化工熱力學(xué)習(xí)題解答五～七章10級

習(xí)題解答第五章1.今有94℃的熱水連續(xù)地從一儲(chǔ)桶以0.2273M3/min的速度泵送，泵用電機(jī)的功率為1.492kw，熱水在途中流經(jīng)一熱交換器，以10080kcal/min的速度放出熱量，并輸送到比第一(dìyī)儲(chǔ)桶高15米的第二儲(chǔ)桶中去，試求輸往第二儲(chǔ)桶的水溫。已知：94℃熱水的密度為962.8kg/m3習(xí)題解答解：以1kg水為計(jì)算(jìsuàn)基準(zhǔn)，注意單位一致（5-13）精品資料習(xí)題解答也可以(kěyǐ)一分鐘為計(jì)算基準(zhǔn)t2=48℃精品資料習(xí)題解答也可以一分鐘為計(jì)算(jìsuàn)基準(zhǔn)END精品資料習(xí)題解答2.設(shè)有10kg水被下述熱流體加熱，從288K加熱到333K，計(jì)算熱流體的熵變，被加熱的水的熵變以及總熵變。（1）3.4×105Pa的飽和蒸汽；（2）3.4×105Pa，450K的過熱蒸汽；(3)與10kg,333K的熱水完全逆流換熱；(4)與最小量的370K熱水完全順流(shùnliú)換熱。假如（1）、（2）兩種情況下蒸汽冷凝但不過冷。解：（1）熱流體(liútǐ)是3.4×105Pa的飽和蒸汽水的平均恒壓熱容精品資料習(xí)題解答3.4×105Pa的飽和(bǎohé)蒸汽的冷凝溫度為137.84℃（411K）水吸收(xīshōu)的熱精品資料習(xí)題解答查水蒸汽表，3.4×105Pa時(shí)，飽和(bǎohé)蒸汽另一種(yīzhǒnɡ)解法精品資料習(xí)題解答根據(jù)能量(néngliàng)衡算，確定蒸汽用量（2）熱流體(liútǐ)是3.4×105Pa，450K的過熱蒸汽3.4×105Pa450K的過熱蒸汽3.4×105Pa飽和液體3.4×105Pa飽和蒸汽精品資料習(xí)題解答精品資料習(xí)題解答由于冷、熱水量相等(xiāngděng)，平均恒壓熱容也相等(xiāngděng)，所以熱水終溫為288K，是可逆?zhèn)鳠徇^程。(3)與10kg,333K的熱水(rèshuǐ)完全逆流換熱熱水冷水換熱器精品資料習(xí)題解答根據(jù)能量(néngliàng)衡算，所需熱水量為(4)與最小量的370K熱水完全(wánquán)順流換熱熱水冷水換熱器精品資料習(xí)題解答END精品資料習(xí)題解答3.1摩爾理想氣體在400K由105Pa經(jīng)等溫不可逆壓縮(yāsuō)至10×105Pa，壓縮(yāsuō)過程的熱被移至300K的儲(chǔ)熱器。實(shí)際壓縮(yāsuō)功比可逆壓縮(yāsuō)功多20%，計(jì)算氣體的熵變，儲(chǔ)熱器的熵變及總熵變，計(jì)算該過程損失功。解：因?yàn)?yīnwèi)是理想氣體，等溫過程按穩(wěn)流過程考慮精品資料習(xí)題解答或精品資料習(xí)題解答另一種(yīzhǒnɡ)算法END注意(zhùyì)：可逆等溫壓縮過 熱精品資料習(xí)題解答4.今有773K，100×105Pa的過熱蒸汽進(jìn)入高壓汽輪機(jī)絕熱膨脹做功，設(shè)冷凝器的壓力為0.04×105Pa，試求：(1)可逆絕熱膨脹（乏汽為濕蒸汽）(2)不可逆絕熱膨脹（乏汽為飽和蒸汽）時(shí)體系與環(huán)境(huánjìng)總用和總無的變化。解：狀態(tài)(zhuàngtài)1狀態(tài)2（1）可逆絕熱膨脹濕蒸汽精品資料習(xí)題解答解得精品資料習(xí)題解答可逆過程總用守恒(shǒuhénɡ)。總無的變化，因?yàn)?yīnwèi)是可逆絕熱過程可逆過程總無也守恒。精品資料習(xí)題解答（2）不可逆絕熱膨脹狀態(tài)(zhuàngtài)1狀態(tài)(zhuàngtài)2‘飽和蒸汽精品資料習(xí)題解答總無的變化(biànhuà)，因?yàn)槭墙^熱過程，不可逆過程總用減少(jiǎnshǎo)。不可逆過程總無增加。END精品資料習(xí)題解答5、某化肥廠用廢熱鍋爐回收二段轉(zhuǎn)化氣的熱量，轉(zhuǎn)化氣進(jìn)、出廢熱鍋爐的溫度為1000℃和380℃，廢熱鍋爐進(jìn)口水溫55℃，產(chǎn)生40×105，440℃的過熱蒸汽，若不計(jì)散熱損失，問廢熱鍋爐產(chǎn)汽量為多少公斤？求這一回收余熱過程(guòchéng)的損失功和熱力學(xué)效率。已知轉(zhuǎn)化氣在1000℃和380℃間平均恒壓熱容為36kJ/kmol·k，轉(zhuǎn)化氣的流量為5160NM3/噸氨?，F(xiàn)若令產(chǎn)生的過熱蒸汽通過汽輪機(jī)作功，作功后的乏汽為1.0×105的飽和蒸汽，試求此過程(guòchéng)的理想功，損失功和熱力學(xué)效率。精品資料習(xí)題解答解：以1噸氨為計(jì)算(jìsuàn)基準(zhǔn)（1）產(chǎn)汽量的計(jì)算(jìsuàn)根據(jù)能量衡算55℃的水440℃的過熱蒸汽1000℃轉(zhuǎn)化氣380℃精品資料（2）傳熱(chuánrè)過程的損失功和熱力學(xué)效率習(xí)題解答轉(zhuǎn)化(zhuǎnhuà)氣的用變化蒸汽的用變化精品資料另一種(yīzhǒnɡ)算法習(xí)題解答精品資料習(xí)題解答此傳熱(chuánrè)過程熱力學(xué)效率另一種(yīzhǒnɡ)算法精品資料習(xí)題解答（3）對外作功過程的理想(lǐxiǎng)功和熱力學(xué)效率飽和(bǎohé)蒸汽以1公斤蒸汽為計(jì)算基準(zhǔn)440℃的過熱蒸汽

只要始、終態(tài)一定（T0、p0基本是常數(shù)），則過程的理想功就一定。理想功的大小與完成相同狀態(tài)變化的實(shí)際過程作的功無關(guān)，也與實(shí)際過程是否作功無關(guān)。精品資料習(xí)題解答另一種(yīzhǒnɡ)算法該作功過程(guòchéng)的熱力學(xué)效率END精品資料習(xí)題解答6.

蒸汽常因管路保溫不善，在輸送過程(guòchéng)中冷凝，試計(jì)算1kg，4.5×105Pa的飽和蒸汽冷凝成同壓下的水時(shí)的散熱損失和損失功，假定環(huán)境溫度為25℃。并說明為何兩者的數(shù)值不同？解：查水蒸汽表，4.5×105Pa的飽和(bǎohé)蒸汽（421.05K）精品資料習(xí)題解答損失(sǔnshī)功精品資料習(xí)題解答熱損失表示的是由于管道保溫不良而散失到大氣(dàqì)中的熱量，其本質(zhì)是熱，是低質(zhì)量的能量。損失功表示的是由于保溫不良使蒸汽冷凝而喪失的作功能力，而作功能力是高質(zhì)量的能量。將散失的熱量用卡諾循環(huán)的熱效率折算成熱的用，其值就等于這個(gè)過程的損失功。END精品資料習(xí)題解答7.

一車間要利用300K、8.1×105Pa（8大氣壓）的空氣和－195.95℃的液氮來產(chǎn)生20kg/s、－162.15℃、1.55×105Pa的低溫空氣。擬采取的方案有兩個(gè)：（1）空氣先經(jīng)節(jié)流閥節(jié)流膨脹到1.55×105Pa，再經(jīng)冷卻器，用液氮冷卻至所需溫度－162.15℃（111K）;（2）不采用節(jié)流膨脹，而是使空氣先在等熵效率為80％的透平機(jī)中膨脹做功，然后(ránhòu)進(jìn)入換熱器冷卻至－162.15℃。試求（1）、（2）兩方案中冷卻器的熱負(fù)荷以及過程的總熵增，兩種方案的損失功，將它們進(jìn)行比較并分析原因。液氮的汽化潛熱自查。T0=298K精品資料習(xí)題解答以1秒鐘為計(jì)算(jìsuàn)基準(zhǔn)解：過程(guòchéng)（1）空氣8.1×105Pa300K1.55×105PaT2=?1.55×105Pa-162.15℃(111K)液氮-195.95℃77.2K節(jié)流根據(jù)p2=1.55×105Pa，H1=H2，查空氣的T-S圖汽氮-195.95℃冷卻器精品資料習(xí)題解答冷卻器的熱負(fù)荷(fùhè)根據(jù)能量(néngliàng)衡算，計(jì)算液氮的蒸發(fā)量：－195.95℃時(shí)液氮的汽化潛熱為199.2kJ/kg（查表）另一種算法精品資料習(xí)題解答空氣(kōngqì)在1.55×105Pa，-162.15℃(111K)時(shí)，S3=0.63kcal/kg·K精品資料習(xí)題解答過程(guòchéng)（2）空氣(kōngqì)8.1×105Pa300K1.55×105PaT2=?1.55×105Pa-162.15℃(111K)液氮-195.95℃77.2K透平機(jī)

根據(jù)p2=1.55×105Pa，S1=S2，查空氣的T-S圖，可逆絕熱膨脹至1.55×105Pa時(shí)，冷卻器汽氮195.95℃精品資料習(xí)題解答根據(jù)(gēnjù)p2=1.55×105Pa，H2=100.16kcal/kg，查空氣的T-S圖，不可逆絕熱膨脹至1.55×105Pa時(shí)，可回收的功為精品資料習(xí)題解答而⊿S空氣(kōngqì)不變冷卻器的熱負(fù)荷(fùhè)：精品資料習(xí)題解答將此兩種過程進(jìn)行(jìnxíng)比較如下：由于空氣通過(tōngguò)透平機(jī)膨脹過程的不可逆程度小，產(chǎn)生的溫度降大，可回收功；冷卻器的熱負(fù)荷減小，氮?dú)獾撵刈兠黠@降低；且空氣與液氮的傳熱過程溫差減小，傳熱過程的不可逆程度?。凰赃^程（2）的損失功小得多。過程膨脹后的溫度(K)冷卻器的降溫幅度冷卻器的熱負(fù)荷(kJ/s)⊿S總（kJ/K·s）回收的功（kJ/s）WL(kJ/s)12298208298～111208～1113758.71949.737.38513.9501828.4411140.734157.15END精品資料習(xí)題解答8.某換熱器完全保溫。熱流體(liútǐ)的流量為0.042kg/s，進(jìn)、出換熱器時(shí)的溫度分別為150℃、35℃，其等壓熱容為4.36kJ/kg.K。冷流體(liútǐ)進(jìn)、出換熱器時(shí)的溫度分別為25℃、110℃，其等壓熱容為4.69kJ/kg.K。試計(jì)算冷、熱流體(liútǐ)用的變化、過程的損失功和熱力學(xué)效率。若將熱流體(liútǐ)進(jìn)口溫度改為287℃，其余條件不變，計(jì)算此時(shí)冷、熱流體(liútǐ)用的變化、過程的損失功和熱力學(xué)效率，比較計(jì)算結(jié)果并分析原因。精品資料習(xí)題解答根據(jù)能量衡算，熱流體放出熱＝冷流體吸收熱，以1秒鐘為計(jì)算(jìsuàn)基準(zhǔn)熱流體(liútǐ)冷流體解：逆流換熱器（1）第一步精品資料習(xí)題解答精品資料習(xí)題解答另一種(yīzhǒnɡ)算法精品資料習(xí)題解答根據(jù)能量衡算，熱流體放出熱＝冷流體吸收(xīshōu)熱，以1秒鐘為計(jì)算基準(zhǔn)熱流體(liútǐ)冷流體逆流換熱器（2）第二步精品資料習(xí)題解答精品資料習(xí)題解答另一種(yīzhǒnɡ)算法精品資料習(xí)題解答將以上計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較(bǐjiào)如下：熱流體進(jìn)口溫度（℃）熱流體用變化（kJ/s）冷流體用變化（kJ/s）總熵增（kJ/K·s）損失功WL（kJ/s）熱力學(xué)效率(%)第一步第二步150287-3.745-13.5222.5305.5510.004040.026791.2157.97167.5641.05由于第二步熱流體進(jìn)口(jìnkǒu)溫度高，使傳熱溫差加大，傳熱過程的不可逆程度增大，因此第二步的損失功大，過程的熱力學(xué)效率低。END第五章完精品資料習(xí)題解答1、一蒸汽動(dòng)力裝置的鍋爐供應(yīng)30×105Pa，430℃的過熱蒸汽給汽輪機(jī)，汽輪機(jī)的額定功率為15×104KW。乏汽在0.10×105Pa的壓力下排至冷凝器，假定汽輪機(jī)的等熵效率為80％，冷凝器出口的是飽和液體，循環(huán)水泵將水打回鍋爐是可逆絕熱過程(juérèɡuòchénɡ)，求：(1)每公斤蒸汽對外所做的功;(2)此動(dòng)力循環(huán)中蒸汽的質(zhì)量流量；(3)蒸汽從鍋爐吸收的熱量;(4)水泵消耗的功;(5)循環(huán)的熱效率。第六章精品資料習(xí)題解答0.10×105Pa時(shí)解：1點(diǎn)：30×105Pa,430℃的過熱(ɡuòrè)蒸汽,查過熱(ɡuòrè)水蒸汽表，內(nèi)插得作出此動(dòng)力(dònglì)循環(huán)T-S圖精品資料習(xí)題解答每公斤蒸汽(zhēnɡqì)通過汽輪機(jī)所作的功精品資料習(xí)題解答蒸汽的質(zhì)量(zhìliàng)流量水泵(shuǐbèng)消耗的功對外所作凈功精品資料習(xí)題解答循環(huán)(xúnhuán)熱效率蒸汽(zhēnɡqì)從鍋爐吸收的熱量END精品資料習(xí)題解答2、1kg273K,6MPa的空氣，通過節(jié)流閥減壓至1MPa，求減壓后空氣的溫度。如果通過膨脹機(jī)也減壓至1MPa，膨脹機(jī)的效率是80%，則空氣膨脹后的溫度是多少(duōshǎo)？設(shè)環(huán)境溫度是298K，計(jì)算這兩個(gè)過程的損失功。

精品資料習(xí)題解答這題的解法與第五章習(xí)題第7題很相似(xiānɡsì)。也與教材146頁例6-6的解法相似(xiānɡsì)。這題的錯(cuò)誤也與例6-6的錯(cuò)誤相似(xiānɡsì)。解：精品資料習(xí)題解答3、某氨蒸汽壓縮制冷循環(huán)蒸發(fā)(zhēngfā)溫度為－15℃（Hg=1423.24kJ/kg），冷凝溫度為27℃(Hl=305.58kJ/kg)，離開蒸發(fā)(zhēngfā)器的蒸汽為飽和蒸汽，壓縮為不可逆絕熱過程，其定熵效率為0.85，已知可逆絕熱壓縮終態(tài)的焓為1657.66kJ/kg,計(jì)算冷凍系數(shù)及冷凍量為1.4×104kJ/h時(shí)壓縮所需的功率。精品資料習(xí)題解答解：查氨的T-S圖（教材上氨的飽和蒸汽表與氨的P-H圖數(shù)據(jù)不符，說明不同(bùtónɡ)來源的數(shù)據(jù)最好不要混用）－15℃時(shí)：27℃時(shí)：作出此制冷(zhìlěng)循環(huán)的T-S圖精品資料習(xí)題解答冷凍(lěngdòng)系數(shù)：膨脹(péngzhàng)前后壓力相同時(shí)：精品資料習(xí)題解答制冷劑循環(huán)(xúnhuán)量：壓縮(yāsuō)所需功率：END精品資料習(xí)題解答4.試用T-S圖求空氣初溫分別為300K及230K時(shí)，下列(xiàliè)條件等焓及等熵膨脹過程的終溫，以及產(chǎn)生的溫度降ΔTH及ΔTs，列表比較兩種情況的降溫效果。（1）從80atm膨脹至20atm（2）從20atm膨脹至5atm精品資料習(xí)題解答解：習(xí)題(xítí)6-4精品資料習(xí)題解答等焓及等熵膨脹過程(guòchéng)產(chǎn)生的溫度降ΔTH及ΔTs比較溫度等焓膨脹ΔTH℃等熵膨脹ΔTs℃80atm20atm20atm5atm80atm20atm20atm5atm300K-12-3-101-98230K-21-6-79-76END條件(tiáojiàn)相同時(shí)，等熵膨脹比等焓膨脹產(chǎn)生的溫度降大得多。等焓膨脹初溫低降溫效果好，而等熵膨脹初溫高好。精品資料習(xí)題解答1.丙酮（1）—甲醇（2）二元溶液超額自由焓的表達(dá)形式為，純物質(zhì)的Antoine（安妥因）方程表示如下：

t單位℃試求：（1）假如(jiǎrú)氣相可看作理想氣體，B=0.75，溫度為60℃下的p-x-y數(shù)據(jù)。（2）氣相可看作理想氣體，B=0.64，壓力為75kPa下的t-x-y數(shù)據(jù)。第七章精品資料（1）假如氣相可看作理想氣體，B=0.75，溫度為60℃下的p-x-y數(shù)據(jù)。因?yàn)閘ni是GE/RT的偏摩爾(móěr)性質(zhì)(4-83)（1）同理（2）習(xí)題解答解：精品資料習(xí)題解答精品資料設(shè)x1=0.5時(shí)可認(rèn)為該體系汽相是理想氣體，液相是非(shìfēi)理想溶液：習(xí)題解答精品資料習(xí)題解答用不同xi值代入（1）（2），可得溫度(wēndù)為60℃下的p-x-y數(shù)據(jù)，該體系在60℃時(shí)汽液平衡是形成最大壓力的恒沸物。x100.10.30.50.70.710.80.91.012P/kPay12.1171.00084.4901.8361.00897.890.2171.4441.070113.400.4421.2061.206120.700.5781.0701.444123.20.7031.06511.4595123.240.711.0301.616122.60.7781.00751.8358120.400.8711.0002.117115.681.000精品資料若已知t、yi，求p、xi，試差方法(fāngfǎ)如下：輸入(shūrù)t、yi所有參數(shù)假設(shè)p，令所有γi=1計(jì)算Σxi是否計(jì)算所有的xi計(jì)算pis歸一化所有的xi計(jì)算所有的γi打印結(jié)果p，xi是否調(diào)整p是否第一次迭代Σxi=1？精品資料（2）氣相可看作理想氣體(lǐxiǎnɡqìtǐ)，B=0.64，壓力為75kPa下的t-x-y數(shù)據(jù)。需用(xūyònɡ)試差法求解，設(shè)t=50℃，x1=0.3時(shí)，習(xí)題解答精品資料若Σyi≠1，則重新假設(shè)溫度進(jìn)行試算。不同(bùtónɡ)xi值時(shí)，壓力為75kPa下的t-x-y數(shù)據(jù)：ENDx10.10.30.50.80.912t/℃y11.6791.00653.90.2111.3681.05950.10.4501.0701.59145.80.8521.0171.72746.80.924習(xí)題解答精品資料習(xí)題解答2.（1）混合物的組成（摩爾分率）如下：甲烷0.05，乙烷0.10，丙烷0.30，異丁烷0.55。試確定該混合物在26.7℃時(shí)的泡點(diǎn)壓力和露點(diǎn)壓力。（2）確定上述(shàngshù)混合物在26.7℃與1.033MPa時(shí)汽相所占的比率及汽相組成。精品資料①該混合物在26.7℃時(shí)的泡點(diǎn)壓力(yālì)。試差方法(fāngfǎ)如下：已知t、xi由p-T-K列線圖求Ki是否設(shè)p調(diào)整p露點(diǎn)壓力泡點(diǎn)壓力yi26.7℃xi解：p即是泡點(diǎn)壓力精品資料求出泡點(diǎn)壓力(yālì)為18.5絕對大氣壓（1.911MPa）。假設(shè)壓力（絕對大氣壓）19.018.5組分xiKiyi=KixiKiyi=KixiCH4C2H6C3H8i-C4H100.050.100.300.558.91.880.630.280.4450.1880.1890.1549.11.90.640.290.4550.1900.1920.15951.000.9760.9965習(xí)題解答精品資料②該混合物在26.7℃時(shí)的露點(diǎn)(lùdiǎn)壓力。試差方法(fāngfǎ)如下：已知t、yi由p-T-K列線圖求Ki否設(shè)p調(diào)整p是習(xí)題解答P即是露點(diǎn)壓力精品資料求出露點(diǎn)(lùdiǎn)壓力為5.7絕對大氣壓（0.5888MPa）。假設(shè)壓力（絕對大氣壓）7.05.7組分yiKixi=yi/KiKixi=yi/KiCH4C2H6C3H8i-C4H100.050.100.300.55275.01.660.720.00180.0200.18070.785726.84.951.650.690.00180.02020.18180.79711.000.98821.0009習(xí)題解答精品資料③確定(quèdìng)上述混合物在26.7℃與1.0