化工热力学应用及计算考试试题

1、五、化学热力学应用及计算问题1.众所周知，50公斤丙烷气需要储存在137和5兆帕。要设计压力容器，请提供容器的体积设计参数。请分别按两种方法计算：(1)广义三参数可压缩子方法(2)真实气体状态方程法让丙烷符合R-K方程。注意：回答问题时，只需要给出解决问题的步骤和方法，不需要给出具体的结果。注：公式中的每个参数都必须说明：根据给定的条件，公式中直接代入每个参数的具体值和单位必须说明，而已知条件不足的则必须自己补充(其中A和B不需要列出公式)。否则，相应步骤的分值为0。解答： (1)广义三参数压缩因子法：(共6分)(1点)(1点)查找压缩因子表，得到Z0和Z1(1分)(1分)(1分)如果P、T和

2、的尺寸不正确，将扣1分如果t维是K，p维是pa，那么维是；如果t维为K，p维为Kpa，则维为。(1点)(维数为)(2)真实气体状态方程法： (共7分)(41=4分)已知(1分)和必须检查丙烷的关键参数(1分)据统计，()由试差计算。(1点)(维数为)2.纯物质B由饱和蒸汽1.013兆帕和453千帕变为过热蒸汽4.052兆帕和653千卡。(1)尝试基于偏差函数设计计算过程中H的路径图，写出每一步计算过程中的焓变化和H总表达式；列出使用的主要公式，不需要计算最终结果。(2)简要说明为什么在计算过程中要引入偏差函数的概念(假设理想气体的cp=abct2已知，偏差焓HR)。解答：(1)共9分饱和蒸汽1

3、.013兆帕，453千帕H=？过热蒸汽4.052兆帕，653千帕-H1RH2R过热蒸汽(理气)4 .052Mpa，653K饱和蒸汽(理气)1 .013Mpa，453K* H *4分2分1 1 1=3分(2)共4分根据计算，一方面，对于真实的流体这是一个新开发的系统，其热容量通常相对不足。另一方面，真实流体的状态方程更复杂，即计算更复杂，工作量更大。在此基础上，将剩余性质的概念引入工程计算过程H中，计算简单方便。1 2 1=4分六、应用与计算题(39分)每题13分1.有两种饱和蒸汽，压力分别为12.0兆帕和1.5兆帕。(1)如果用于做功，通过稳流过程，在25时变成饱和水，并计算出Wid(To=2

4、98K)。(2)如果用作加热介质，它在通过热交换器后在25变成饱和水，并计算热交换量Q。在综合分析计算结果的基础上，如何在化工设计和生产过程中合理利用这两股蒸汽？已知：每个状态点的一些热力学参数见表1。表1。机组不同状态点的一些热力学参数状态点t/P/MPa州H/kJkg-1S/kJkg-1k-11324.812饱和水蒸气2684.95.49242198.31.5饱和水蒸气2792.26.44483250.饱和水104.890.3674解决方案：1 .(1) 3 12=5(2) 3 12=5分(3)高压蒸汽的功率比低压蒸汽的功率大。高压蒸汽的加热能力弱于低压蒸汽，因此采用低压蒸汽作为工艺加热最

5、合适，可以降低设备成本。1.5-1.5=3分八、简短回答问题1.写下(1)稳定流动系统热力学第一定律的一般形式；(2)当流体流经泵和(3)流经热交换器时，系统热力学第一定律的简化形式。答：稳定流动系统热力学第一定律的表达式是：(1)流体流经热交换器传质设备Ws=0。此外，考虑到动能项和势能项与焓变化之间的数量级差异，动能项和势能项可以忽略，即：因此，定常流动系统的热力学第一定律可以简化为：流体流过泵、压缩机和设备时，具有相同的压力从数量级的角度来看，动能项和势能项不能与焓相变相比较，可以忽略，即：也就是说，如果这些设备可以被视为与环境隔离，或者与功的值相比，热传递可以忽略不计，那么它可以进一步

6、减少到：2.完成相平衡系统求解过程的框图。假设系统是部分理想系统，且总压和液相组成已知，计算系统的温度和汽相组成(是有限分数)。溶液：组分一在气相中的逸度系数为1，1已知p，xi假设：t计算：Pis计算：yi公式：不，重新调整输出t，yi八、计算问题1.(10分)在稳流期间，汽轮机将温度为6.0兆帕和400的过热蒸汽(H1=3174千焦-1，S1=6.535千焦-1K-1)膨胀至0.004兆帕和干燥度x=0.9。(已知在0.004兆帕时，汞=2554千焦-1，标准物质=8.4808千焦-1K-1，高=120千焦-1，标准物质=0.4177千焦-1K-1)。T0=298K .(1)如果涡轮机是绝

7、热的，计算Wid、Ws、WL和过程的热力学效率。(2)如果汽轮机的热损失为5千焦-1，最终蒸汽状态不会改变。计算了过程的Wid、Ws、WL和热力学效率。解决方案：(1)(2)九.计算问题1.今天有压力为10兆帕、温度为400的过热蒸汽。汽轮机绝热膨胀后，废气为压力为0.2 Mpa的饱和蒸汽。相关蒸汽数据如下：州H千焦/千克S千焦/千克10兆帕和400的过热蒸汽30936.2070.2兆帕饱和蒸汽27077.127(1)尝试计算上述过程产生的轴功；(2)火用过程和无变化值；(3)理想工作和损失工作的过程。上述计算基于1Kg蒸汽和环境温度。1.解决方案：(1)绝热Q=0，WS=-H=(2707-3

8、093)-298(7.127-6.207)=-660.16千焦/千克绝热Ssur=0WL=安，t=T0系统=274.16千焦/千克X.计算分析1甲厂采用氨压缩制冷，制冷量Q0=kJh-1。运行条件如右图所示，众所周知：H1=1661千焦-1，H2=1890千焦-1，H4=560千焦-1，H5=535千焦-1寻求：(1)制冷剂循环(KJH-1)；(2)压缩机功耗(千瓦)；(3)循环的制冷系数；(4)冷凝器热负荷。解决方案：(1)机组制冷量：(2分)制冷剂循环：(2分)(2)单位制冷剂消耗量的功：(2分)压缩机消耗的功率：(2分)(3)制冷系数：(2分)(4)单位制冷剂的热量释放：(2分)冷凝器热负荷：(2分)2.分别计算500K、100KJ恒温热源的有效能量和无效能量。T0=298K .解决方案：有效能量：(3分)无效能量：(3分)4.在300千帕斯卡和1.013105帕的温度下，某种气体可以被认为是理想气体。试着找出这种气体在500 K和1.013107帕时的焓。已知：(1) H0id=0，300K，1.013105Pa(2)在500 k和1.013107 pa下，偏差焓h =5000 kj