现代化工理论与技术作业.doc

化工热力学作业：1、试证明：以T、V为自变量时焓变为2、试用下列水蒸汽的第二维里系数计算在573.2K和506.63kPa下蒸汽的Z、及。T/K563.2573.2583.21251191133、一台压缩机，每小时处理454kg甲烷及乙烷的等摩尔混合物。气体在422K、5MPa下离开压缩机。试问离开压缩机的气体体积流率为多少？ 4、有一水泵每小时从水井抽出的水并泵入储水槽中，水井深，储水槽的水位离地面，水泵用功率为的电机驱动，在泵送水过程中，只耗用该电机功率的45。储水槽的进、出水位的质量流量完全相等，水槽内的水位维持不变，从而确保水作稳态流动。在冬天，井水温度为,为防止水槽输出管路发生冻结现象，在水的输入管路上安设一台加热器对水进行加热，使水温保持在，试计算此加热器所需净输入的热量。5、某理想气体（分子量为28）在0.7MPa、1089K下，以35.4kg.h-1的质量流量进入一透平机膨胀到0.1MPa。若透平机的输出功率为3.5KW，热损失6710 kJ.h-1。透平机进、出口连接钢管的内径为0.016 m，气体的热容为1.005kJ/（kgK），试求透平机排汽的温度和速度。6、某化工厂转化炉出口高温气体的流率为，温度为，因工艺需要欲将其降温到。现用废热锅炉机组回收其余热。已知废热锅炉进水温度为，产生、的过热蒸汽。可以忽略锅炉热损失以及高温气体降温过程压力的变化，已知高温气体在有关温度范围的平均等压热容为，试求：（1）每小废热锅炉的产气量；（2）蒸汽经过透平对外产功，透平输出的功率为多少？已知乏气为饱和蒸汽，压力为，可以忽略透平的热损失。7、设有一股温度为90，流量为20kg/s的热水与另一股温度为50，流量为30kg.s-1的温水绝热混合。试求此过程产生的熵。此绝热混合过程是否可逆？8、有人设计了一套装置用来降低室温。所用工质为水，工质喷入蒸发器内部分汽化，其余变为5的冷水，被送到使用地点，吸热升温后以13的温度回到蒸发器，蒸发器中所形成的干度为98%的蒸气被离心式压气机送往冷凝器中，在32的温度下凝结为水。为使此设备每分钟制成750kg的冷水，求：（1）蒸发器和冷凝器中的压力；（2）制冷量（kJ/h）；（3）冷水循环所需的补充量；（4）每分钟进入压气机的蒸气体积。9、有一逆流式换热器，利用废气加热空气。0.1MPa的空气由20被加热到125。空气的流量为1.5kg/s，而0.13MPa的废气从250冷却到95。空气的等压热容为1.04kJ/(kgK），废气的等压热容为0.8404kJ/(kgK），假定空气和废气通过换热器的压力与动能变化可忽略不计，而且换热器与环境无热量交换。环境状态为0.1MPa、20。求：换热器中不可逆传热的有效能损失；换热器的有效能效率。10、求某催化裂化装置在没有烟气透平条件下，再生烟气排放的流动有效能损失。已知再生器的操作压力为0.19MPa（绝），环境压力为标准大气压，环境温度为15，烟气流量为90t/h，平均相对分子质量为28。反应器设计与优化作业：1、 用两只体积相等的全混流反应器串联进行乙酸和乙醇的酯化反应，每天产乙酸乙酯12000kg，其化学反应式为：原料中反应组分的质量比为A:B:S=1:2:1.35，反应液的密度为1020kg/m3，并假定在反应过程中不变。反应在100下等温操作，其反应速率方程为:已知100时，k=4.7610-4L/（molmin），平衡常数K=2.92。试计算乙酸转化35% 时，所需的反应总体积。若要对连串反应器进行优化，两个反应器的体积大小应如何分配？2、已知一级反应在PFR中进行时，出口转化率为0.9。现将该反应移到一个CSTR中进行，若两种反应器体积相同，且操作条件不变，问该反应在CSTR的出口转化率应为多少？3、一液相反应AP，其反应速率为。在CSTR中进行反应时，在一定工艺条件下，所得转化率为0.5，今将此反应移到一个比它大6倍的CSTR中进行，其它条件不变，其能达到的转化率为多少？4、生化工程中酶反应AR为自催化反应，反应速率(-rA)=kCACR，某温度下k=1.512m3/(kmol.min)，采用的原料中含A 0.99kmol/m3，含R 0.01kmol/m3,要求A的最终浓度降到0.01kmol/m3，当原料的进料量为10m3/h时，求：（1）反应速率最大时，A的浓度为多少？（2）采用CSTR，反应器体积是多大？（3）采用FPR，反应器体积是多大？（4）组合方式的最小反应器体积。5、证明：对于一级反应，在二釜串联流程中反应，两釜体积大小相同，则其总体积为最小。6、有一平行反应： 已知：，。P为目的产物，R、S为副产物。如果不考虑未反应物料回收，试在等温条件下求：（1）在全混流反应器中所能得到的最大产物收率；（2）在平推流反应器中所能得到的最大产物收率；（3） 假若未反应物料加以回收，采用何种反应器型式较为合理？ 化工传递过程作业：1、试写出温度t对时间的全导数和随体导数，并说明温度对时间的偏导数、全导数和随体导数的物理意义。2、有下列流场的速度向量表达式，试判断哪种流场为不可压缩流体的流动。（1）（2）（3）（4）（5）3、某流场可由下述速度向量式表达：试求点（2，1，2，1）的加速度向量。4、某流体运动时的流速向量用下式表示：试导出一般形式的流线方程及通过点（2，1）的流线方程。5、流体在圆管中作湍流流动，若速度分布方程可表示为： ，式中ri表示圆管的半径，y表示速度为u的点距管壁的距离。试证明截面上主体流速为ub与管中心流速umax的关系为：ub=0.817umax6、有一管道外径为150mm，外表面温度为180，包覆矿渣棉保温层后外径为250mm。已知矿渣棉的导热系数W/(mK)，T单位为。保温层外表面温度为30，试求包有保温层后管道的热损失。7、在气相中，组分A由某一位置（点1处）扩散至固体催化剂表面（点2处），并在催化剂表面处进行如下反应： 2ABB为反应产物（气体）。反应产物B生成后不停地沿相反方向扩散至气体相主体中。已知总压P维持恒定，扩散过程是稳态的，在点1和点2处A的分压分别为PA1和PA2，设扩散系数DAB为常数，点1至2的距离为，试导出计算NA的表达式。化工系统工程作业1、名词解释：化工过程系统模拟过程系统优化过程系统合成过程系统自由度夹点的意义过程系统能量集成过程系统的结构优化和参数优化备注：过程系统合成就是过程系统综合，一样的意思2、试对图中系统进行分析，试采用L