川大化工热力学习题解答(化学工业出版社)

化工热力学习题讲解

前言化工是一门突出实践和经验的学科。对于化工热力学，突出一个“用”字。3指导思想不要期望学生今后发展热力学，对硕士生今后能发展热力学的估计1%~3%课程为了今后课程学习：分离工程、反应工程、工艺学、毕业设计课程为化工计算及化工设计课程为正确使用化工软件4几点思考热力学不是一次学成的，不能对学生期望过高在应用中掌握热力学计算和设计是最重要的应用正确使用软件，不是软件的“奴隶”要考虑读研的要求关于软件与参考书ExcelMatlabAspenPlus《IntroductiontoChemicalEngineeringThermodynamics》J.M.SmithChapter2VolumetricPropertiesPVTBehaviorofpuresubstances1.PTdiagramandPVdiagram2.EOS(equationofstate)3.Generalizedcorrelations（普遍化关系式）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的耐压极限。出于安全考虑，规定充进容器的丙烷为127℃，压力不得超过耐压极限的一半。试问可充入容器的丙烷为多少千克?分析:已知PT摩尔体积Vm方法：普遍化关系式、状态方程2-2

选择普维法2-2普维法2-3

反应器的容积为1.213m3，内有45.40kg乙醇蒸气，温度为227℃。试用下列四种方法求算反应器的压力。已知实验值为2.75Mpa。（1）RK方程；（2）SRK方程；（3）PR方程；（4）三参数普遍化关联法。2-3

选择普维法2-32-3(1)

(2)将(1)代入(2)可求得PP=2.785Mpa2-4

以化学计量比的N2和H2合成氨，在25℃和30.395Mpa下，混合气以1.667m3/s的流速进入反应器。氨的转化率为15%。从反应器出来的气体经冷却和凝缩，将氨分离出后，再行循环。（1）计算每小时合成氨的量；（2）若反应器出口的条件为27.86Mpa，150℃，求内径为0.05m的出口管中气体的流速。2-4分析：转化率=15%H2：N2=3：1V1=1.6667m3/sP1=30.395MpaT1=25℃P2=27.86MpaT2=150℃D=0.05m求：V2=？

氨每小时产量=？2-4思路：对进口：已知V1P1T1与进口组成，可求得各组分的摩尔量。对反应器：已知转化率，可求得出反应器各物质的摩尔量。对出口：已知P2T2和出口摩尔量，可求得出口体积流速。2-4解：选用普遍化关系式。混合规则选用Amagat规则。

查二参数普遍化Z图得2-42-42-4求出口气体组成出口气体总摩尔流率2-4利用Amagat定律求出口气体的摩尔体积出口管中气体的体积流速为2-4出口线速度2-4*利用AspenPLUS计算2-4*计算结果

RKRKwithkijGCTemperatureC150150150Pressurebar278.6278.6278.6Velocity

m/s1152.2891152.2891152.289MoleFlowkmol/hr

N213027.18313037.88412977.616H239081.55039113.65138932.849NH34597.8294601.6064580.335Chapter3ThermodynamicPropertiesofPureMaterials

ResidualpropertiesGeneralizedcorrelationsEOS

Then3-4试选用合适的普遍化关联法计算1kmol1,3-丁二烯从2.53Mpa、127℃压缩到12.67Mpa、227℃时的焓、熵和体积变化。分析：先判断普压还是普维法，接着计算剩余性质，最后用三步法求得焓等变化。（注意是求1KMOL丁二烯的变化）3-4解：查表得3-43-4查图可得：经计算可得：3-4整个过程的变化为：3-5离心式CO2压缩机的四段入口条件为42℃、8.05MPa，抽口条件为124℃、15.78Mpa。求压缩过程的焓、熵变。

分析：思路与3-4完全一样。总结理解推导思路，熟记计算方法。尽量避免人为的误差，杜绝计算错误。尝试使用软件进行计算。Question节流膨胀后，流体的温度一定会下降吗？Thanks

4-1h1=3230KJ/kgu1=50m/sqm=10000kg/hz=3mh2=2300KJ/kgu2=120m/sW=?4-1分析：

能量衡算方程：

忽略热量损失，直接带入即可求得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、热损失。

体积流量相等（相近）4-2解：

查水蒸气热力学性质表得：

h1=3081.54kJ/kg

h2=2645.63kJ/kg

查表或用Eos计算得：

v2=4.644m3/kgv1=0.177m3/kg

4-2

动能变化约占5%4-3

Q=？Z1=61mZ2=18mT2=7.2℃稳流T1=4.5℃P1=1atm4-3

4-3

4-3解：

能量衡算：

泵做功：

焓变：

换热器热负荷：4.7Kw4-3思考：

本题能否查附表来求得焓值？计算焓变？4-11C3H8P1=1atmT1=60℃N=1KmolP2=4.25MPa绝热可逆压缩

W=？4-11

4-11

4-11解：

查表得：4-11

4-110

对于出口使用普维法可得：解该方程4-11

反复迭代可得：T2=477.89K4-11所需压缩功：

ReviewofCh.5封闭体系与敞开体系的熵变、热效率与可逆性。（P120-124）T-S图与H-S图。（P127-130）水蒸气动力循环（P132-134）与制冷循环。（P139-141）ReviewofCh.5熵--系统内部分子运动混乱程度。熵流：由于热量变化引起熵的变化。

（功的传递不会直接引起熵流）

熵产：由于不可逆过程改变了系统内部的有序程度，所产生的熵。高温热源低温热源热机

QHQLWs

QR5-1

5-2

5-4

稳流绝热不可逆00

5-5

稳流吸热不可逆0

ReviewofCh.5

正，不可逆0，可逆负，不可能

5-6

5-6

5-11

高温热源2000K低温热源300K热机

QHQLWN5-11

5-11

5-11

ReviewofCh.5朗肯循环泵运输锅炉加热蒸汽透平蒸汽冷凝5-12某朗肯循环以水为工质，运行于14MPa与0.007MPa之间，循环最高温度为540℃。

求：（1）循环的热效率；（2）水泵功与透平功之比；（3）提供1kW电的蒸汽循环量。5-12朗肯循环P4=0.007MPaP2=14MPaT2=540℃5-12

5-12

5-12

ReviewofCh.5蒸汽压缩制冷循环2’饱和蒸汽压缩蒸汽冷凝放热饱和液体膨胀液体汽化吸热5-13某蒸汽制冷循环用氨为工质，冷凝压力为1.2MPa，蒸发压力为0.14MPa。工质进压缩机为饱和蒸汽，进节流阀为饱和液体，压缩机等熵效率为0.8，制冷量为13940kJ/h。求：（1）制冷系数（2）氨循环速率（3）压缩机功率（4）冷凝器放热量（5）逆卡洛循环制冷系数5-13蒸汽压缩制冷循环P2=1.2Mpa2’P5=1.2Mpa5-13

5-13

5-13

ReviewofCh.6理想功(P151-152)、功损耗(p157-158)与热力学效率(P156,p158)化工过程中理想功的计算(P160-162)6-1Qm=1680kg/hT1=430℃P1=3.727MpaT2P2

Ws（1）P2=0.1049MPa饱和水蒸气（2）

P2=0.0147T2=60℃求：理想功与热力学效率T0=25℃6-1

6-1

6-3

6-5T1=20℃P1=1.378MPaT2，饱和液体P1=1.378MPaT2，饱和蒸汽P1=1.378MPaTH=1200℃（1）水吸收的能量最多有百分之几转化为功？（2）假定加热温度不变，求加热过程热损耗。6-5

6-5

6-5

6-7空气qm1=42000kg/h烟道气qm2=45000kg/hQPL1=1atmTL1=38℃PH2=1atmTH2=？PH2=1atmTH2=200℃PH1=1atmTH1=318℃

6-7

6-7

Chapter7化学势与偏摩尔性质（P198~199）偏摩尔性质的计算（P201）G-D方程（P229）逸度与逸度系数（P203、P210~211）理想溶液与过量性质（P224~225）活度与活度系数（P226~227）7-2某厂用96%wt的酒精配酒，产品酒中乙醇含量为56%wt。现用1T酒精进行配置，需要多少水？所得酒体积为多少？偏摩尔体积原料酒精中产品酒中水/cm3/g0.8160.953乙醇/c