化工热力学习题09级

1、化工热力学 习题（09级）第 二 章1. 用R-K方程和普遍化三参数压缩因子法计算1公斤甲烷在273K及400下的体积。 2. 用下列方法计算200及10下异丙醇气的压缩因子与体积。(1)取至第三维里项内的维里方程，实验测定的维里系数B = -388cm3/mol, C = -26000cm6/mol2(2)用普遍化第二维里系数法已知：异丙醇 Tc=508.2K Pc =50 =0.7003.合成尿素所用二氧化碳压缩机入口气体流量为28200NM3/h，压缩后出口压力为15.5MPa（绝对压力），出口温度为393 K。若吸入气体以纯二氧化碳计，求出口操作状态下的体积流量。4.用下述方法计算10

2、 MPa,743 K时水蒸汽的比容（1）理想气体定律； （2）R-K方程； （3）一种普遍化方法； 并将所得结果与水蒸汽表比较。5.一耐压容器中半充以在正常沸点状态的液氮，然后将容器密闭，加热至295 K。已知正常沸点的液氮摩尔体积为34.7cm3/mol，求加热后的容器中压力。6.试用R-K方程计算含70.5% H2、28.5% N2、1.0% CH4（摩尔分数）的混合气体在30MPa、100条件下的摩尔体积。 第 三 章 1.用普遍化三参数压缩因子法计算15 MPa,555 K时正丁烷的逸度系数和逸度，以及与同一温度，0.1MPa理想气体状态间的焓差、熵差。2. 通常计算元素气体的热力学性

3、质时，一种方法规定在298.15K及1下这种元素气体的焓与熵为零，试 用普遍化第二维里系数法求O2 在300，500下的焓，熵和逸度。3. 一容器内的液体水和蒸汽在1MPa压力下处于平衡状态，质量为1kg。假如容器内液体和蒸汽各占一半体积，试求容器内的液体水和蒸汽的总焓。4. 有温度为423.15K，压力为0.15MPa的蒸汽8kg，经过活塞气缸设备等温可逆压缩到正好处于饱和气体状态的终态，试求过程的热效应Q和功W。5. 有人用A和B两股水蒸汽通过绝热混合获得0.5MPa的饱和蒸汽，其中A股是干度为98的湿蒸汽，压力为0.5MPa，流量为1kg/s；而B股是473.15K，0.5MPa的过热蒸

4、汽，试求B股过热蒸汽的流量该为多少？第 四 章1. 用热力学观点分析下列两个关系式是否正确？；，式中a与b是T与P的函数，V1与V2是纯组分1与2的摩尔体积。2. 试计算323K和20KPa时等分子混合的甲烷（1）正己烷（2）体系的第二维里系数和两个组分的逸度系数。3. 在25，20×105Pa 条件下，二元溶液中组分1的逸度f1可表示为f1 = 50x1-80x12+40x13。式中f1的单位为105 Pa，x1为组分1的摩尔分数。试求（1）纯组分1 的逸度f1和逸度系数1；（2）组分1的亨利常数k1；（3）指定温度与压力，且已知f1的表达式，如何求得f2的表达式？4. 在25，0

5、.1013MPa下，n2 mol的NaCl（2）溶于1Kg H2O（1）中所形成的溶液的总体积nV(cm3)与n2的关系为试求n2 = 0.5 mol时，H2O和NaCl的偏摩尔体积 5.在473K、5MPa下两气体混合物的逸度系数可表示为： 式中y1和y2为组分1和2的摩尔分率，试求 的表达式，并求出当y1 =y2=0.5时，各为多少？第 五 章 1. 今有94的热水连续地从一储桶以0.2273 M3/min的速度泵送，泵用电机的功率为1.492 kw，热水在途中流经一热交换器，以10080 kcal/min的速度放出热量，并输送到比第一储桶高15米的第二储桶中去，试求输往第二储桶的水温。已

6、知：94热水的密度为962.8 kg/m32.设有10kg水被下述热流体加热，从288 K加热到333 K，计算热流体的熵变，被加热的水的熵变以及总熵变。（1）3.4×105Pa的饱和蒸汽； （2）3.4×105Pa，450K的过热蒸汽； (3)与10kg ,333K的热水完全逆流换热； (4)与最小量的370K热水完全顺流换热。假如（1）、（2）两种情况下蒸汽冷凝但不过冷。3. 1摩尔理想气体在400K由105Pa经等温不可逆压缩至10105Pa，压缩过程的热被移至300K的储热器。实际压缩功比可逆压缩功多20%，计算气体的熵变，储热器的熵变及总熵变，计算该过程损失功。

7、4. 今有773K，100×105Pa的过热蒸汽进入高压汽轮机绝热膨胀做功，设冷凝器的压力为0.04×105Pa ，试求：(1)可逆绝热膨胀（乏汽为湿蒸汽）(2)不可逆绝热膨胀（乏汽为饱和蒸汽）时体系与环境总火用和总火无的变化。 5. 某化肥厂用废热锅炉回收二段转化气的热量，转化气进，出废热锅炉的温度为1000和380，废热锅炉进口水温55，产生40×105，440的过热蒸汽，若不计散热损失，问废热锅炉产汽量为多少公斤？求这一回收余热过程的损失功和热力学效率。已知转化气在1000和380间平均恒压热容为36 kJ/kmol·k，转化气的流量为5160 N

8、M3/吨氨。现若令产生的过热蒸汽通过汽轮机做功，做功后的乏汽为1.0×105的饱和蒸汽，试求此过程的理想功，损失功和热力学效率。6. 蒸汽常因管路保温不善，在输送过程中冷凝，试计算1kg， 4.5×105Pa的饱和蒸汽冷凝成同压下的水时的散热损失和损失功，假定环境温度为25。并说明为何两者的数值不同？7. 一车间要利用300K、8.1×105Pa的空气和195.95的液氮来产生20kg/s 、162.15、1.55×105Pa的低温空气。拟采取的方案有两个：（1）空气先经节流阀节流膨胀到1.55×105Pa，再经冷却器，用液氮冷却至所需温度16

9、2.15; （2）不采用节流膨胀，而是使空气先在等熵效率为80的透平机中膨胀做功，然后进入换热器冷却至162.15。试求（1）、（2）两方案中冷却器的热负荷以及过程的总熵增，两种方案的损失功，将它们进行比较并分析原因。液氮的汽化潜热自查。T0=298K8. 某换热器完全保温。热流体的流量为0.042kg/s，进、出换热器时的温度分别为150、35，其等压热容为4.36kJ/kg.K。冷流体进、出换热器时的温度分别为25、110，其等压热容为4.69kJ/kg.K。试计算冷、热流体火用的变化、过程的损失功和热力学效率。若将热流体进口温度改为287，其余条件不变，计算此时冷、热流体火用的变化、过程

10、的损失功和热力学效率，比较计算结果并分析原因。第 六 章1 .一蒸汽动力装置的锅炉供应30×105Pa，430的过热蒸汽给汽轮机，汽轮机的额定功率为15×104KW。乏汽在0.10×105Pa的压力下排至冷凝器，假定汽轮机的等熵效率为80，冷凝器出口的是饱和液体，循环水泵将水打回锅炉是可逆绝热过程，求：(1)每公斤蒸汽对外所做的功;(2) 此动力循环中蒸汽的质量流量 ；(3)蒸汽从锅炉吸收的热量;(4) 水泵消耗的功; (5) 循环的热效率。2. 1 kg 273K, 6MPa的空气，通过节流阀减压至1MPa，求减压后空气的温度。如果通过膨胀机也减压至1MPa，膨

11、胀机的效率是80%，则空气膨胀后的温度是多少？设环境温度是298K，计算这两个过程的损失功。 3. 某氨蒸汽压缩制冷循环蒸发温度为15，冷凝温度为27，离开蒸发器的蒸汽为饱和蒸汽，压缩为不可逆绝热过程，其定熵效率为0.85，已知可逆绝热压缩终态的焓为1657.66kJ/kg,计算冷冻系数及冷冻量为1.4×104kJ/h时压缩所需的功率。 4. 试用TS图求空气初温分别为300K及230K时，下列条件等焓及等熵膨胀过程的终温，以及产生的温度降TH及Ts，列表比较两种情况的降温效果。 （1）从80atm膨胀至20atm (2) 从20atm膨胀至5atm 第 七 章1. 丙酮（1）甲醇（

12、2）二元溶液超额自由焓的表达形式为，纯物质的Antoine（安妥因）方程表示如下： 试求：（1）假如气相可看作理想气体，B=0.75，温度为60下的p-x-y数据。（2）气相可看作理想气体，B=0.64，压力为75kPa下的t-x-y数据。2. （1）混合蒸汽的组成（摩尔分率）如下：甲烷0.05，乙烷0.10，丙烷0.30，异丁烷0.55。试确定该混合物在26.7时的泡点压力和露点压力。（2） 确定上述混合物在26.7与1.033MPa时气相所占的比率及气相组成。3. 某钾石盐1000kg，含KCl:70%（质量百分数），NaCl:30%（质量百分数）。250C溶解度数据如表所示，加水溶解分离得固相KCl。（1）理论上最多能得到纯KCl多少？需消耗多少水？（2）若允许KCl产品中NaCl含量为1%，理论上最多能得到KCl产品多少？需消耗多少水？温度ºC液 相固 相重 量， NaClKClH2O2526.45073.55NaCl23.75571.25NaCl21.01069.0NaCl20.411.1568.45NaCl KCl2011.368.7KCl1514.570.5KCl1018.271.8KCl522.172.9KCl026.473.6KCl第 八 章1. 试计算在700K和30.39MPa下合成氨反应的平衡组成。已知反应物为75