593314. 80132. 0/-=smol pRT V V V n m根据热力学第一定律,绝热时 W s = - H ,所以Hn C pmh T 2T 1-n HR 2HR 1-+W s4.015-8.408-1056.91-576.771+( +3.16710W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

13、-1;w-h 12u 22u 12-2645.63081.5-4.464103-435.904-kJ kg1-按 理 想 气 体 体 积 计 算 的 体 积 V R T P8.314593.1515000003.288103-=m 3mol1-N 4.015mol s:=0.0132m 3s 1-3.288103-m 3mol 1-4.015mol s=w 435.90418N 3.15104W4-6 解:二 氧 化 碳T 1303.15:=R 8.314:=P 11.5106:=PaP 20.10133106:=PaT c 304.2:=P c 7.357106:=Pa0.225:=C p

14、T ( 45.3698.688103-T +9.619105T2-:= H 2R T 2(R T c P 2P c 0.0830.139+1.097T 2T c -0.894T 2Tc -:=通过 112T C H T pmhR +=迭代计算温度, T 2=287.75 KT1T 2TC p T ( Td ln T 2T 1 :=HT12T C p T ( d H 2R T 2(+H 1R-1.822108-J mol1- 4-7解:T 1473.15:=R 8.314:=P 12.5106:=PaP 20.20106:=PaT c 305.4:=P c 4.88106:=Pa0.098:=C

15、 p T ( 9.403159.837103-T +46.234106-T2-:= S 2R T 2(R -P 2P c0.675T 2T c 0.722T 2T c +:=经迭代计算(参考 101页例题 4-3得到 T 2=340.71K。 H 2R T 2(R T c P 2P c 0.0830.139+1.097T 2T c-0.894T 2T c -:=HT12T 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 0050<=-=-=sys s

16、ys f sys g S T S S S S 。5-2:解:不可逆过程熵产大于零,即 0505T 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>=-=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 010010T 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

17、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 373.15K1.44108J 298.15K+9.7071041KJ=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 Mm 1m 2+,H 0,所 以M h 3m 1h 1m 2h 2+T 320kg s1-90273.15+( K 30kg s1-50273.15+( K+50kg s1-:=T 3339.15K=339.15273.15-66=S gjm

18、j S j im i S i-m 1C pms ln T 3T 1m 2C pms ln T 3T 2+C pmsC pmh9050-4.19kJ kg1-K1- 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 W Q W Tur S HN 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. 01

19、0007. 01460. 162-=-+=-kgkJ H p V H012. 03. 240938. 356210007. 014(001. 0332, 14=-=-=-H H p V TurS345. 0124132=-+-=H H H H H H T (3 提供 1 kw电功的蒸气循环量1857. 008. 116710001000-=sg 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. 273

20、11815. 2732112. 06. 01%20%6000= -+ +-=- -=L L H c irir HL T T T T T Q Q 194页第六章 S T p ,( n 703T 8.3143.471.45103-T +0.121105T2-+(Td n 8.314ln p3.727-:= W id H 374.114( -T 0S 374.1140.1049,( +3.60710J s (b W id H 333( -T 0S 3330.0147,( +4.92610J sW sH 333( -3.40810J s 6-3Hh 2h 1-292.98376.92-83.94-S

21、surH -T 0S gS sys S sur+0.95491.1925-83.94-298-0.044kJ kg1-K1-根 据 热 力 学 第 一 定 律热 损 失 为,Q H 83.94-kJ kg 1-或 Q 1.511-103J mol1-功 损 失 为W LT 0S g13.1kJ kg1-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 7.42103J mol1-6-12: 解:191.49213.64126.8205.03192.

22、5169.94130.59S 0393.51-238.64-046.19-285.84-0H fN2CO2CH3OH O2NH3H2O H 2查 表 得H 2H 212O 2+H 2-O l (-H 285.84-kJ mol1-S69.94130.59-0.5205.038.314ln 0.02061050.10133- -169.785-J mol1-K1-E XC H 2(H -T 0S+285.841000-235.244kJ mol1-NH312N232H2+NH3-E XC NH3(3117.6110.335+116.63-336.535kJ mol1-CH3OHE XC CH3O

23、H (4117.6111.966+410.54+166.31-716.636kJ mol1-6-13 解:HQ 1Q 2+0Q 1m 1h 3h 1-(Q 2m 2h 3h 2-(131232m 1720003600:=kg s1-m 21080003600:=kg s1-h 1376.92:=kJ kg1-S 11. 1925:=kJ kg1-K1-h 2209. 33:=kJ kg1-S 20. 7038:=kJ kg1-K1-131232h 3276.366kJ kg由1pmh 312pmh 32 使用内插法可求得 66.03时的熵值,S 30.8935-66.0365-0.95490.8935-7065-S 30.906kJ kg1-K1-(1利用熵分析法计算损耗功,W LT 0S gT 0S sysT 0m 1S 3S 1-(m 2S 3S 2-(+100.178kJ s(2利用 火用 分析法:h 0104.89:=S 00.3674:=M m 1m 2+:=E X1m 1-h 0h 1-(m 1T 0S 0S 1-(+:=E X2m 2-h 0h 2-(m 2T 0S 0S 2-(+:=E X3M -h 0h 3-(M T 0S 0