化工热力学第六章习题解答

1、思考题：6-1空气被压缩机绝热压缩后温度是否上升，为什么？6-2为什么节流装置通常用于制冷和空调场合？6-3请指出下列说法的不妥之处： 不可逆过程中系统的熵只能增大不能减少。 系统经历一个不可逆循环后，系统的熵值必定增大。 在相同的始末态之间经历不可逆过程的熵变必定大于可逆过程的熵变。 如果始末态的熵值相等，则必定是绝热过程；如果熵值增加，则必定是吸热过程。6-4某封闭体系经历一可逆过程。体系所做的功和排出的热量分别为15kJ和5kJ。试问体系的熵变:（a）是正？ （ b）是负？ （ c）可正可负？6-5某封闭体系经历一不可逆过程。体系所做的功为15kJ，排出的热量为5kJ。试问体系的熵变：（

2、a）是正？ （ b）是负？ （ c）可正可负？6-6某流体在稳流装置内经历一不可逆过程。加给装置的功为25kJ，从装置带走的热（即流体吸热）是10kJ。试问流体的熵变：（a）是正？ （ b）是负？ （ c）可正可负？6-7某流体在稳流装置内经历一个不可逆绝热过程，加给装置的功是24kJ，从装置带走的热量（即流体吸热）是10kJ。试问流体的熵变：（a）是正？ （ b）是负？ （ c）可正可负？6-8热力学第二定律的各种表述都是等效的，试证明：违反了克劳休斯说法，则必定违反开尔文说 法。6-9理想功和可逆功有什么区别？6-10对没有熵产生的过程，其有效能损失是否必定为零？6-11总结典型化工过程热

3、力学分析。习题-16-1 压力为1.5MPa，温度为320 C的水蒸气通过一根内径为 75 mm的管子，以3m s的速度 进入透平机。由透平机出来的乏气用内径为25 mm的管子引出，其压力为 35kPa,温度为80C。假定过程无热损失，试问透平机输出的功率为多少？【解】:查 593K和 353K过热水蒸气焓值,=3255.8 kJ kg-1 , h2 = 2645.6 kJ kg-1由V1 =176.5 cm .賣 .22 0.0750.00442 m g-1 =0.1765 m3 kg-1-11-12V2 =4625 cm3g ' = 4.625m 3 kg-1-1#进口截面积nA-

4、iD4-1#-1#m =V1U1A 3 0.004420.17560.0751 kgs-1U2A2V2U1A1mV1m V2U2 _ A2°.0751 4.625 = 7.08 ms二 4 0.252-1#：h =h2 -入=2645.6 -3255.8 - -610.2 kJ kg-1忽略位能变化，则= 0-1#1 u2 =1 7.082 -3210-20.563 kJ kg1 2qWs二 ml .h uI 2ws =0.0751 -610.220.563 - -47.37 kJ s-1 - -47.37 kW6-2 有一水泵每小时从水井抽出1892 kg的水并泵入储水槽中，水井深

5、61 m，储水槽的水位离地面18.3m，水泵用功率为3.7KW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4.5 C，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 7.2 C,试计算此加热器所需净输入的热量。【解】流动体系由水井、管路、泵、加热器和储水槽组成。计算基准：以一小时操作记， 1稳流过程：Q Ws 二 ms i g=z u2g，z =9.81 79.3 =777.933 kJ kg-133.7 100.45-1=3168.08

6、J kg 1892 13600Ws -NQ水热容：Cp =4.184 103 J kg-1 K：h 二Cp ：T =4.184 1 037.2 - 4.5 =11296.8 kJ kg-1-1-1= 3.168 kJ kgI AA 12Q - -mwsm h g = z uI2=1892 -3.168 11.2970.778-1 -1-1-16851.7 kJ h -8.906 kJ kg -4.68 kJ s6-3水蒸气在透平机中等熵膨胀，其状态由6MPa、600C变为10kPa。如果水蒸气的质量流量为-12kJ s ,试计算透平机的输出功率。【解】 水蒸气在透平中为等熵膨胀，查水蒸气表知6

7、MPa 600C过热水蒸气熵和焓值分别为：s, =7.1677 kJ kg-1 K-1, g =3658.4kJ kg-1出口处为湿蒸汽，查 10kPa的饱和水蒸气和饱和水的熵和焓值为：s =0.6493 kJ kg-1 K-1, h, =191.83kJ kg-1-1-1-1sg =8.1482 kJ kg 1 K 1, hg =2583.8kJ kg 1由以上数据可确定出口处水蒸气的干度s, =s2 =7.1677 =0.6493 8.1482x2x2 二 0.80出口处水蒸气的焓值为:h2 二 h hgX2 =191.83 2583.8 0.80 = 2258.87 hi =191.83

8、kJ kg等熵膨胀为绝热可逆过程，忽略动、位能变化，由能量平衡方程知：Wsh2 -h,严2 2258.87 -3658.4 - -2799.06 kW6-4某特定工艺过程每小时需要 0.138MPa，品质(干度)不低于 0.96、过热度不大于 7C的蒸汽 450kg。现有的蒸汽压力为1.794MPa、温度为260 C。(a) 为充分利用现有蒸汽，先用现有蒸汽驱动一蒸汽透平，而后将其乏汽用于上述特定工艺工程。已知透平机的热损失为5272 kJ h-1，蒸汽流量为450 kJ h-1，试求透平机输出的最大功率为多少KW。(b) 为了在透平机停工检修时工艺过程蒸汽不至于中断，有人建议将现有蒸汽经节流

9、阀使其降 至0.138MPa，然后再经冷却就可得到工艺过程所要求的蒸汽。试计算节流后的蒸汽需要移去的最少 热量。6-5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/ (kg K)，试求透平机排汽的温度和速度。【解】：以透平机为研究对象，1kg理想气体为计算基准，忽略动、位能变化Q6710xcc t-t- I I I -1q189.55 kJ kgm 35.4_3 51ws355.

10、93 kJ kg35.4 3600 ：h 二 C； T -1089 =1.005 T -1089由理想气体状态方程 pM二RT知Pp-iMRT10.7 疋 288.314 103 1089= 2.1648 kg m-3cp2M0.1X28：2 :RT238.314 10 T336.78-3kg m4#对于稳流过程U2因此U1=22.6 m s-1m _35.4 3600 222.1648 0.785 0.016上=1山=2.1648 汇22.6 =0.145T2 m s:2336.78 T21 2 _ 2 2 - 2u20.145T-22.6 -0.0105 仃2 -255.38由热力学第一定

11、律表达式2=h . ：uq ws2 s2解得：T = 233.02 K-11.005 T -10890.0105仃 - 255.38 =-189.55 - 355.93氏=0.145 233.02 =33.79 m s0.10133MPa。试求：CO26-6 CO2气体在1.5MPa , 30 C时稳流经过一个节流装置后减压至 节流后的温度及节流过程的熵变。解：（1）等焓过程：H Cp T2 -T1 H2 H100.10133MPa气体可看成理想气体H2R=0、所以T2 =查附表：CO2: TC =304.19K、PC = 7.382MPa >- =0.2285#所以：Tr1 =0.99

12、66、Pr1 =0.2032h1rD 0-dB0B*-t dB'_ Pr1B-TMP-Tr1RTcdTr1dTr1丿H1R由普遍化第二维里系数关联0.1390.083-Pr10.422 丁 0.675T 1.6 _Tr1 T 2.6Tr1Tr1丄 ccc 1.097 Xf1 0.0831.6丄Tr1丿0.139二 Pr10.894 '0.1721 097心032。083 一占0.228 0.139 -0.89442=0.242840.9966 .#H1-614.15 J molid P查附表：CO热容=3.259 1.356 10 T 1.502 10 2 -2.374 10T

13、3 1.056 10T4估算303.15K下的Cpd值：id-1-1Cp1 =37.23 J mol K614 15所以T2 二-一一 303.15 =286.65K37.23平均温度：286.65+303.15Tam294.65K2求出Cpd-1 -1= 36.88 J mol K重算T2 :614 15T2303.15 -286.5K 与前面一致36.88求 T2= 286.5K 下的热容，Cp2 =36.525 J mol-1 K-1#RS20-_Ri电飞翌LPr1(dTridTri 丿0.6750.7222.6 +切 5.2 (TriTri0.2032 皿 0.225 鼻0.17241

14、0.9966.0.9966 .丿r-1id 286.50.10133-1-1S, = -1.4336 J K：S=Cpln8.3141 n1.4336 = 21.76 J K molp 303.151.56-7 2.5 MPa、200C的乙烷气体在透平中绝热膨胀到0.2 MPa。试求绝热可逆膨胀（等熵）至中压时乙烷的温度与膨胀过程产生的轴功。乙烷的热力学性质可分别用下述两种方法计算：（a）理想气体方程；（b）合适的普遍化方法。解：（a）用理想气体方程lnRlnpT0idPln 玉=RIn 巴=8.314 In 02 - -2.5257RI；P2.5r迸257+6.1595cPd/ -/R查附表

15、2 :乙烷热容Cidp_3_5 2_8 311 4P =4.178 -4.427 10 T 5.66 10 T -6.651 10 T 2.487 10一 TR迭代计算：T,二 expT2 =350K 二 7.084=2331.282R6.8045 326.46心R二 6W325.19K RC,rr6.7147= T2 =324.85 K =6.7097= T2 =324.76K =6.7084= T2 =324.73 KRRRT2 =324.73KCpCp绝热过程 Q = 0,忽略动、位能变化T2T2W4 二 H 二叫 C；dT=R T 4.1784.427 105.66 10$T2 6.6

16、51 10T3 2.487 10a1T4 dT-1二-9660 J mol(b)用普遍化关联乙烷：人=305.32KPc =4.878MPa> -0.099、丁*473.152.5初态：Tr11.5497Pr10.5131305.324.872平均热容cpd37.23 36.525 = 36.878 J mol-1 K-16H1RRTc=Pn BTrdTr話0.083 1.097Tr1'60.139 器Tr丿1 097= 0.5123 0.083 -1.5497仁6 +0.099.0.1390.894=-0.23681.54974'2R-1H1 - -600.17 J m

17、ol*dB°dB1 '+«<dTrdTr 丿（0.675=-0.5131霜 0.099V1.54972.6R-1-1S = -0.9531 J K mol0.6750.722T 2.6+ T 5.2I I r1 r0.7221.549产八0.1146为初步求S2R,先假定T2 =324.73KTr2 =1.0636'dB0dB1门"0.6750.722、+国1R2.6+ 国5.2<dTrdTr 丿<Trlr丿P2 =0.0411P21.06365.2 八0.025770.0980722cC 0.675-0.04112611.063

18、$R-1-1S2 = -0.2142 J K mol过程为等熵过程，同（a） CidpidT20.2Cp ln 28.314 In 0.2142 0.9531 =0473.15 2.5十-21.7378 】二 T2=exp id+6.1594-cp用与（a）相同的方程迭代：E =324.73K= C, =55.77=乙=320.42K 二 C, =55.24二 乙=319.23K= C, =55.1 ： E =318.9K- Cp =55.06= T2 =318.81K= Cp =55.05二乙=318.78K重新求出S2R - -0.2239 J K-1 mol-1与原始估计值相近故：T2

19、=318.78 KTr2 =1.04417H2RRTc- dB0= Pr2 |B0_Tr2飞 B”Td2卡见0831.0972捫 d2c 0.894 + ® O.139-pr II<T2丿雷 7041131 097= 0.0411 0.0831-6 0.099 0.1391.0441R-1H 2 - -104.42 J molT2 idRRW(二 H ；=Rf Cp dT H2 -H1=R： 4.178-4.427 10T 5.66 10T2 -6.651 10T3 2.487 10T4 dT4-1-1-104.42 601.17 = -1.0487 10 J mol = -9

20、660 J mol316-8某化工厂转化炉出口高温气体的流率为5160 Nm h 温度为1000 C,因工艺需要欲将其降温到380 C。现用废热锅炉机组回收其余热。已知废热锅炉进水温度为54 C,产生3.73MPa、430C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36 J kmol-1 K-1，试求：(a) 每小废热锅炉的产气量；(b) 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0.1049MPa , 可以忽略透平的热损失。解：(a)Ws =0, Q =0. ：H =Q =Qh Q H 高气 H 水

21、H 高气=mCp ：T =230.34 36380 - 1000 =5141188.8KJ h 'H 低气='H 水相H 汽=h2 - hi查 h-s 图：h2 =3300KJ kg540C 水 m=230KJ kgh低=h2 -h1 =3070KJ kgJ叫 h低=- H 高m气 H=5141188-83071675kg h"(b)蒸汽经透平对外做功乏气：p =0.1049MPa饱和气：q = 0h3 -2680KJ kg '：h 二Ws =h3 -h2 =2680 -3300 二-620KJ kg，Ws =620 16753600 =288KW6-9丙烷从

22、0.1013MPa、60 C被压缩至4.25MPa。假定压缩过程为绝热可逆(等熵)压缩, 试计算1kmol丙烷所需要的压缩功(丙烷在此状态下不能视为理想气体)。解: Wsr - H 二 C：dT Hr -H1R先求T2丙烷：TC =369.83KPc =4.248MPa川=0.152初态：T1 =0.9008Pn =0.02388H1RRTc二 Pn B°Tr 害dTrdB叩0.0831.097d0.139 邛1 097= 0.0238 0.0830.90080.152 0.1390.894=-0.033390.90084.29- - -102.685 J mol-1"dB

23、0<dTr10.675 =0.02382609008dB1=_p10.6750.722T 2.6T 5.2Tr1Tr1+ 0.15“ O.72。 0.90085 丿-0.025558#对于等熵过程：因为T2未知.Tr2 =1.298S2fdB0dB10.6750.722、+ =-Pr126飞5 2<dlr2J<Tr2Tr2JPr2 - 1R一 =PcR p21卫啤 0.152 07221.2981.2985.2 =0.37087SR 二-0.2125 J K-1 mol-1查附表丙烷：idC35283114=3.847 5.131 10 T 6.011 10 T -7.893

24、 10 T 3.079 10 TR.S二C；ln 卫 Rln 425£ 0.2125 = 0333.15 0.1013为求S；先假定T2二480 K#5 J-3.0834J K-1 mol-1id11T =333.15 K Cp1 =80.55J K- mol-T2 =480 KC；d108.62J K-1 mol-1Cpd10862 8°.55=94.59J Kmol-1."S -opd“互- Rln P2 s-sjT1P4804.25x= 94.59In8.314ln3.0834 0.2125 =0.606 ： 0333.15 0.1013T2可用故:T2 =

25、480K101.0970.8940.894°083 一聞 °152 °139 一帯-0.66411H2R 二-2041.56 J mol-1T2 idRRWs hi.；H ；=R CpdT H2 -H1“订13.8475.131 10 2T 6.011 10“T2 -7.893 10T33.079 10J1T4 dT如3 4八f-2041.56 102.627 =-1.1975 104 J mol-1 =-11.98 k J mol-16-10 某理想气体经一节流装置(锐孔)，压力从1.96MPa绝热膨胀至0.09807MPa。求此过程产生的熵。此过程是否可逆？解

26、：理想气体的节流过程Ah =0 H = f T 焓不变温度也不变P?0.09807-1-11.96lS = -Rln - = 一8.314ln24.9J K mol6-11设有一股温度为90 C,流量为20kg/s的热水与另一股温度为 50 C,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？解：90C 20kg.s -1和50 C 30 kg.s -1在绝热条件下混合成温度为T3的水，求：$=：?混合过程：S 二 m汁 m2 &miiEm2S2 二 m1 S3 m2S3mQm2S2m1 S - S1m2 S3 - S2焓换算(mbm2)hh 二 口

27、10=Cp(t3 tj Cp(t3 t?) =0t3 =66 CmQpt 7) m2Cp(t3 七)=0m1t3 -m1t< -m2t3m2t2或设水的热容相等：20 363 30 323m1 m220 302030-339K=66 C= m1 (S3 _ S1) m2 (S3 _ S2)= (m1m2)Sm1S -m2S2或：Sg = mCjn 卫 m2Cpmln T = 0.3446 C 4.184 J kg-1 K-1T1T2查附表90 C 水 S =1.192550 C S 0.7038 66 C S3 = 0.905所以§ =(20 30) 0.905 -20 1.1

28、95 -30 0.7038 = 0.286k J kg-1 s-16-12 140 C饱和水蒸气以4 kg.s-1的流率进入换热器，加热20 C的空气，水蒸气与空气逆向流动。如果饱和水蒸气离开换热器时冷凝为140 C的饱和水。求热流体传热过程的熵产生量。【解】：选择水蒸汽未研究体系，因为是稳流过程，作功为零，且忽略动、位能变化。则能量平衡方程：.H mg . ：zm. ：u2 =Q WS 简化为:2.：H =m . ：h =Q由稳流系统的熵平衡式得熵产生得表达式ASg =瓦（mjSj ） _瓦（miS ） - ASf由水蒸气表查得：140 C下的饱和蒸汽140 C下的饱和水jout iin-1

29、-1-1h = 2733.8k J kg , $ =6.9302kJ kg K1-1-1h 589.24k J kg-1, s2 =1.73936kJ kg K得：Q 二m h2=4 589.24 -2733.8 二-8578.24kJ s-1Q8578.24.Sg 二 m q-q4 1.73936-6.9302： 8.5kJ K-1 s-1T293.156-13设有10 kg水被下述热流体从 288K加热到333K，水的平均恒压热容为 4.1868kJ.kg- .K- 试计算热流体与被加热的水的熵变。(a) 用0.344MPa的饱和水蒸气加热。冷凝温度为411.46K;(b) 用0.344M

30、Pa、450K的过热蒸汽加热。已知0.344MPa饱和蒸汽的冷凝热为-2149.1 kJ.kg-1.K-1, 411K450K水蒸气的平均恒压热容为 1.918 kJ.kg-1.K-1。(假设两种情况下蒸汽冷凝但不过冷)【解】：将水从288K加热到333K所需热量（a）二：H 二 mC ：T1=04. 4 86 8333288用0.344MPa的饱和水蒸气加热，所需蒸汽量m - H 冷=Q1 8 84. 06 kJ（B）m为:2149.1m =1884.06m = 0.8767 kg&T2333§7水 = mCpln=10 4.1868ln6.08 kJ Kp T1288,A

31、H 冷2149 1-15热=m 一冷 =0.87674.58 kJ KT411.46用0.344MPa、450C的过热蒸汽加热。所需蒸汽量mCp ：Tm H 冷二 Q1.918 450- 411 m+ 2149.1m =1884.06m = 0.8471 kg0 = mCpI + m- = 0.8471 1.918ln 热pT1T.-1m为:型啤=4.57kJK-1411411.461mol理想气体在 400K由0.1013MPa经等温不可逆压缩到 1.013MPa，压缩过程的热被移到20%，计算气体与贮热器的熵变及总熵变。6-14300K的贮热器，实际压缩功比同样的可逆压缩功多 【解】：理想

32、气体等温过程的可逆轴功为：p21.013-iWr=RTIn=8.314 400ln=7657.48 J molp0.1013不可逆轴功为可逆轴功的 1.2倍-1ws =1.2wR =1.2 7657.48 =9188.976 J mol由热力学第一定律知：.汕=q ws = 0-1q = -Ws =9188.976 J molp1013气体熵变 气二一Rln 2 = 8.3141 n= 19.14 J mol-1 K-1p10.1013设储热器温度不变则：飞贮=二q = -9188.976 = 30.63 J mol-1 K-1贮 T300总熵变 is ：s气：s贮二19.14 30.63 =

33、 11.49 J mol-1 K-1-16-15某蒸汽动力装置，进入蒸汽透平的蒸汽流量为 1680kg h，温度为430 °C ,压力为3.727MPa，蒸汽经透平绝热膨胀对外做功。产功后的乏汽分别为：a 0.1049MPa的饱和蒸汽；已知b 0.1047MPa、60 C的蒸汽。试求此两种情况下 ，蒸汽经透平的理想功与热力学效率 大气温度25 CoP1 =3.727 MPa , t 430 C , P2 =0.1049MPa 饱和蒸汽【解】：理想功：Wjd »汨-T0，S ,实际功：Ws»】H -Q1查h-s图：-1-1 -1h 3280 kJ kgS = 6.9

34、2 kJ kg k-1-1 -1h2 二 2680 kJ kgS2 二 7.36 kJ kg kWd = m h2 - hi - mT° S2 - S=16802680 -3280 -298 7.36 - 6.921228 103kJ h 绝热：Q=0, Ws - ：H =m h2-g - -1008 103 kJ h-1W 1008 1033 =0.821W：d 1228 101 1 1bh2 二 2620 kJ kgS2 二 8.02 kJ kg kW：d =1680 -2620 -3280 298-8.02 -6.92=1693 10kJ h31Ws - - H - -1680

35、 2620 -32801=1108.2 10 kJ h-0.6511108.2 10331693 1036-16 12MPa、700C的水蒸气供给一个透平机，排出的水蒸气的压力为0.6MPa°(a) 在透平机中进行绝热可逆膨胀，求过程理想功和损失功。(b) 如果等熵效率为 0.88，求过程的理想功、损失功和热力学效率。【解】：(a) 入口水蒸气性质可由水蒸气h-s图查得：-1 - 1 -1s =7. 0 75 7 k J kg , k h =3858.4 kJ kg-1 -1绝热可逆膨胀为等熵过程S2 =3 =7.0757 kJ kg k出口为过热蒸汽，由压力和熵值由h-s图查得出口

36、焓值h2 =2904.1 kJ kg-1由热力学第一定律 ws m ；.h=h2-0 =2904.1 -3858.4=-954.3kJ kg理想功 Wd m-Tr S m -954.3kJ kg-1绝热可逆膨胀的损失功Wl =Wid -Ws =0(b) 等熵效率为 0.88 时 ws =0.8-954.3 二-839.8kJ kg-11对于该绝热过程 h2 = h - ws 二 3858.4 -839.8 = 3081.6 kJ kg-由h-s图查得不可逆绝热过程的出口熵值 勺=7.2946 kJ kg-1 k-1设环境温度为298K，Wid-T0：S 二 h2-h -298 7.2946 -

37、 7.0757 =905 kJ kg-1Ws839.8损失功 Wl =Ws -Wd =839.8 905 =65.2 kJ kg-1热力学效率 = 0 928Wd9056-17以煤、空气和水为原料制取合成甲醇的反应按下式进行2C +2出0(|)+ 2.381(0.78N 2 + 0.210 2L乔舄CH QH °COqg)+1.857N©g 此反应在标态下进行，反应物与产物不相混合，试求此反应过程的理想功。【解】：W/d=AHT0S1也hCh3qh八=一238.64 kJ mol-13门0 1He% 393.51 kJ mol- =Hh O -285.84 kJ mol-1

38、H 2OlH 召Yp0H0 L -E* = -238.64-393.54 +2汉285.84 =-60.47 kJ mol-1r0 -1 -1Sc5.69 J mol K= 205.03 J mol-1 K-1-1 -1= 213.64 J mol K0 -1 -1SCH3OH i =126.8 J mol KSH2O -69.94 J mol-1 K-1N2不参加反应，而且不混合，故无焓变和熵变.“S0 八pSP”rSRPr=126.8 213.64-2 5.69-2 69.94-2.381 0.21 205.03=86.663 J mol-1 K-1。丄。1W - - H T S =604

39、70 298 86.663 =86.3 kJ mol-6-18 某厂有输送90 C的管道，由于保温不良，到使用单位时水温已降至65 C。试求水温降低过程的热损失与损耗功。大气温度为25 C。【解】：水的热容不变，Cp =4.184kJ kg-1 K-1，过程不做功 Ws 0H = Cp T =4.184 65 -90 = -104.6kJ kg-10 CPl nT2 = 4. 1 8 43l3n8. 1= -0. 2 98 4kJ-1kg KT13 6 3. 1 5Wd-T0. ：S =-104.6 -298.15 -0.2984 =-15.62 kJ kg-1Wl =-Wid =15.62

40、kJ kg-16-19为远程输送天然气，采用压缩液化法。若天然气按甲烷计算， 将1kg天然气自0.09807MPa、127C绝热压缩到6.669MPa ,并经冷凝器冷却至27C。已知压缩机实际的功耗为 1021kJ kg-,冷却 水温为27 C。试求冷凝器应移走的热量，压缩、液化过程的理想功、损耗功与热力学效率。已知甲 烷的焓和熵值如下压力MPa温度(C)h kJ kg-1s kJ kg-1 K 亠0.0980727953.17.0676.66727886.24.717甲烷：p =0.09807Mpa右=27 C-Q1- > P2 =6.669Mpat22讥=27已知：Ws =1021

41、kJ kg-1 t0 =27 C求：Q2二？压缩汽化过程Wid二？ Wl二？ a二？解：压缩过程：-1-1-1h = 953.1 kJ kg s 二 7.067 kJ kg K-1-1 -1h2 =886.2 kJ kgS2 =4.717 kJ kg KWid ：H T0 ：S= 886.2 953.1 -300 4.717 7.067 =638.1 kJ kgH =Q WsQ1 =0、：H =886.2 953.1 =-66.9 kJ kg-1Q w：H -Ws =-66.9 -1021 工1087.9 kJ kg-1108711Ssw二 =3.63 kJ kg-1 K-1300Wl -Td

42、 Ssys：Sswr =300 4.717 -7.067 3.6-382.9 kJ kg-1WdWs逊=0.6251021（损耗功：或：Wl =Ws -Wid =1021 -638.1 =382.9 kJ kg-1）6-201 kg水在1.378MP a的压力下，从 20 C恒压加热到沸点，然后在此压力下全部汽化。环境温度为10C。问水吸收的热量最多有百分之几能转化为功？水加热汽化过程所需要的热由1200 C的燃烧气供给，假定加热过程燃烧气温度不变，求加热过程的损耗功。1kg 水.1第譽1.378Mpa， 1.378MPato=1OC*)(g )求：厂？411【解】：1.378MPa下的水的沸

43、点为195 C .水的热容Cp =4.1868 kJ kg K水:20 C )195 CHi 二 Cp.：T =4.1868 195 20 = 732.69 kJ kgT2468-1-1：SCpln 2 =4.1868ln1.961 kJ kg Kp T12930.38水汽化:薯1 -Tr2已知正常沸点：H； =2257.06J -1 丿.=2676.1 419.04 =2257.06 kJ kg-1.*J.38i-0.723 1-0.576-1=1920 kJ kgT； = 647.3KTr24680.723.Tr1647.3工"576.647.3201920 :S24.10 kJ

44、 kg-1 K-1. :H 二 732.69 1920 二 2652.69 kJ kg468 :S =1.961 4.10 =6.061 kJ kg-1 K-1WicJ： H -T0 ：S =2652.69 -283 6.061 =937.43 kJ kg-1#Wid.H937.432652.69-0.353#SswrQ2652.691.8kJkg-1 K-1T 1200 2731 1WL 二T0 S：Sswr =283 6.061-1.8 = 1205.63 kJ kg K6-21 有一理想气体经一锐孔从 1.96MPa绝热膨胀到0.09807MPa，动能和位能的变化可忽略 不计。求绝热膨胀

45、过程的理想功与损耗功。大气温度为25 C。【解】：节流过程，以一摩尔理想气体为计算基准H =0 T =0 Q =0AF20.09807-1-1：S - -Rl n-8.314ln24.9 J mol KP1.96WidH_T0：S一-T0S .WL=T0：S£ i；=T0：SWL =T0=24.9 298 =7.42kJ mol- 256 J mol-1Wid = -7.42kJ mol-1 二-256 J mol-16-22 设在用烟道气预热空气的预热器中，通过的烟道气和空气的压力均为常压，其流量分别为45000和42000kg h-。烟道气进入时的温度为 315 C，出口温度为2

46、00 C。设在此温度范围内 Cp =1.090 kJ kg-1 K-1。空气进口温度为 38c，设在有关温度范围内，C： =1.005kJ kg-1 K-1。试计算此预热器的损耗功与热力学效率。已知大气温度为25 C,预热器完全保温。【解】：以1小时为基准，先求空气出口温度，常压下两种气体，因为预热器完全保温，故：汨=0.-45000 1.09 200 -315 = 42000 1.005 t2 - 385640750 =42210T2 -160398056407501603980 UGG。42210200 315Thm528 K .hm | 200273In315 273Tlm171.6 -

47、38= 373.8K .,171.6 273In38 273Wd =QT01Ti= 5640750 i1 一-298= 1144200 kJ h-1.373.8T0曲50煜1= 2457145 kJ h22#WL =Wd| Wd =2457145 -1144200 =1312945 kJ h-1叱9 0.466.2457145#6-23设空气的组成为 79% N2和21%O2。环境状态为25 C、0.10133MPa。分别求由空气制取下列两种产品的最小功wid。a产品是纯氧和纯氮；(b )产品是98 N2和50 %富氧空气。【解】：a 以1mol O2为基准T。= 298 K .Wid = A

48、H -TS,理想气体在恒温下分离及混合A H = 0Wid =T0 S1mol空气分离时Wd =%R迟 yi In yi =2988.314(0.211 n 0.21+0.79In 0.79)=1273.4J mol-1得1mol氧气需空气量为 .则Wid二旦 6063.64J mol-10.21 0.21b 产品为9800 N2和5000富氧空气生产1mol 5000氧气需空气Zmol ,所得N2为Z -1 mol0.21Z =0.5 0.02 Z -1 ,得 Z =2.526mol . N2 为 1.526mol .将空气完全分离时1-1Wd =Wid 疋2.526 =1273.4疋2.5

49、26 =3216.6J mol 1由纯氧和纯氮混合形成 50°002和98°°N2两种产品时的 Wd=298 8.314 0.5ln 0.5 0.5ln 0.5298 8.314 1.526 0.02In 0.020.98In 0.98 - -2088J molWid =3216.6 -2088 =1128.6J mol-16-24 乙烯气在25 C、0.10133MPa下和理论上完全燃烧所需空气的400%混合。进入燃烧炉内燃烧后的烟道气经过冷却也在25 C、0.10133MPa下排出，求燃烧过程的理想功。CH4 302 > 2CO2 2H2O .空气 40

50、0 00过量25 C1molC2H42molCO225 C12molO2r2molH 2O0.10133Mpa 45molN29molO2 0.10133MPa45molN 2【解】：反应物，产物均为混合物，均小于0.10133MPa,故要对反应物和产物进行压力校正S =S0 Rln 旦P反应物:Px0.10133 = 1.74x10MPa1 12 45.1120.10133 =0.0209MPa58.145.1PN =910133 =0.0787MPa258.1产物:FC。，0.10133=3.49 10”MPa22 2 9 45.19Pr °.10133"0157MPa

51、24#查表:Ph2o =3.49 10.N2也要校正."：hC2 = 52.28kJ mol-1SC2 = 219.45 J m ol-1 K-1HO? =0= 205.03 J mol-1 K-1# ：hCo 二393.51kJ mol-1SC。=213.64 J mol-1 K-1#0H2O-1=-285.84 kJ molS,1 1-69.94 J mol KH00丄0丄0=2 = Hco2 2 =H h2o - "Hc2h4反应物：Sc h =219.45Rln241=2-393.512-285.84 -52.28 - -1410.98kJ mol1.74 10"-1-1253.24 J mol K0.10133#0.0209-1 -1SO =205.03 -Rln218.15 J mol 1 K 120.10133349x10°11产物：SCO =213.63Rln = 241.64 J mol - K-20.1013320札。=69.94 -Rln 3"9 10-97.95 J mol -1 K-120.10133Q Qd 斤7SO =205.03 -Rln220.53 J mol -1 K-120.10133011S =2 241.642 97.95 9 220.53 -253.24 -12