1、化工熱力學習題講解 前言 化工是一門突出實踐和經驗的學科。 對于化工熱力學，突出一個“ 用 ”字。3指導思想 不要期望學生今后發展熱力學，對碩士生今后不要期望學生今后發展熱力學，對碩士生今后能發展熱力學的估計能發展熱力學的估計1%3% 課程為了今后課程學習：分離工程、反應工程、課程為了今后課程學習：分離工程、反應工程、工藝學、畢業設計工藝學、畢業設計 課程為化工計算及化工設計課程為化工計算及化工設計 課程為正確使用化工軟件課程為正確使用化工軟件4幾點思考 熱力學不是一次學成的，不能對學生期望熱力學不是一次學成的，不能對學生期望過高過高 在應用中掌握熱力學在應用中掌握熱力學 計算和設計是最重要的

2、應用計算和設計是最重要的應用 正確使用軟件，不是軟件的正確使用軟件，不是軟件的“奴隸奴隸” 要考慮讀研的要求要考慮讀研的要求關于軟件與參考書 Excel Matlab Aspen Plus Introduction to Chemical Engineering Thermodynamics J.M. SmithChapter 2 Volumetric Properties PVT Behavior of pure substances 1. PT diagram and PV diagram 2. EOS(equation of state) 3. Generalized correlati

3、ons （普遍化關系式） PVT Behavior of mixture 1. Mixing rulesEquation of StateEquation of StateGeneralized CorrelationsZ2Z11.3Tr1.4Pr2-2 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，規定充進容器的丙烷為127，壓力不得超過耐壓極限的一半。試問可充入容器的丙烷為多少千克?分析: 已知P T 摩爾體積Vm方法：普遍化關系式、狀態方程2-2選擇普維法選擇普維法2-2 普維法2-3 反應器的容積為 1.213 m3，內有45.40kg乙醇蒸氣，溫度為227。試

4、用下列四種方法求算反應器的壓力。已知實驗值為2.75Mpa。（1）RK方程；（2）SRK方程；（3）PR方程；（4） 三參數普遍化關聯法。2-3選擇普維法選擇普維法2-32-3 (1) (2)將(1)代入(2)可求得P P=2.785 Mpa2-4 以化學計量比的N2和H2合成氨，在25和30.395 Mpa下，混合氣以1.667 m3/s 的流速進入反應器。氨的轉化率為15%。從反應器出來的氣體經冷卻和凝縮，將氨分離出后，再行循環。（1）計算每小時合成氨的量；（2）若反應器出口的條件為27.86Mpa，150，求內徑為0.05m的出口管中氣體的流速。2-4 分析：轉化率轉化率=15%H2：N

5、2 = 3：1V1=1.6667 m3/sP1=30.395 MpaT1=25P2=27.86 MpaT2=150D=0.05m求：V2=？ 氨每小時產量=？2-4 思路思路：對進口：已知V1 P1 T1與進口組成，可求得各各組分的摩爾量。組分的摩爾量。對反應器：已知轉化率，可求得出反應器各物出反應器各物質的摩爾量質的摩爾量。對出口：已知P2 T2 和出口摩爾量，可求得出口體積流速。2-4解：選用普遍化關系式。混合規則選用Amagat規則。 查二參數普遍化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

6、 出口線速度2-4* 利用Aspen PLUS計算2-4* 計算結果RKRK with kijGCTemperature C150150150Pressure bar278.6278.6278.6Velocity m/s1152.289 1152.289 1152.289 Mole Flow kmol/hr N213027.183 13037.884 12977.616 H239081.550 39113.651 38932.849 NH34597.829 4601.606 4580.335 Chapter 3 Thermodynamic Properties of Pure Material

7、sResidual properties Generalized correlations EOS Then3-4 試選用合適的普遍化關聯法計算1kmol 1,3-丁二烯從2.53Mpa、127壓縮到12.67Mpa、227時的焓、熵和體積變化。 分析：先判斷普壓還是普維法判斷普壓還是普維法，接著計算計算剩余性質剩余性質，最后用三步法三步法求得焓等變化。（注意是求注意是求1KMOL丁二烯的變化丁二烯的變化）3-4 解： 查表得3-43-4查圖可得查圖可得：經計算可得：經計算可得：3-4 整個過程的變化為：3-5 離心式CO2壓縮機的四段入口條件為42、8.05MPa，抽口條件為124、15.7

8、8Mpa。求壓縮過程的焓、熵變。 分析：思路與3-4完全一樣。總結 理解推導思路，熟記計算方法。 盡量避免人為的誤差，杜絕計算錯誤。 嘗試使用軟件進行計算。Question 節流膨脹后，流體的溫度一定會下降嗎？Thanks 4-1h1= 3230KJ/kgu1=50 m/sqm=10000 kg/hz=3 mh2= 2300 KJ/kgu2=120 m/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=35 KPaT2=80 P1=1500 KPaT1=320 u1=3 m/sW=?4-2 分分析析： 能量衡算： 忽略位能、熱損失。 體

9、積流量相等（體積流量相等（相相近）近）4-2 解： 查水蒸氣熱力學性質表得： h1=3081.54 kJ/kg h2=2645.63 kJ/kg 查表或用Eos計算得： v2=4.644 m3/kg v1=0.177 m3/kg 4-2動能變化約占動能變化約占5%4-3Q=？Z1=61mZ2=18mT2=7.2 穩流穩流T1=4.5 P1=1 atm4-34-34-3 解： 能量衡算： 泵做功： 焓變： 換熱器熱負荷： 4.7 Kw4-3 思考： 本題能否查附表來求得焓值？計算焓變？4-11C3H8P1= 1 atmT1= 60 N=1 KmolP2=4.25 MPa絕熱可逆壓縮絕熱可逆壓縮W

10、=？4-114-114-11 解： 查表得：4-114-110對于出口使用普維法可得：解該方程解該方程4-11反復迭代可得：T2=477.89 K4-11 所需壓縮功： Review of Ch.5 封閉體系與敞開體系的熵變、熱效率與可逆性。（P120-124） T-S圖圖與H-S圖。（P127-130） 水蒸氣動力循環（P132-134）與制冷循環。（P139-141）Review of Ch. 5 熵-系統內部分子運動混亂程度。 熵流：由于熱量變化引起熵的變化。 （功的傳遞不會直接引起熵流） 熵產：由于不可逆過程改變了系統內部的有序程度，所產生的熵。高溫熱源高溫熱源低溫熱源低溫熱源熱機熱機

11、QHQLWsQR5-15-25-4穩流穩流絕熱絕熱不可逆不可逆005-5穩流穩流吸吸熱熱不可逆不可逆0Review of Ch.5正，不可逆正，不可逆0，可逆，可逆負負，不可能，不可能5-65-65-11高溫熱源高溫熱源2000K低溫熱源低溫熱源300K熱機熱機QHQLWN5-115-115-11Review of Ch.5 朗肯循環泵運輸泵運輸鍋鍋爐加熱爐加熱蒸蒸汽透平汽透平蒸蒸汽冷凝汽冷凝5-12 某朗肯循環以水為工質，運行于14MPa與0.007MPa之間，循環最高溫度為540。 求：（1）循環的熱效率；（2）水泵功與透平功之比；（3）提供1kW電的蒸汽循環量。5-12 朗肯循環P4=0

12、.007 MPaP2=14 MPaT2=5405-125-125-12Review of Ch.5 蒸汽壓縮制冷循環2飽和蒸汽壓縮飽和蒸汽壓縮蒸汽冷凝放熱蒸汽冷凝放熱飽飽和液體膨脹和液體膨脹液液體汽化吸熱體汽化吸熱5-13 某蒸汽制冷循環用氨為工質，冷凝壓力為1.2MPa，蒸發壓力為0.14MPa。工質進壓縮機為飽和蒸汽，進節流閥為飽和液體，壓縮機等熵效率為0.8，制冷量為13940 kJ/h。求：（1）制冷系數（2）氨循環速率（3）壓縮機功率（4）冷凝器放熱量（5）逆卡洛循環制冷系數5-13 蒸汽壓縮制冷循環P2=1.2 Mpa2P5=1.2 Mpa5-135-135-13Review of

13、 Ch.6 理想功(P151-152)、功損耗(p157-158)與熱力學效率(P156,p158) 化工過程中理想功的計算(P160-162)6-1Qm=1680 kg/hT1=430 P1=3.727 MpaT2P2Ws（1） P2=0.1049MPa 飽和水蒸氣飽和水蒸氣（2） P2=0.0147 T2=60求：理想功與熱力學效率求：理想功與熱力學效率T0=256-16-16-36-5T1=20P1=1.378MPaT2，飽和液體，飽和液體P1=1.378MPaT2，飽和蒸汽，飽和蒸汽P1=1.378MPaTH=1200（1）水吸收的能量最多有百分之幾轉化為功？）水吸收的能量最多有百分之

14、幾轉化為功？（2）假定加熱溫度不變，求加熱過程熱損耗。）假定加熱溫度不變，求加熱過程熱損耗。6-56-56-56-7空氣空氣qm1=42000 kg/h煙道氣煙道氣 qm2=45000 kg/hQPL1=1 atmTL1=38 PH2=1 atmTH2=？PH2=1 atmTH2=200 PH1=1 atmTH1=318 6-76-7Chapter 7 化學勢與偏摩爾性質（P198199） 偏摩爾性質的計算（P201） G-D方程（P229） 逸度與逸度系數（P203、P210211） 理想溶液與過量性質（P224225） 活度與活度系數（P226227）7-2某廠用96%wt的酒精酒精配酒，產品酒產品酒中乙醇含