工程热力学(张忠进 华自强 高青)第四版第十四章答案.pdf

14 214 2 第十四章 14 114 1 列出辛烷 C8H18 在95 的理论空气量下燃烧时的化学 反应方程 已知生成物为CO2 CO H2O及N2 解解 辛烷 C8H18 燃烧时的当量方程为 C8H18 12 5O2 12 5 3 76 N2 8 CO2 9H2O 47 N2 在95 的理论空气量的情况下 C8H18 12 5 0 95 O2 47 0 95 N2 ACO2 BH2O CCO 44 65N2 写下列各元素的平衡方程 H 18 2 B B 9 C 8 A C C 8 A O 11 875 2 2A B C 2A 9 8 A A 17 A 23 75 17 6 75 C 8 A 8 6 75 1 25 最后 可写出95 理论空气量时的燃烧方程为 C8H18 11 875O2 44 65N2 6 75CO2 9H2O 1 25CO 44 65N2 试求丙烷 C3H8 在过量空气量为20 的空气中燃烧时 的空气燃料比 解解 丙烷 C3H8 燃烧时的当量方程为 C3H8 5O2 5 3 76N2 3CO2 4H2O 18 8N2 120 理论空气量时 C3H8 5 1 2 O2 6 3 76 N2 3CO2 4H2O 22 56N2 0 2 5 O2 燃料的摩尔数为1 空气的摩尔数为 6 22 56 28 56 184 化学热力学基础 空燃比 56 28 1 58 56 0 Z 8 18 441 58 9758 82 m0 Z 14 314 3 设有某种碳氢化合物燃料在空气中燃烧 当取出生成 物中的水分后 分析得到生成物的摩尔分数为 12 5 0 5 3 0 84 试求该燃烧过程的质量空气燃 料比 2 CO y CO y 2 O y 2 N y 解解 已知燃烧生成物的组成 2 CO y 12 5 0 5 3 0 84 CO y 2 O y 2 N y 燃烧方程为 CxHy 22 34O2 84N2 12 5CO2 Z H2O 0 5CO 84N2 各元素的平衡方程 H y 2 Z C x 12 5 0 5 13 O 22 34 2 12 5 2 0 5 6 Z Z 13 18 y 2 Z 26 36 燃烧方程为 C13H26 36 22 34O2 84N2 12 5CO2 13 18H2O 0 5CO 44 65N2 3O2 质量空燃比为 89 16 36 2612131 97 298422 34 Z0 14 414 4 试求丙烷 C3H8 的标准定压热值 解解 丙烷 C3H8 燃烧时的当量方程为 C3H8 5O2 5 3 76N2 3CO2 4H2O 18 8N2 8322 HCOHCORp HHHHHH 0 HmfC 0 OmfH 0 mfco 8322 43HHH 10380024181043935203 2044027 kJ kmol 化学热力学基础 185 低热值 kJ kmol 低热值 2011027 p H HQ 14 514 5 试求气体状态辛烷 C8H18 的标准定压热值 解解 辛烷 C8H18 燃烧时的当量方程为 C8H18 g 12 5O2 12 5 3 76N2 8CO2 9H2O g 47N2 18822 HCOHCORp HHHHHH 0 HmfC 0 OmfH 0 mfCO 18822 98HHH 20844724182793935228 H 5116172 kJ kmol 低热值 kJ kmol 低热值 5116172 p H HQ 14 614 6 设甲烷 CH4 在温度为25 的理论空气量中定压燃 烧 试求其理论燃烧温度 解解 甲烷 CH4 燃烧时的当量方程为 CH4 2O2 2 3 76N2 CO2 2H2O 7 52N2 计算绝热燃烧温度时的能量方程 pRpR P H 0HHHHQ P m 0 mf R 0 mf HHnnH 222224 mNOmH 0 OmfHmCO 0 mfCO 0 mfCH 52 72HHHHHH 0 OmfH 0 mfCO 0 mfCH mNOmHmCO 224 222 2 52 72 HHH HHH 241827239352274873 kJ kmol 802303 用试凑法求理论燃烧温度 先设 Tp 2300 K 查附表7 9 6 则有 109671 2 mCO H kJ kmol 88295 OnH2 H kJ kmol 67007 2 mH H kJ kmol 186 化学热力学基础 代入能量方程后 等号左边为 109671 2 88295 67007 7 52 789153 64 左边 789153 64 802303 右边 再设 Tp 2400 K 则有 115788 2 mCO H kJ kmol 93604 OnH2 H kJ kmol 70651 2 mH H kJ kmol 代入能量方程后 有 115788 2 93604 7 52 70651 834291 52 834291 52 802303 可用插入法算出 Tp 2300 64 789153802303 23002400 64 78915352 834291 P T 求得 Tp 2329 13 K 14 714 7 试求在温度为2 000 K下CO2的离解度 设系统的压力 为 1 1 atm 2 10 atm 解解 CO2离解时得当量方程为 22 O 2 1 COCO 设离解度为 则有 C O2 1 CO2 CO 0 5 O2 2 1 1 2 1 1 n 2 22 2 1 1 1 2 CO y 2 2 2 1 1 CO y 化学热力学基础 187 2 2 1 1 2 1 2 O y 根据平衡常数的定义有 n p p y yy p pp K O 2 1 CO OCO 2 1 CO OCO 2 2 2 2 式中 5 015 1 RP nnn 1 当 p0 1 atm时 由表查得 T 2000 K时 0013 0 641 6n l PP KK 0013 0 222 2 1 2 22 22 2 5 0 5 1 5 0 5 0 0 CO 2 1 O CO P 2 2 n p y yy K 由上式求得 0149 0 2 当 p0 10 atm时 5 0 5 0 5 1 P 10 222 2 0013 0 K 由上式求得 007 0 14 814 8 水蒸气和一氧化碳发生反应生成水煤气 其化学反应 方程为CO H2O H2 CO2 试求此反应在温度为2 000 K时的平衡 常数 解解 生成水煤气的化学反应方程式为 222 HCOOHCO 188 化学热力学基础 上述反应可看作由下列两种基本化学反应组合而成 HO 2 1 OH 222 2 COO 2 1 CO 上述三种反应的平衡常数分别为 OH 2 1 O H p1 OHCO COH p 2 2 2 2 22 p pp K pp pp K 2 1 OCO CO p2 2 2 pp p K OHCO COH 2 1 OCO CO OH 2 1 OH p2p1p 2 22 2 2 2 22 pp pp pp p p pp KKK 由表查得在 T 2000 K时 对 222 HO 2 1 OH 002884 0 151 8n l P1P1 KK 2 COO 2 1 CO 00131 0 641 6n l 641 6 P2P2 eKK 因此对 2 COO 2 1 CO 有 86 765 00131 0 11 p2 p2 K K 知道KP1及KP2之后 水煤气反应在2000 时的平衡常数KP可求的 KP KP1 KP2 0 0002884 765 86 0 2209 14 914 9 设有1 mol碳和0 9 mol氧燃烧 若反应在压力保持 0 101 325 MPa 1 atm 的条件下进行 燃烧后温度升高到3 000 K 试求生成物的摩尔分数 解解 不考虑热离解时的反应方程为 2 CO 0 2COCO8 00 9OC 22 T 3000 时的离解度为 则有 2 CO 化学热力学基础 189 222 O 2 1 CO2 0CO8 00 9OC 2 1 1 2 1 2 08 0 n 各组元的摩尔成份分别为 2 1 1 8 0 2 CO y 2 1 1 2 0 CO y 2 1 1 2 1 2 O y 2 CO离解时的反应方程为 O 2 1 COCO 22 5 0 Rp nnn 由表查得在T 3000 时的平衡常数为 3273 0 117 1n l 117 1 PP eKK 在1 atm及3000 时 有 2 1 1 8 0 2 1 1 5 0 2 1 1 2 0 3273 0 5 0 CO 2 1 O CO P 2 2 n p y yy K 5 0 5 0 2 1 18 0 5 02 0 可求得 282 0 454 0 282 05 01 282 08 0 2 1 1 8 0 2 CO y 190 化学热力学基础 422 0 282 05 01 232 02 0 2 1 1 2 0 CO y 124 0 282 05 01 282 05 0 2 1 1 2 1 2 O y 反应方程为 222 O 2 1 CO2 0CO8 00 9OC 222 O141 0CO482 0CO518 00 9OC 14 1014 10 甲烷 CH4 在温度为25 的理论空气量下定压燃烧 设反应系统的压力为0 101 325 MPa 1 atm 并只有CO发生离解 试求燃烧温度 解解 不考虑热离解时的反应方程为 2 CO 222224 7 52NOH2CON76 322OCH 由13 6可知 绝热燃烧温度为 TP 2329 13 K 高温下发生离 解 设离解度为 则有 2 CO 2222224 7 52NOH2O 2 1 COCO1