化工热力学习题参考答案第三版

1、化工热力学习题参考答案 第三版化工热力学习题参考答案 ( 第三版 )其次章 P58 2-1 求温度 673.15K 、压力 4.053MPa的甲烷气体摩尔体积；解：（ a）抱负气体方程 pV RT V 8.314 673.154.053 101.381 10（b）用 R-K 方程查表求 Tc、pc；运算 a、 b；利用迭代法运算 V； RTV bRTp aT V V b a Vi b T Vi Vi b m mol V0 1.381 10 Vi 1 1.3896 10（c）用 PR方程步骤同（ b）,运算结果：Vi1（d）利用维里截断式 BpRT0.422Tr1.3893

2、100.083 0.139 0.172Tr查表可运算 pr 、Tr 、B0、B1 和 Z 由 Z1.39110,耐压 2.7 MPa 容器；规定丙烷在T=400.15K 时, p 2-2 V=0.5 m3 0.04411.3510 8.314 400.158.948 m（b）用 R-K 方程查表求 Tc、pc；运算 a、 b；利用迭代法运算 V； RTV bRTp aT V V b a Vi b T Vi Vi b m V0 2.464 10 Vi 1 2.241 10就可充丙烷质量运算如下： 0.04410.52.241109.838kg（c）利用维里截断式：0.083 0.422Tr0.1

3、39 0.172Tr查表可运算 pr 、Tr 、B0、B1 和 Z 由 Z 0.916 8.314 400.15 1.35 102.257 10就可充丙烷质量运算如下： 0.04410.52.257109.77kg 2-4 V=1.213 m3,乙醇 45.40 kg ,T=500.15K,求压力；解：（ a）抱负气体状态方程45.4046 8.314 500.153.383 MPa（b）用 R-K 方程 0.42748RTC 0.08664RTC a28.039 RTVm bVn T Vm Vm b1.229 m 1.21345.40/46 p2.759MPa（c）用 SRK方程运算（d）用

4、 PR方程运算（e）用三参数普遍化关联 mMVnpVRT 45.4461.2130.9871mBpRT0.987kmol1.229 VmZBpkmolRT0.361,Bp0.057,0.635B0.2672.779MPa 2-6解：（ 1） 将 RK方程普遍化,可见原书中的（2-20c ）和 2-20d ,即 4.9340Tr 0.08664Pr 式（ E2）的右边的 Z 以 1 为初值代入进行迭代,直至得到一收敛的 Z 值；由附表 1 查 得异丁烷的 pc、Tc 分别为 pc=3.65MPa ,Tc=408.1K ,就 350408.1 0.8576 1.23.65 0.3288 以 Z=1

5、 代入式（ E2）右边,得 0.08664 0.3288 0.03322 把 h1 代入式（ E1）右边,得 11 0.03322 4.93400.8576 0.033220.03322 1 =0.8346 再把 Z1=0.8346 代入式（ E2）,解得 h2,代入式（ E1）,得 Z2=0.8037 按此方法不断迭代,依次得 Z3=0.7965, Z4=0.7948 , Z5=0.7944 和 Z4 已特别接近,可终止迭代；异丁烷蒸气的压缩因子为 Z=0.7944（2） SRK的普遍化形式如下（见原书式（2-21 ） 4.9340Fh1 h 1m1Tr0.176 m0.4801.574 0

6、.08664pr迭代的过程为：求m和 F 值取 Z0=1求 h 值求 Z 值得收敛的 Z查得异丁烷的偏心因子,故依据式（ E5）和式（ E4）可得 m0.4801.5740.1760.1760.1760.7516 10.8576 10.751610.8576 1.299以 Z0=1 代入式（ E6）右边,得 0.08664 0.32880.03322再由式（ E3）可得 11 0.03322 4.9340 0.03322 1.299 0.03322 10.8283按上述方法,依次可得 Z2=0.7947,Z3=0.7864, Z4=0.7843,Z5=0.7839 ,Z6=0.7837和 Z5

7、 已特别接近,可终止迭代；故Z=0.78372-21 ）的普遍化的PR方程；（1） 用普遍化的PR方程运算如要按例 2-4 的思路来运算,必先导出类似于式（ Vb1h Vb1h将上述 4 式代入式（ 2-18 ）,并简化后,得 RT1 h bh 1 hb1 ha 1 hbh 1 h 1 hh将 PR方程中的 a、 b 代入式（ E7）,就 0.45724RTc/pc0.0778RTcRT/pc5.87711Tr 1h1hh 1h1hh 1k1Tr1.542260.26992 10.374645.8771F 1h1hh 0.0778RTc/pc 0.0778RTc/pc 0.0778pr通过式（

8、 E9）和（ E10）就可迭代求得 Z；第一次迭代,设 Z0=1,就 0.0778 0.32881 0.85760.02983 k0.374641.542260.1760.269920.1760.6377 10.8576 10.637710.8576 1.27860.8190 1 0.02983 5.8771 1.2786 0.02983 1 0.02983 1 0.02983*0.02983连续迭代,依次可得 Z2=0.7824 ,Z3=0.7731 ,Z4=0.7706, Z5=0.7699,Z6=0.7697 ；由于前后两次迭代出的 Z 值已很接近,从而得出异丁烷的 Z=0.7697,与

9、试验值 0.7731 相比,误差为 0.44%；由 RK和 SRK方程运算得到的异丁烷的Z 分别为 0.7944 和 0.7837 ,它们与试验值的计算误差分别为 -2.76%和-1.37%；可见,三种方法中,普遍化 PR 方程运算结果显得更好些； 2-7 运算 T=523.15K,p=2 MPa 的水蒸气的 Z和 V 解：（ a）用维里截断式 采纳迭代法运算 V=2.006 之后求得 Z=0.923（d）利用维里截断式 BpRT0.422Tr 0.083 0.139 0.172Tr 查表可运算 pr 、Tr 、B0、B1 可得到 Z=0.932； 由 Z 2.025 10（c）水蒸气表 V0

10、.11144mZm0.11144182.005920.9223 20222.005928.314523.15第三章 P92 3-4 R8.3144.32610 P1127273.15227273.152.5310 P212.6710 Tc425Pc0.181 CTT22.738222.79610p73.87910利用三参数压缩因子运算方法,查图表,得到压缩因子：0.942T0.585P Z1R0.677Z20.5351.0970.894PTT ZT22P2 H2RV7.14610T2c28.475101.64.2 RTPT2 H2R0.0830.139 cTccc0.1391.097PT RP

11、1T1 H1R0.0830.894 H1R 2.704 10 CpTdT H2R H1R S2RH5.02810PcTcRP2T20.675T20.722 S2R12.1280.722TPTT S1R2.65.2RP1T1T10.675 cccp S1R4.708 dTRlnS2RS1RS3.212Jmol 1VSV, VTppTT mVSp5.26110Vdp2.095101.551102022381kPakgK5.261JkgkPa10J1.551HTSVp270kg5.2611.61910kg1090.6J1.091kJ12.095102701.551103.8110解：乙腈的 Anto

12、nie 方程为14.7258 3271.24t/c241.85（1）60时,乙腈的蒸气压14.7258 3271.2460 241.8548.813 kPa（2）乙腈的标准沸点 ln10014.7258t81.375c 3271.24t/c241.85（3）20、40和标准沸点时的汽化焓 dlnpdT H 3271.24241.85 3271.248.314T241.85H20c34.09kJ/mol;H40c33.57kJ/mol;H81.375c32.72kJ/mol第四章 P117 2 h u g z q w 2 m 2.778s s 3600sz 3 0 m 3230 10 s kg

13、3600120 50h 2300 4 3 q u 109 2 4u 109sm um 2.567 10h 2.583 10z g m s 6 2.567 10 2.56710 W u2 s 1.65 10 m 2 6h g z wc 0.623%gzqwu3R8.314huw 0.0750.25353.15T593.15 HRR647.3TdB00.344 dB1576.771 HRR647.3TdB00.344 dB156.9135.03Jmol体积流速为： Vu1 d/20.0753.143m0.0132摩尔流速为： n 8.314 593.15/15000004.015 mol s依据热

14、力学第肯定律,绝热时 Ws = - H,所以依据过热蒸汽表,内插法应用可查得 35kPa、80的乏汽处在过热蒸汽区,其焓值h2=2645.6 kJ kg -1 ； 1500 kPa 、320的水蒸汽在过热蒸汽区,其焓值 1 22 u2 u1 2645.6 3081.54.464 10435.904kJ kgh1=3081.5 kJ kg -1 ；按抱负气体体积运算的体积RTP 8.314593.151500000 V3.28810mmol N 4.015 0.0132 m s3.288 10 w435.904 18 N3.15 10 T1 303.15 R 8.314 P1 1.5 10 P2

15、 0.10133 10 Tc 304.2Pc 7.357 100.225 CTT45.3698.68810p1RPT9.61910T RTcP1T11.097 H0.0830.1390.894T1 迭代运算温度, T2=287.75 K ST2ln1RPTRP1T10.675 SRP2T22RPT0.6750.7220.722 T1 473.15 R 8.3142.5 10PaP0.20 10Pa305.4P4.88 100.098 CT9.403159.83710p T46.234101RPTRP1T1 S0.6750.722 TTc经迭代运算（参考101 页例题 4-3 ）得到 T2=34

16、0.71K； RP1T11.0971RPT0.0830.1390.894第五章 P146 5-1： b 5-2: c 5-4: a 5-5: a解：可逆过程熵产为零,即 Sg5-2：解：不行逆过程熵产大于零,即 SgSsys SSsys SSsys0Ssys0Ssys0 Ssys即系统熵变可小于零也可大于零； 5-3 ： 解：电阻器作为系统,温度维护100,即373.15K,属于放热；环境温度 境熵变,可运算如下：298.15K,属于吸热,依据孤立体系的熵变为系统熵变加环 5020A23600s1.4410 1.441.4410J373.15KK10J298.159.70710解：不行逆绝热过

17、程熵产大于零,即 解：不行逆过程熵产大于零,即Ssys0SSsysSSsysSsys 0 SsysSg 变大于零； 5-5 ：解：抱负气体节流过程即是等焓变化,温度不变,而且过程绝热,所以系统的熵所以 过程不行逆； 5-7： 解：绝热稳流过程所以 mhmh1122K30kg66s 20kgs90273.15 50kgsK50273.15 m339.15K339.15273.15SiimCln1pmsT3T3m C ln 2pmsTT 1 2 376.92 hT3 T3 m1 Cpms ln m2 Cpms ln T1T2不同温度的 S 值也可以直接用饱和水表查得；运算结果是 0.336 ； 5

18、-12解：（ 1）循环的热效率 WS,Tur W4 1 2 水泵功与透平功之比H2=3562.38 kJ kg,H3=2409.3 kJ k g-1 ,H4=162.60 kJ kg -1 ,H5=2572.14 kJ kg-1 ,162.60 14 0.007 100.001 176.6 kJ kg 4 1S,Tur 0.001 14 0.007 10 3562.38 2409.3 3 供应 1 kw 电功的蒸气循环量 10001167.080.857 g s T T0 TL T C 60% Q 20% T T T Q 0.6 0.20.555 QH T T T 0 HL 1 T T 0 L

19、 . 0 T T 60 % 20 % 1 6 0 . 2 ir ir c QH TH 1 . 12 0 . 555 21 273 . 15 6 273 . 15 0 . 15 118 273 21 6 第六章 P194解：水蒸气的摩尔流量为： mM 3600 1680 100018 3600 25.926 mol sST p n3.727 8.3143.471.4510703sS374.1140.1049T0.12110T dTn8.314ln 3.60710Js WidH374.114T0 292.98H374.1143.04610JsH3333.40810J376.92 h2h1H T0S

20、sysSsur83.940.9549 1.1925 0.044 kJ kg依据热力学第肯定律热缺失为molH程恒温；H83.94kJkg 或 Q1.51110J 13.1kJkg 235.8Jmol解：抱负气体经一锐孔降压过程为节流过程, WLWidT0Sg0.098072988.314ln8.3141.960.21ln0.210.79ln0.791.274kJ 7.4210Jmol298.15 6-8： 解：（ 1）产品是纯氮和纯氧时,WidRT0y1lny1y2lny2mol（2）产品是 98% N2和 50% O2的空气时,设计运算流程如下： 50% O2 98% N2 WWidW1 W

21、20.02ln0.02JkJmol W1T0R0.98ln0.98298.158.3140.098242.924 W2T0R0.5ln0.50.5ln0.5mol298.158.3140.6931.718 6-12W1.274242.924100.687kJmol： 解： H2O285.84 NH346.19 CH3OH 238.64 CO2 393.51 130.5969.94192.51205.03126.8213.64191.49HOlkJmol205.038.314lnH285.84 69.94130.590.50.02061050.10133169.785JmolHT0S 285.84 298 169.785 235.244 kJ mol H2 NH3