马沛生 主编 化工热力学 第七章习题解答概要
习 题 七 及 答 案
一、问答题
7-1. Rankine 循环与卡诺循环有何区别与联系? 实际动力循环为什么不采用卡诺循环?
答：两种循环都是由四步组成，二个等压过程和二个等熵（可逆绝热）过程完成一个循环。但卡诺循环的二个等压过程是等温的，全过程完全可逆；Rankine 循环的二个等压过程变温，全过程只有二个等熵过程可逆。
卡诺循环中压缩机压缩的是湿蒸汽，因气蚀损坏压缩机；且绝热可逆过程难于实现。因此，实际动力循环不采用卡诺循环。
7-2. Rankine 循环的缺点是什么? 如何对其进行改进?
答：Rankine 循环的吸热温度比高温燃气温度低很多，热效率低下，传热损失极大。
可通过：提高蒸汽的平均吸热温度、提高蒸汽的平均压力及降低乏汽的压力等方法进行改进。 7-3.影响循环热效率的因素有哪些?如何分析?
答：影响循环热效率的因素有工质的温度、压力等。具体可利用下式
1L H
T T η=- 分析确定哪些因素会改变L H T T 或，从而得到进一步工作的方案。
7-4．蒸汽动力循环中，若将膨胀做功后的乏气直接送人锅炉中使之吸热变为新蒸汽，从而避免在冷凝器中放热，不是可大大提高热效率吗? 这种想法对否? 为什么?
答：不合理。蒸汽动力循环以水为工质，只有在高压下才能提高水温；乏汽的压力过低，不能直接变成高压蒸汽。与压缩水相比较，压缩蒸汽消耗的工太大，不仅不会提高热效率，反而会大大降低热效率。
7-5．蒸气压缩制冷循环与逆向卡诺循环有何区别与联系? 实际制冷循环为什么不采用逆向卡诺循环?
答：两种循环都是由四步组成，二个等压过程和二个等熵（可逆绝热）过程完成一次循环。但逆向卡诺循环的二个等压过程是等温的，全过程完全可逆；蒸气压缩制冷循环的二个等压过程变温，全过程只有二个等熵过程可逆。
Carnot 制冷循环在实际应用中是有困难的，因为在湿蒸汽区域压缩和膨胀会在压缩机和膨胀机汽缸中形成液滴，造成“汽蚀”现象，容易损坏机器；同时压缩机汽缸里液滴的迅速蒸发会使压缩机的容积效率降低。
7-6．影响制冷循环热效率的因素有哪些?
答：主要有制冷装置的制冷能力、压缩机的功率、高温物体及低温物体的温度等。 7-7．如果物质没有相变的性质，能否实现制冷循环？动力循环又如何?
答：不能实现。动力循环也无法实现。
7-8．制冷循环可产生低温，同时是否可以产生高温呢?为什么？
答：可以。制冷循环与热泵循环在热力学上并无区别，其工作循环都是逆向循环，区别仅在于使用目的。逆向循环具有从低温热源吸热、向高温热源放热的特点。当使用目的是从低温热源吸收热量时，为制冷循环；当使用目的是向高温热源释放热量时，即为热泵循环。 7-9．实际循环的热效率与工质有关，这是否违反热力学第二定律?
答：不违反。
7-10．对动力循环来说，热效率越高，做功越大；对制冷循环来说，制冷系统越大，耗功越少。这种说法对吗?
答：不正确。就动力循环来说，热效率越高，说明热转化为功得比例越大，而不是做功越大；对制冷循环来说，制冷系统越大，表明低温下吸收的热量与所耗功相比，所占的比例越高。 7-11. 夏天可利用火热的太阳来造就凉爽的工作环境吗?
答：可以。
7-12. 有人说：热泵循环与制冷循环的原理实质上是相同的，你以为如何?
答：正确。制冷循环与热泵循环的工作循环都是逆向循环，区别仅在于使用目的。当使用目的是从低温热源吸收热量时，为制冷循环；当使用目的是向高温热源释放热量时，即为热泵循环。
7-13．蒸汽压缩制冷循环过程中，制冷剂蒸发吸收的热量一定等于制冷剂冷却和冷凝放出的热量吗?
答：不对。蒸汽压缩制冷循环过程中，制冷剂蒸发吸收的热量一般不等于制冷剂冷却和冷凝放出的热量。
7-14.供热系数与致冷效能系数的关系是：制冷系数愈大，供热系数也愈大。是这样吗？能否推导？
答：致冷效能系数 0S
Q W ε= 热力学第一定律 20S Q Q W =+
供热系数 2
01S HP S S Q Q W W W εε+===+
所以制冷系数愈大，供热系数也愈大。
7-15. 有人认为，热泵实质上是一种能源采掘机。为什么？
答：由于热泵以消耗一部分高质能(机械能、电能或高温热能等)为补偿，通过热力循环，把环境介质(水、空气、土地)中贮存的低质能量加以发掘进行利用。因此，热泵实质上是一种能源采掘机。
7-16. 有人说，物质发生相变时温度不升高就降低。你的看法？
答：不一定。如果外压不变，纯物质发生相变时温度不变，如1atm 、100℃的水，从液态转为气态或从气态转为液态时，温度始终为 100℃。
二、计算题
7-17在25℃时，某气体的P-V-T 可表达为PV=RT +6.4×104P ，在25℃，30MPa 时将该气体进行节流膨胀，向膨胀后气体的温度上升还是下降？
解；判断节流膨胀的温度变化，依据Joule-Thomson 效应系数μJ ，即公式（7-6）。 由热力学基本关系式可得到：
p P H
J C V T V T P T -??=??=)()()(μ （7-6） 由P-V-T 关系式P RT PV 4104.6?+=可得
4104.6?+=
P
RT V 求偏导得 P R T V P =??)(，故有 0104.6104.644
=p
p p p J C C C P PV RT C V P R T μ 可见，节流膨胀后，温度升高。
7-18 由氨的T s -图求1kg 氨从0.828MPa(8.17atm)的饱和液体节流膨胀至0.0689 MPa （0.68atm ）时，(a) 膨胀后有多少氨汽化？ (b) 膨胀后温度为多少？(c) 分离出氨蒸气在压缩至 2p =0.552 MPa =5.45 atm 时， ?'2=t （绝热可逆压缩）
解：由附录8氨的T-S 图知：)17.8(828.01atm MPa p =时 kg kcal h /701=
等焓膨胀至 atm p 68.02= 时 1123.0--??=kg K kcal s
02=sl s （饱和液体） 1142.12
--??=kg K kcal s sv （饱和蒸汽） （a ）求干度： sl sv s x x s s 22222)1(-+=
211.00
42.103.022
22=--=--=sl
sv sl
s s s s x 即汽化的液氨为0.211kg 。
（b ）由附录8得 C t 402-=
（C ）氨气等熵压缩至5.45atm ，由附录8得C t
110'2=
7-19.某郎肯循环以水为工质，运行于14MPa 和0.007MPa 之间，循环最高温度为540C ，
试求：（a ）循环的热效率； (b) 水泵功与透平功之比； (c) 提供1kW 电的蒸汽循环量。 解：①作出此动力循环的s T -图，见7-19题图1。
②根据给定的条件，查附录5确定1、2状态点的参数。
（a ）状态点1：114p MPa = 119.3431-?=kg kJ h ，
111528.6--??=kg K kJ S
工质在透平中等熵膨胀：1112528.6--??==kg K kJ S S
状态点2： 20.007p MPa = K C T 312392==
sl h 2
kg kJ /32.163= sv h 2kg kJ /6.2571= sl s 2)/(5589.0K kg kJ ?= sv s 2)/(2739.8K kg kJ ?= 膨胀终点： kg m v /001.032=
55891.0)1(2739.8528.6)1(222
2222?-+=-+=x x s x x s s sl sv
得 7737.02=x
kg kJ h x x h h sl sv /606.202632.163)7737.01(7737.06.2571)1(22222=?-+?=-+=
透平等熵产生功：
kg kJ h h h W R s /29.1405606.20269.3431)()(12)(=-=--=?-=
kg kJ h h sl /32.16323==
冷凝过程传热: kg kJ h h q /286.1863606.202632.163232-=-=-=
水泵的可逆轴功 ：
1334)(993.1310)007.014(001
.0)(-?-=?--=--=kg kJ P P v w pum p R s 由热力学第一定律：
kg kJ w h h pum p R s /313.177993.1332.163)(34=+=-=
锅炉吸热：kg kJ h h q /587.3254313.1779.3431410=-=-=
郎肯循环净功为透平产功与泵轴功的代数和：
kg kJ w w w pum p R s R s N /297.1391993.1329.1405)(=-=-=）（
7-19题图1
热效率：4275.0587
.3254297.13910===q w N T η （b ）水泵功与透平功之比：009957.029
.1405993.13))(==R s pump
R s w w （ （c ）提供1kw 电的循环蒸汽量：s kg w m N /0007187.0297
.139111=== 7-20.用热效率为30%的热机来拖动制冷系数为4的制冷机，试问制冷剂从被冷物料没带走1KJ 热量需要向热机提供多少热量？ 解：制冷机：S
L W Q =ε kJ Q W L S 41==ε 此净功来自热机：H s C Q W =η KJ W Q c s H 833.03
.04/1===η 7- 21.某蒸汽压缩制冷循环用氨做工质，工作于冷凝器压力1.2MPa 和蒸发器压力0.14MPa 之间。工质进入压缩机时为饱和蒸汽，进入节流阀时为饱和液体，压缩机等熵效率为80%，制冷量为4
1.39410?kJ/h 。试求：（a ）制冷效能系数； (b) 氨的循环速率；(c) 压缩机功率；(d) 冷凝器的放热量；(e) 逆卡诺循环的制冷效能系数。
解：此循环的s T -图见7-21图1 ，工质为氨，由附录7~9查出各状态点的焓值。 状态点1：由附录7查得蒸发压力为0.14 MPa 时，制冷剂为饱和蒸汽的
焓值。 MPa p 14.01= kg kcal h /3321=
状态点2：由冷凝压力为1.2MPa ，在附录9氨的H p -ln 图上，找出1
点位置，沿等熵线与2p ＝1.2MPa 的等压线的交点3，图上直接查得
kg kcal h /4202=
状态点4：从附录7氨的饱和蒸汽压表查得30.89℃时饱和液体的焓值
1472.82-?=kg kcal h
状态点5：4→5过程是等焓的节流膨胀过程，故
5h ＝1472.82-?=kg kcal h
（a ）制冷系数：
7-21题图1
8.0332420332'2
'2121=--=--=h h h h h s η 求得：kg kcal h /442'2= 27.233244272.823321
'241=--=--=h h h h ε （b ）s kg h kg h h Q m L /1070.3/327.13184
.4)72.82332(1039.134
41-?==?-?=-= （c ）KW h h m w s 70.1184.4)442332(1070.3)(31'2'-=?-??=--=-
（d ）s kJ h h m Q H /56.5184.4)44272.82(1070.3)(3'23-=?-??=-=-
（e ）以冷凝器压力1.2Mpa 时， C T H 30=
蒸发器压力0.14Mpa 时， C T L 20-=
06.5253
2733027320=-++-=-=L H L C T T T ε 7-22.为使冷库保持-20℃,需将419000kJ/h 的热量排向环境，若环境温度0T =27℃，试求理想情况下每小时所消耗的最小功和排向大气的热量。
解： 38.5)
20(27202730=---=-==L L S L T T T W Q ε h kJ Q W L S /7783838
.5419000===ε h kJ W Q Q S L /496838778384190000-=--=--=
7-23. 利用热泵从90℃的地热水中把热量传到160℃的热源中，每消耗1kW 电功，热源最多能得到多少热量？
解：依题意，供热系数 19.690
160160273122=-+=-=T T T HP ε net
net HP P Q W Q 11==ε kW P Q net H P 19.6119.61=?=?=ε 7-24．压缩机出口氨的压力为1.0MPa ，温度为50℃，若按下述不同的过程膨胀到0.1MPa ，试求经膨胀后氨的温度为多少？
（1）绝热节流膨胀；
（2）可逆绝热膨胀。
℃
解：（1）绝热节流膨胀过程是等焓过程，从P-H 图上沿着等焓线可找到终态2为0.1MPa 温度为30℃。 （2）可逆绝热膨胀过程是等熵过程，同样沿着等熵线可找到终态2'为0.1MPa 时，温度为-33℃。
7-25. 某压缩制冷装置，用氨作为制冷剂，氨在蒸发器中的温度为－25℃，冷凝器内的压力为1180kPa ，假定氨进入压气机时为饱和蒸气，而离开冷凝器时是饱和液体，如果每小时的制冷量为167000kJ ，求 （1） 所需的氨流率；
（2） 制冷系数。
解：通过NH 3的ln P-H 图（附录9）可查到各状态点焓值。
按照题意，氨进入压缩机为饱和状态1，离开冷凝器为饱和状态3。
氨在蒸发器中的过程即4→1 h 1=1430KJ ·kg -1
h 2=1710KJ ·kg -1
氨在冷凝器中的过程即2→3，h 3=h 4=320KJ ·kg -1
（1）氨流率 15
4105.150320
14301067.1-?=-?=-==h kg h h Q q Q m L L （2）制冷系数 96.31430
171032014301241=--=--==h h h h w q S L ε
注：求解此类题目：关键在于首先确定各过程状态点的位置，然后在P-H 图或T —S 图上查到相应的焓（或温度、压力）值，进行计算。
7-26 有一制冷能力为0Q =41800kJ/h 的氨压缩机，在下列条件下工作：蒸发温度0t =－15℃,
冷凝温度k t =25℃，过冷温度t =20℃，压缩机吸入的是干饱和蒸气，试计算
（1） 单位质量的制冷能力；
（2） 每小时制冷剂循环量；
（3） 在冷凝器中制冷剂放出的热量；
（4） 压缩机的理论功率；
（5） 理论制冷系数。
解：状态点1为－15℃的干饱和蒸气，由氨的温熵查得h 1=1664kJ/kg 。由t 1=－
15℃饱和汽线上该状态点（沿等熵线垂直向上）与t=30℃对应的饱和压力p 3=10
×105Pa 线相交，查得h 2=1866kJ/kg 。状态点5为20℃的过冷液体，查20℃的
饱和液体得h 5=514.6kJ/kg 。因节流前后焓值不变，则h 4= h 5=514.6kJ/kg
（1） 单位质量的制冷能力为
q 0=h 1－h 4=1664－514.6=1149.4（kJ/kg ）
(2) 每小时制冷剂循环量为
141037.364
.114941800-?==-==h kg h h Q q Q m L L （3） 在冷凝器中制冷剂放出的热量为
Q H = m （h 5－h 2）= 36.37×（514.6－1866）=－49150.42（kJ/h ）
（4） 压缩机的理论功率为
P T =m （h 2－h 1）=36.37×（1866－1664）
=7346.74（kJ/h ）=2.04kJ/s=2.04kW
（5） 理论制冷系数
69.51664
18664.11491200=-=-===h h q w q w q S S L ε 7-27.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。
解：
（1） 从饱和水和饱和蒸气表(附录5)查得：蒸发器内5℃水的饱和蒸气压p 1=0.00872×
105Pa ，冷凝器的温度为32℃水的饱和压力p 2=0.0468×105Pa
（2） 本装置依靠5℃的冷水从室内吸热，从而升温至13℃来降低室温，故本装置的制冷
量为
Q 0=m 2（h 5－h 6）=m 2C P （T 5－T 6）
=750×4.184×（13－5）
=25104（kJ/min ）=1506240kJ/h
（3） 对蒸发器作质量衡算
m 1=m 3＋m 2 （1）
7-26题图1
对蒸发器再作能量衡算
m 1h 5=m 3h 1＋m 2h 6 （2）
联立方程（1）和（2）求得m 3，即为冷水循环所需的补充量
5
1653)(750h h h h m --= 从饱和水和饱和蒸气表查得
h 1（t=5℃，x=0.98）=2460kJ/kg ，h 5（t=13℃的饱和水）=54.（kJ/kg ）
因此
m 3=25104246054.6
-=10.48（kg/min ） （4） 从饱和水和饱和蒸气表查得：5℃时的饱和蒸气比容υg =147.12m 3/kg ；5℃时饱和水
的比容υf =0.001m 3/kg ，则干度为0.98的蒸气比容
υ=υg x ＋υf （1－x ）=147.12×0.98＋0.001×（1－0.98）=144.18（m 3/kg ）
最后得到每分钟进入压气机的蒸气体积为
V=m 3υ=10.48×144.18=1511（m 3/min ）
7-28.热泵是一个逆向运转的热机，可用来作为空气调节器，进行制冷或制热。设冬季运行时的室外温度（平均）为4℃，冷凝器（用于制热）平均温度为50℃。设夏季运行时的室外温度（平均）为35℃，蒸发器（用于制冷）平均温度为4℃，若要求制热（制冷）量为105kJ ·h -1，试求空调运行时最小理论功率各为多少？
解：最小理论功率即为卡诺循环（或逆卡诺循环）的功率。
冬季空调运行时，产生的热量即工质从冷凝器放出的热量，理想的放热温度即为50℃。依公式（7-37），有
夏季空调运行时，产生的冷量即工质从蒸发器吸收的热量，理想的吸热温度即为4℃。依公式（7-28），有 7-29冬天室内取暖用热泵。将R-134a 蒸汽压缩制冷机改为热泵，此时蒸发器在室外，冷凝器在室内。制冷机工作时可从室外大气环境中吸收热量L Q ，R -134a 蒸汽经压缩后在冷凝器中凝结为液体放出热量H Q ，供室内取暖。设蒸发器中R-134a 的温度为-10℃，冷凝器中R-134a 蒸气的冷凝温度为30℃，试求：（1）热泵的供热系数；（2）室内供热100 000 kJ ·h -1
2
221273507.022504
HPC S Q Q T W W T T ε+===
==--冷凝器510 3.967.0223600
W kW ==?11227348.935354
L
C S Q Q T W W T T ε+====='--蒸发器5
10 3.1136008.935
W kW '==?
时，用于带动热泵所需的理论功率；（3）当用电炉直接供热（热量仍为100 000 kJ ·h -1）时电炉的功率应为多少？
解：该过程的T-s 图如图7-29题图1所示。根据110t =-℃，由附录6查得：
1111110.771392.01p MPa h kJ kg kJ kg K ---==，，s =1.7309
330t =由℃查得：132340.77021241.80p p MPa h h kJ kg -====，
2210.77021p MPa s s ==由及，
从附录6内插得12419.64h kJ kg -=， （当11112220.7701 1.7131417.57p MPa s kJ kg K h kJ kg ---===，时，；
当11212220.80 1.7131420.53p MPa s kJ kg K h kJ kg ---===，时，。
做压力内插得12419.64h kJ kg -=），故
（1）以单位质量为基准计算, 依公式（7-36） 1223419.64241.80177.84()q h h kJ kg -=-=-=
121419.64392.0127.63()S w h h kJ kg -=-=-= (2) 依公式（7-36） 得，
（3）电炉的功率为：100000/360027.78()kW =
7-30.采用氟利昂12（R-12）作制冷剂的蒸汽压缩制冷装置，为了进行房屋取暖，将此制冷装置改用热泵，已知蒸发温度为15℃，冷凝器温度为50℃，冷凝器向房屋排放8.4×104
kJ ·h -1的热量，进入压缩机为饱和蒸汽，压缩机作绝热膨胀，压缩后温度为60℃，进入冷凝器被冷凝成饱和液体后进行节流阀。假定压缩后R-12的过热蒸汽可看作理想气体，其蒸气比热P C '为定值，P C '=0.684 k J ·k g -1·h -1，试求：（1）进入蒸发器的R-12的干度；（2）此热泵所消耗的功率；（3）如采用电炉直接供给相同的热量，电炉的功率为多少？
解：该过程的T-s 图如图7-30题图1所示。由附录10先确定各状态点的热力学参数 状态点1：115t =℃， 11110.491p MPa kJ kg K --=，s =0.6902，
111193.8h kJ kg K --=
状态点2：260t =℃，2 1.219p MPa =
状态点3：350t =℃，1331.219206.5p MPa h kJ kg -==，
7-29题图1
2177.84 6.4427.63
HP S q w ε===22HP S
S Q q
W w ε==21100000 4.32() 4.326.443600
S HP Q W kJ s kW ε-====?
1130.6797s kJ kg K --=
假定压缩后过热蒸汽为理想气体，P
C '为定值。
1120.7005s kJ kg K --=
23s s >，因此为不可逆绝热压缩。
14584.9h h kJ kg -==
（1）以单位质量为基准计算, 进入蒸发器的干度为5x
55555(1)sl sv h h x h x =-+
5584.950.1(1)193.8x x =?-+
50.242x =
(2) 此泵所消耗的功率
制冷剂的循环量
热泵所消耗的功率
（3）电炉的功率为：W '=48.410/360023.33()kW ?= )kg )kg K sv h sv s 193.8 0.6902 7-31. 动力-热泵联合体系工作于 C C 20100和之间，热机工作于C C 20100和之间。假
设热机热泵均为可逆的，试问C 100下供给单位热量所产生的工艺用热量（C 100下得到1224213.3484.9128.44()
q h h kJ kg -=-=-=2233ln P T s s C T '-=2233273.1560ln 0.67970.684ln 273.1550P T s s C T +'=+=++23231()206.50.684(333.15325.15)213.34P
h h C T T kJ kg -'=+-=+?-=4
1228.410654128.44
Q m kg h q -?===21()654(213.34193.8)/3600 3.55()
W m h h kW =-=?-=7-30题图1
的热量）是多少？
解： （1）热机：H
L H S C T T q w -==1η 单位热量：KJ q H 1= 故kJ T T w H L C S 7698.0127329311=-=-
==η （2）热泵：6625.420
100373=-=-=L H H HPC T T T ε 传热量：KJ w q S H PC 5892.37698.06625.42=?==ε
7-32. 用简单林德循环使空气液化。空气初温为17℃，节流膨胀前压力P 2为10MPa ，节流后压力P 1为0.1MPa ，空气流量为0.9m 3·h -1（按标准状态计）。求：（1）理想操作条件下空气液化率和每小时液化量；（2）若换热器热端温差为10℃，由外界传入的热量为3.3KJ ·kg -1，向对液化量的影响如何？空气的比热Cp 为1.0 kJ ·kg -1·K -1。
解： 简单的林德循环T —S 图如上表示：
对于空气从T —S 图上可查得各状态点的焓值
(1)理论液化量 06.0418
25424604354600121==--=--=h h h h x （kg 液体／kg 空气） 空气流量 1133132.40104.229.0----?=???=h mol mol
m h m m 液化量：17006.0292.40-?=??=?h g x m 理
（2）外界热量传入造成冷量损失q 冷损，
q 冷损=3.3KJ ·kg -1
换热器热端温差造成热交换损失q 温损，
q 温损=Cp ×ΔT =1.0×10=10KJ ·kg -1
实际液化量
10121028.042
4603.310435460-?=----=----=kg kg h h Q Q h h x 冷损温损实 实际液化量：16.32028.0292.40-?=??=?h g x m 实
7-20 某一理想Rankine 循环，锅炉的压力为4.0MPa ，冷凝器的压力为0.005MPa ，冷凝温度为32.56℃，求以下两种条件时，Rankine 循环的热效率与乏汽冷凝所放出的热量，并加以比较：（1）如果进入汽轮机的蒸汽是饱和蒸汽；（2）如果进入汽轮机的蒸汽是温度为440℃的过热蒸汽。要求将这两种蒸汽动力循环标示在T-S 图上。
解：
（1） 进入汽轮机的状态点 P1=4 MPa ，对应的饱和蒸汽温度T1=250.3326 ℃ H1= 2800.3384 kJ/kg S1= 6.068508 kJ/(kg.K)
乏汽 P2=0.005 MPa ，S2=S1=6.068508 kJ/(kg.K)，查得H2=1849.274902 kJ/kg
冷凝器出口饱和液体P3=0.005MPa, T=32.56℃，H3=137.772171 kJ/kg ，S3=0.476259 锅炉进水：S4=S3=0.476259，P4=4MPa ，T4=33.0℃，H4=141.784485
所以
锅炉吸热：Q41=H1-H4=2658.553915 kJ/kg
乏汽冷凝放热：Q32=H3-H2=137.772171-1849.274902=-1711.5 kJ/kg
汽轮机做功：Ws=H2-H1=1849.274902-2800.3384=-951.063 kJ/kg
离心泵做功：Wp=H4-H3=141.784485-137.772171=4.0123 kJ/kg 热力学效率41951.063+4.01230.35622658.553915
Ws Wp Q η+-=-=-= （2） 进入汽轮机蒸汽 P1=4MPa ，T1=440℃，所以
H1=3308.328857 kJ/kg ，S1=6.906941 kJ/(kg*K)
乏汽 P2=0.005MPa ，S2=S1=6.906941 kJ/(kg*K)，查得：H2=2105.876465 kJ/kg
冷凝器出口饱和液体P3=0.005MPa, T=32.56℃，H3=137.772171 kJ/kg ，S3=0.476259 锅炉进水：S4=S3=0.476259，P4=4MPa ，T4=33.0℃，H4=141.784485
所以
锅炉吸热：Q41=H1-H4=3308.328857-141.784485=3166.544 kJ/kg
乏汽冷凝放热：Q32=H3-H2=137.772171-2105.876465=-1968.1 kJ/kg
汽轮机做功：Ws=H2-H1=2105.876465-3308.328857=-1202.45 kJ/kg
离心泵做功：Wp=H4-H3=141.784485-137.772171=4.0123 kJ/kg
热力学效率411202.45 4.01230.37843166.544Ws Wp Q η+-+=-=-=
化工热力学详细答案
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化工热力学第二章作业解答 2.1试用下述三种方法计算673K ，4.053MPa 下甲烷气体的摩尔体积，（1）用理想气体方程；（2）用R-K 方程；（3）用普遍化关系式 解 （1）用理想气体方程（2-4） V ＝ RT P ＝68.314673 4.05310 ??＝1.381×10-3m 3·mol -1 （2）用R-K 方程（2-6） 从附录二查的甲烷的临界参数和偏心因子为 Tc ＝190.6K ，Pc ＝4.600Mpa ，ω＝0.008 将Tc ，Pc 值代入式（2-7a ）式（2-7b ） 2 2.50.42748c c R T a p ==2 2.5 6 0.42748(8.314)(190.6)4.610???＝3.224Pa ·m 6·K 0.5·mol -2 0.0867c c RT b p = =6 0.08678.314190.6 4.610 ???＝2.987×10-5 m 3·mol -1 将有关的已知值代入式（2-6） 4.053×106＝ 5 8.314673 2.98710 V -?-?－0.553.224(673)( 2.98710)V V -+? 迭代解得 V ＝1.390×10-3 m 3·mol -1 (注：用式2-22和式2-25迭代得Z 然后用PV=ZRT 求V 也可) （3）用普遍化关系式 673 3.53190.6 r T T Tc === 664.053100.8814.610r P P Pc ?===? 因为该状态点落在图2-9曲线上方，故采用普遍化第二维里系数法。 由式（2-44a ）、式（2-44b ）求出B 0和B 1 B 0＝0.083－0.422/Tr 1.6＝0.083-0.422/(3.53)1.6＝0.0269 B 1＝0.139－0.172/Tr 4.2＝0.139－0.172/(3.53)4.2＝0.138 代入式（2-43） 010.02690.0080.1380.0281BPc B B RTc ω=+=+?= 由式（2-42）得 Pr 0.881110.0281 1.0073.53BPc Z RTc Tr ???? =+=+?= ??? ???? V ＝1.390×10-3 m 3·mol -1 2.2试分别用（1）Van der Waals,（2）R-K ，（3）S-R-K 方程计算27 3.15K 时将CO 2压缩到比体积为 550.1cm 3·mol － 1所需要的压力。实验值为3.090MPa 。 解： 从附录二查得CO 2得临界参数和偏心因子为
化工热力学答案课后总习题答案详解
化工热力学答案_课后总习题答案详解 第二章习题解答 一、问答题： 2-1为什么要研究流体的pVT 关系？ 【参考答案】：流体p-V-T 关系是化工热力学的基石，是化工过程开发和设计、安全操作和科学研究必不可少的基础数据。（1）流体的PVT 关系可以直接用于设计。（2）利用可测的热力学性质（T ，P ，V 等）计算不可测的热力学性质（H ，S ，G ，等）。只要有了p-V-T 关系加上理想气体的id p C ，可以解决化工热力学的大多数问题。 2-2在p -V 图上指出超临界萃取技术所处的区域，以及该区域的特征；同时指出其它重要的点、线、面以及它们的特征。 【参考答案】：1）超临界流体区的特征是：T >T c 、p >p c 。 2）临界点C 的数学特征： 3）饱和液相线是不同压力下产生第一个气泡的那个点的连线； 4）饱和汽相线是不同压力下产生第一个液滴点（或露点）那个点的连线。 5）过冷液体区的特征：给定压力下液体的温度低于该压力下的泡点温度。 6）过热蒸气区的特征：给定压力下蒸气的温度高于该压力下的露点温度。 7）汽液共存区：在此区域温度压力保持不变，只有体积在变化。 2-3 要满足什么条件，气体才能液化？ 【参考答案】：气体只有在低于T c 条件下才能被液化。 2-4 不同气体在相同温度压力下，偏离理想气体的程度是否相同？你认为哪些是决定偏离理想气体程度的最本质因素？ 【参考答案】：不同。真实气体偏离理想气体程度不仅与T 、p 有关，而且与每个气体的临界特性有 ()() () () 点在点在C V P C V P T T 00 2 2 ==?? ?
关，即最本质的因素是对比温度、对比压力以及偏心因子r T ，r P 和ω。 2-5 偏心因子的概念是什么？为什么要提出这个概念？它可以直接测量吗？ 【参考答案】：偏心因子ω为两个分子间的相互作用力偏离分子中心之间的作用力的程度。其物理意义为：一般流体与球形非极性简单流体（氩，氪、氙）在形状和极性方面的偏心度。为了提高计算复杂分子压缩因子的准确度。 偏心因子不可以直接测量。偏心因子ω的定义为：000.1)p lg(7.0T s r r --==ω ， ω由测定的对比温度为0.7时的对比饱和压力的数据计算而得，并不能直接测量。 2-6 什么是状态方程的普遍化方法？普遍化方法有哪些类型？ 【参考答案】：所谓状态方程的普遍化方法是指方程中不含有物性常数a ，b ，而是以对比参数作为独立变量；普遍化状态方程可用于任何流体、任意条件下的PVT 性质的计算。普遍化方法有两种类型：（1）以压缩因子的多项式表示的普遍化关系式 (普遍化压缩因子图法)；（2）以两项virial 方程表示的普遍化第二virial 系数关系式(普遍化virial 系数法) 2-7简述三参数对应状态原理与两参数对应状态原理的区别。 【参考答案】：三参数对应状态原理与两参数对应状态原理的区别在于为了提高对比态原理的精度，引入了第三参数如偏心因子ω。三参数对应态原理为：在相同的 r T 和r p 下，具有相同ω值的所有 流体具有相同的压缩因子Z ，因此它们偏离理想气体的程度相同，即),P ,T (f Z r r ω=。而两参数对应状态原理为：在相同对比温度r T 、对比压力 r p 下，不同气体的对比摩尔体积r V （或压缩因子z ） 是近似相等的，即(,) r r Z T P =。三参数对应状态原理比两参数对应状态原理精度高得多。 2-8总结纯气体和纯液体pVT 计算的异同。 【参考答案】： 由于范德华方程（vdW 方程）最 大突破在于能同时计算汽、液两相性质，因此，理论上讲，采用基于vdW 方程的立方型状态方程能同时将纯气体和纯液体的性质计算出来（最小值是饱和液体摩尔体积、最大值是饱和气体摩尔体积），但事实上计算的纯气体性质误差较小，而纯液体的误差较大。因此，液体的p-V-T 关系往往采用专门计算液体体积的公式计算，如修正Rackett 方程，它与立方型状态方程相比，既简单精度又高。 2-9如何理解混合规则？为什么要提出这个概念？有哪些类型的混合规则？ 【参考答案】：对于混合气体，只要把混合物看成一个虚拟的纯物质，算出虚拟的特征参数，如Tr ，
化工热力学复习总结材料
第一章、绪论 一、化工热力学的目的和任务 通过一定的理论方法，从容易测量的性质推测难测量的性质、从有限的实验数据获得更系统的物性的信息具有重要的理论和实际意义。 化工热力学就是运用经典热力学的原理，结合反映系统特征的模型，解决工业过程（特别是化工过程）中热力学性质的计算和预测、相平衡和化学平衡计算、能量的有效利用等实际问题。 二、1-2化工热力学与物理化学的关系 化工热力学与物理化学关系密切，物理化学的热力学部分已经介绍了经典热力学的基本原理和理想系统（如理想气体和理想溶液等）的模型，化工热力学将在此基础上，将重点转移到更接近实际的系统。 三、热力学性质计算的一般方法 (1)基于相律分析系统的独立变量和从属变量； (2)由经典热力学原理得到普遍化关系式。特别是将热力学性质与能容易测量的p、V、T及组成性质和理想气体等压热容联系起来； (3)引入表达系统特性的模型，如状态方程或活度系数； (4)数学求解。 第2章流体的P-V-T关系 1.掌握状态方程式和用三参数对应态原理计算PVT性质的方法。 2.了解偏心因子的概念，掌握有关图表及计算方法。 1.状态方程：在题意要求时使用该法。 ①范德华方程：常用于公式证明和推导中。 ②R—K 方程： ③维里方程： 2.普遍化法：使用条件：在不清楚用何种状态方程的情况下使用。 三参数法： ①普遍化压缩因子法 ②普遍化第二维里系数法 3、Redlich-Kwong（RK）方程 3、Soave（SRK）方程
4、Peng-Robinson （PR ）方程 () 22 a 0.45724c r c R T T P α= 0.0778 c c RT b P = §2-5高次型状态方程 5、virial 方程 virial 方程分为密度 型： 和压力型： 第3章 纯物质的热力学性质 1、热力学性质间的关系 dU TdS pdV =- H=U+PV dH TdS Vdp =+ A=U-TS dA SdT pdV =-- G=H-TS dG SdT Vdp =-+ Maxwell 关系式 S V T P V S ?????? =- ? ??????? S P T V P S ?????? = ? ??????? V T P S T V ??????= ? ??????? P T V S T P ?????? =- ? ??????? 转换公式： 1Z X Y X Y Z Y Z X ??????? ??=- ? ? ?????????? 3.2计算H ?和S ?的方法 1.状态方程法： P P V dH C dT V T dP T ?? ???=+- ???????? P P C V dS dT dP T T ???=- ???? 2.剩余性质法： ①普遍化压缩因子图 ()()0 1 R R R T C C C H H H RT RT RT ω =+ ()()0 1 R R R T S S S R R R ω = +
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【最新整理，下载后即可编辑】 化工热力学第二章作业解答 2.1试用下述三种方法计算673K ，4.053MPa 下甲烷气体的摩尔体积，（1）用理想气体方程；（2）用R-K 方程；（3）用普遍化关系式 解 （1）用理想气体方程（2-4） V ＝ RT P ＝ 6 8.314673 4.05310 ??＝1.381×10-3m 3·mol -1 （2）用R-K 方程（2-6） 从附录二查的甲烷的临界参数和偏心因子为 Tc ＝190.6K ，Pc ＝4.600Mpa ，ω＝0.008 将Tc ，Pc 值代入式（2-7a ）式（2-7b ） 2 2.50.42748c c R T a p ==2 2.56 0.42748(8.314)(190.6)4.610???＝3.224Pa ·m 6·K 0.5·mol -2 0.0867c c RT b p ==6 0.08678.314190.64.610 ???＝2.987×10-5 m 3·mol -1 将有关的已知值代入式（2-6） 4.053×106＝ 5 8.314673 2.98710V -?-?－ 0.553.224 (673)( 2.98710) V V -+? 迭代解得 V ＝1.390×10-3 m 3·mol -1 (注：用式2-22和式2-25迭代得Z 然后用PV=ZRT 求V 也可) （3）用普遍化关系式 673 3.53190.6 r T T Tc === 6 6 4.053100.8814.610r P P Pc ?===? 因为该状态点落在图2-9曲线上方，故采用普遍化第二维里系数法。 由式（2-44a ）、式（2-44b ）求出B 0和B 1 B 0＝0.083－0.422/Tr 1.6＝0.083-0.422/(3.53)1.6＝0.0269 B 1＝0.139－0.172/Tr 4.2＝0.139－0.172/(3.53)4.2＝0.138 代入式（2-43） 010.02690.0080.1380.0281BPc B B RTc ω=+=+?= 由式（2-42）得 Pr 0.881110.0281 1.0073.53BPc Z RTc Tr ???? =+=+?= ??? ???? V ＝1.390×10-3 m 3·mol -1
化工热力学习题集(附标准答案)
化工热力学习题集(附标准答案)
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模拟题一 一．单项选择题（每题1分，共20分） 本大题解答（用A 或B 或C 或D ）请填入下表： 1. T 温度下的纯物质，当压力低于该温度下的饱和蒸汽压时，则气体的状态为（C ） A. 饱和蒸汽 B. 超临界流体 C. 过热蒸汽 2. T 温度下的过冷纯液体的压力P （ A ） A. >()T P s B. <()T P s C. =()T P s 3. T 温度下的过热纯蒸汽的压力P （ B ） A. >()T P s B. <()T P s C. =()T P s 4. 纯物质的第二virial 系数B （ A ） A 仅是T 的函数 B 是T 和P 的函数 C 是T 和V 的函数 D 是任何两强度性质的函数 5. 能表达流体在临界点的P-V 等温线的正确趋势的virial 方程，必须至少用到（ ） A. 第三virial 系数 B. 第二virial 系数 C. 无穷项 D. 只需要理想气体方程 6. 液化石油气的主要成分是（ A ） A. 丙烷、丁烷和少量的戊烷 B. 甲烷、乙烷 C. 正己烷 7. 立方型状态方程计算V 时如果出现三个根，则最大的根表示（ B ） A. 饱和液摩尔体积 B. 饱和汽摩尔体积 C. 无物理意义 8. 偏心因子的定义式（ A ） A. 0.7lg()1 s r Tr P ω==-- B. 0.8lg()1 s r Tr P ω==-- C. 1.0lg()s r Tr P ω==- 9. 设Z 为x ，y 的连续函数，，根据欧拉连锁式，有（ B ） A. 1x y z Z Z x x y y ???? ?????=- ? ? ?????????? B. 1y x Z Z x y x y Z ????????? =- ? ? ?????????? C. 1y x Z Z x y x y Z ????????? = ? ? ?????????? D. 1y Z x Z y y x x Z ????????? =- ? ? ?????????? 10. 关于偏离函数M R ，理想性质M *，下列公式正确的是（ C ） A. *R M M M =+ B. *2R M M M =- C. *R M M M =- D. *R M M M =+ 11. 下面的说法中不正确的是 ( B ) （A ）纯物质无偏摩尔量 。 （B ）任何偏摩尔性质都是T ，P 的函数。 （C ）偏摩尔性质是强度性质。（D ）强度性质无偏摩尔量 。 12. 关于逸度的下列说法中不正确的是 ( D ) （A ）逸度可称为“校正压力” 。 （B ）逸度可称为“有效压力” 。 （C ）逸度表达了真实气体对理想气体的偏差 。 （D ）逸度可代替压力，使真实气体 的状态方程变为fv=nRT 。 （E ）逸度就是物质从系统中逃逸趋势的量度。 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 题号 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 答案
《化工热力学》课程标准
《化工热力学》课程标准 英文名称：Chemical Engineering Thermodynamics 课程编号： 适用专业：应用化学本科学分数：2 一、课程性质 所属一级学科——化学工程，二级学科——化学工程基础学科。 《化工热力学》是应用化学专业的重要专业方向课程。该课程包括化工基础理论，热力学案例分析、化工节能创新等化工技能，是化工类专业教学体系和人才培养体系中比较重要的专业课。 先修课程为《高等数学》、《物理化学》、《化工原理》等。 二、课程理念 1、该课程是化学工程的精髓 《化工热力学》课程属于工学学科门类下化学工程学科，是化工过程研究、开发和设计的理论基础，在科研和生产领域具有不可缺少的地位。它是从化学工程的角度，分析并给出化工过程经历的实质性变化，在原理和计算方法上指导各种化工过程的进行和优化。 该课程是应用化学专业的重要专业方向课程，是化学工程的精髓，是所有单元操作的基础，是《化工原理》、《反应工程》、《化工分离过程》等课程的基础和指导。 该课程在化学化工类人才培养中起着重要的承前启后、由基础到专业的桥梁作用，是化工类人才持续深造和研究开发必须打好的知识功底。 2、理论与工程应用相结合，培养学生的工程与开发能力 该课程定位为工程学科专业方向课，故在培养学生科学素质的同时，始终强调工程能力的培养，将化工热力学理论，模型与工程应用融为一体，旨在培养学生能够应用和建立热力学模型解决化学工程和工艺开发中的问题。 3、砸实热力学知识，培养学生扎实的学习能力和创造能力 该课程是以化工热力学、工程热力学和统计热力学为学科基础，以计算机及其技术为工具，培养学生从热力学角度分析解决现代化工技术的复杂工程问题。为了培养创新型高素质人才，既要给学生以干粮——扎实的热力学知识，又要给学生以猎枪——获取和创造知识的能力。 4、重视过程与动态评价 采用平时表现与考试成绩相结合的评价理念。学生在完成课后作业、课堂讨论、口试等内容和环节后，获得参加考试资格。知识和能力之间应树立一种内在联系，多看重教学过程中学生的参与程度和提高程度，不把期末考试作为教学评价的唯一标准，坚持“过程评价”和“动态评价”。 三、课程目标 总目标： 通过介绍化工热力学的起源、现状和发展，使学生了解热力学在化工过程中的主要实际应用；引导学生构建化工热力学课程的知识网络，使学生掌握化工热力学的基本概念和基本原理，利用化工热力学的方法对化工中物系的热力学性质和其它化工物性进行关联及推算，利用化工热力学的原理和模型进行化工过程能量、相平衡分析和研究；训练学生理论联系实际的思维，使学生具备利用热力学知识分析解决化工领域中有关实际问题的初步能力，形成基本知识扎实、应用能力突出的专业素养。 分目标：
化工热力学习题集(附答案)
模拟题一 1. T 温度下的纯物质，当压力低于该温度下的饱和蒸汽压时，则气体的状态为（ c ） A. 饱和蒸汽 B. 超临界流体 C. 过热蒸汽 2. T 温度下的过冷纯液体的压力P （ a ） A. >()T P s B. <()T P s C. =()T P s 3. T 温度下的过热纯蒸汽的压力P （ b ） A. >()T P s B. <()T P s C. =()T P s 4. 纯物质的第二virial 系数B （ a ） A 仅是T 的函数 B 是T 和P 的函数 C 是T 和V 的函数 D 是任何两强度性质的函数 5. 能表达流体在临界点的P-V 等温线的正确趋势的virial 方程，必须至少用到（ a ） A. 第三virial 系数 B. 第二virial 系数 C. 无穷项 D. 只需要理想气体方程 6. 液化石油气的主要成分是（ a ） A. 丙烷、丁烷和少量的戊烷 B. 甲烷、乙烷 C. 正己烷 7. 立方型状态方程计算V 时如果出现三个根，则最大的根表示（ ） A. 饱和液摩尔体积 B. 饱和汽摩尔体积 C. 无物理意义 8. 偏心因子的定义式（ ） A. 0.7lg()1s r Tr P ω==-- B. 0.8lg()1s r Tr P ω==-- C. 1.0lg()s r Tr P ω==- 9. 设Z 为x ，y 的连续函数，，根据欧拉连锁式，有（ ） A. 1x y z Z Z x x y y ?????????=- ? ? ?????????? B. 1y x Z Z x y x y Z ?????????=- ? ? ?????????? C. 1y x Z Z x y x y Z ?????????= ? ? ?????????? D. 1y Z x Z y y x x Z ?????????=- ? ? ?????????? 10. 关于偏离函数M R ，理想性质M *，下列公式正确的是（ ） A. *R M M M =+ B. *2R M M M =- C. *R M M M =- D. *R M M M =+ 11. 下面的说法中不正确的是 ( ) （A ）纯物质无偏摩尔量 。 （B ）任何偏摩尔性质都是T ，P 的函数。
化工热力学复习题及答案
第1章 绪言 一、是否题 1. 孤立体系的热力学能和熵都是一定值。(错。G S H U ??=?=?,,0,0但和 0不一定等于A ?，如一体积等于2V 的绝热刚性容器，被一理想的隔板一分为二，左侧状 态是T ，P 的理想气体，右侧是T 温度的真空。当隔板抽去后，由于Q ＝W ＝0， 0=U ?，0=T ?，0=H ?，故体系将在T ，2V ，0.5P 状态下达到平衡，()2ln 5.0ln R P P R S =-=?，2ln RT S T H G -=-=???，2ln RT S T U A -=-=???） 2. 封闭体系的体积为一常数。（错） 3. 理想气体的焓和热容仅是温度的函数。（对） 4. 理想气体的熵和吉氏函数仅是温度的函数。（错。还与压力或摩尔体积有关。） 5. 封闭体系的1mol 气体进行了某一过程，其体积总是变化着的，但是初态和终态的体积相等， 初态和终态的温度分别为T 1和T 2，则该过程的? =2 1 T T V dT C U ?；同样，对于初、终态压力相 等的过程有? =2 1 T T P dT C H ?。（对。状态函数的变化仅决定于初、终态与途径无关。） 6. 自变量与独立变量是一致的，从属变量与函数是一致的。（错。有时可能不一致） 三、填空题 1. 状态函数的特点是：状态函数的变化与途径无关，仅决定于初、终态 。 2. 单相区的纯物质和定组成混合物的自由度数目分别是 2 和 2 。 3. 1MPa=106Pa=10bar=9.8692atm=7500.62mmHg 。 4. 1kJ=1000J=238.10cal=9869.2atm cm 3=10000bar cm 3=1000Pa m 3。 5. 普适气体常数R =8.314MPa cm 3 mol -1 K -1=83.14bar cm 3 mol -1 K -1=8.314 J mol -1 K -1 =1.980cal mol -1 K -1。 第2章Ｐ－Ｖ－Ｔ关系和状态方程 一、是否题 1. 纯物质由蒸汽变成液体，必须经过冷凝的相变化过程。（错。可以通过超临界流体区。） 2. 当压力大于临界压力时，纯物质就以液态存在。（错。若温度也大于临界温度时，则是超临 界流体。） 3. 纯物质的饱和液体的摩尔体积随着温度升高而增大，饱和蒸汽的摩尔体积随着温度的升高而减小。（对。则纯物质的P －V 相图上的饱和汽体系和饱和液体系曲线可知。） 4. 纯物质的三相点随着所处的压力或温度的不同而改变。（错。纯物质的三相平衡时，体系自 由度是零，体系的状态已经确定。）
化工热力学作业答案
一、试计算一个125cm 3的刚性容器，在50℃和18.745MPa 的条件下能贮存甲烷多少克（实验值是17克）？分别比较理想气体方程、三参数对应态原理和PR 方程的结果。 解：查出T c =190.58K,P c =4.604MPa,ω=0.011 (1) 利用理想气体状态方程nRT PV = g m RT PV n 14872.0=?== (2) 三参数对应态原理 查表得 Z 0=0.8846 Z 1=0.2562 (3) PR 方程利用软件计算得g m n mol cm V 3.1602.1/7268.1223=?=?= 二、用virial 方程估算0.5MPa ，373.15K 时的等摩尔甲烷（1）-乙烷（2）-戊烷（3）混合物的摩尔体积(实验值5975cm 3mol -1)。已知373.15K 时的virial 系数如下（单位：cm 3 mol -1）， 399,122,75,621,241,20231312332211-=-=-=-=-=-=B B B B B B 。 解：混合物的virial 系数是 44 .2309 399 212227526212412022231 132332122132 3222121313 1 -=?-?-?----= +++++==∑∑==B y y B y y B y y B y B y B y B y y B ij i j j i 298.597444.2305.0/15.373314.8/=-?=+=B P RT V cm 3 mol -1 三、(1) 在一定的温度和常压下，二元溶液中的组分1的偏摩尔焓如服从下式2 211 x H H α+=，并已知纯组分的焓是H 1，H 2，试求出H 2和H 表达式。 解： ()112221 2 2121121222dx x dx x x x dx dx H d x x H d x x H d αα-=-=???? ??-=- =得 2122x H H α+= 同样有2211 x H H α+= 所以 212211x x x H x H H x H i i α++==∑ ()()1,,o r r r r Z Z P T Z P T ω=+323.1518.745 1.696 4.071190.58 4.604r r T P = ===0.88640.0110.25620.8892Z =+?=30.88928.314323.15127.4/18.745 ZRT V cm mol P ??= ==1250.9812127.4t V n mol V ===15.7m g =
化工热力学第一章 习题解答
第一章习题解答 一、问答题： 1-1化工热力学与哪些学科相邻？化工热力学与物理化学中的化学热力学有哪些异同点？ 【参考答案】：高等数学、物理化学是化工热力学的基础，而化工热力学又是《化工原理》、《化工设计》、《反应工程》、《化工分离过程》等课程的基础和指导。化工热力学是以化学热力学和工程热力学为基础。化工热力学与化学热力学的共同点为：两者都是利用热力学第一、第二定律解决问题；区别在于：化学热力学的处理对象是理想气体、理想溶液、封闭体系；而化工热力学面对的是实际气体、实际溶液、流动体系，因此化工热力学要比化学热力学要复杂得多。 1-2化工热力学在化学工程与工艺专业知识构成中居于什么位置？ 【参考答案】：化工热力学与其它化学工程分支学科间的关系如下图所示，可以看出，化工热力学在化学工程中有极其重要的作用。 1-3化工热力学有些什么实际应用？请举例说明。 【参考答案】： ①确定化学反应发生的可能性及其方向，确定反应平衡条件和平衡时体系的状态。（可行性分析）
②描述能量转换的规律，确定某种能量向目标能量转换的最大效率。（能量有效利用） ③描述物态变化的规律和状态性质。 ④确定相变发生的可能性及其方向，确定相平衡条件和相平衡时体系的状态。 ⑤通过模拟计算，得到最优操作条件，代替耗费巨大的中间试验。 化工热力学最直接的应用就是精馏塔的设计：1）汽液平衡线是确定精馏塔理论板数的依据，可以说没有化工热力学的汽液平衡数据就没有精馏塔的设计；2）精馏塔再沸器提供的热量离不开化工热力学的焓的数据。由此可见，化工热力学在既涉及到相平衡问题又涉及到能量有效利用的分离过程中有着举足轻重的作用。 1-4化工热力学能为目前全世界提倡的“节能减排”做些什么？ 【参考答案】：化工热力学是化学工程的一个重要分支，它的最根本任务就是利用热力学第一、第二定律给出物质和能量的最大利用极限，有效地降低生产能耗，减少污染。因此毫不夸张地说：化工热力学就是为节能减排而生的！ 1-5化工热力学的研究特点是什么？ 【参考答案】：化工热力学的研究特点： (1)从局部的实验数据加半经验模型来推算系统完整的信息； (2)从常温常压的物性数据来推算苛刻条件下的性质； (3)从容易获得的物性数据（p、V、T、x）来推算较难测定或不可测试 的数据（y，H，S，G）； (4)从纯物质的性质利用混合规则求取混合物的性质； (5)以理想态为标准态加上校正，求取真实物质的性质。 其中最大的特点是将实际过程变成理想模型加校正的处理问题方法。
化工热力学(第三版)陈钟秀课后习题答案
第二章 2-1.使用下述方法计算1kmol 甲烷贮存在体积为0.1246m 3、温度为50℃的容器中产生的压力：（1）理想气体方程；（2）R-K 方程；（3）普遍化关系式。 解：甲烷的摩尔体积V =0.1246 m 3/1kmol=124.6 cm 3/mol 查附录二得甲烷的临界参数：T c =190.6K P c =4.600MPa V c =99 cm 3/mol ω=0.008 (1) 理想气体方程 P=RT/V=8.314×323.15/124.6×10-6=21.56MPa (2) R-K 方程 22.5 22.5 6 0.52 6 8.314190.60.427480.42748 3.2224.610 c c R T a Pa m K mol P - ?== =???? 531 68.314190.60.08664 0.08664 2.985104.610 c c RT b m mol P --?===??? ∴() 0.5RT a P V b T V V b = --+ ()()50.555 8.314323.15 3.222 12.46 2.98510323.1512.461012.46 2.98510---?= - -???+? =19.04MPa (3) 普遍化关系式 323.15190.6 1.695r c T T T === 124.699 1.259r c V V V ===＜2 ∴利用普压法计算，01Z Z Z ω=+ ∵ c r ZRT P P P V = = ∴ c r PV Z P RT = 65 4.61012.46100.21338.314323.15 c r r r PV Z P P P RT -???===? 迭代：令Z 0=1→P r0=4.687 又Tr=1.695，查附录三得：Z 0=0.8938 Z 1=0.4623 01Z Z Z ω=+=0.8938+0.008×0.4623=0.8975 此时，P=P c P r =4.6×4.687=21.56MPa 同理，取Z 1=0.8975 依上述过程计算，直至计算出的相邻的两个Z 值相差很小，迭代结束，得Z 和P 的值。 ∴ P=19.22MPa 2-2.分别使用理想气体方程和Pitzer 普遍化关系式计算510K 、2.5MPa 正丁烷的摩尔体积。已知实验值为1480.7cm 3/mol 。 解：查附录二得正丁烷的临界参数：T c =425.2K P c =3.800MPa V c =99 cm 3/mol ω=0.193
化工热力学
天津市高等教育自学考试课程考试大纲 课程名称：化工热力学课程代码：0708 第一部分课程性质与目标 一、课程性质与特点化工热力学是高等教育自学考试化学工程专业所开设的专业基础课程之一。它是化学工程学的一个重要分支，也是化工过程研究、开发与设计的理论基础。本课程系统地介绍了将热力学原理应用于化学工程技术领域的研究方法。它以热力学第一、第二定律为基础，研究化工过程中各种能量的相互转化及其有效利用，深刻阐述了各种物理和化学变化过程达到平衡的理论极限、条件和状态。它是一门理论性与应用性均较强的课程。 二、课程目标与基本要求 设置本课程，为了使考生能够掌握化工热力学的基本概念、理论和专业知识；能利用化工热力学的原理和模型对化工中涉及到的化学反应平衡原理、相平衡原理等进行分析和研究；能利用化工热力学的方法对化工中涉及的物系的热力学性质和其它化工物性进行关联和推算；并学会利用化工热力学的基本理论对化工中能量进行分析等。 通过本课程学习，要求考生： 1、正确理解化工热力学的有关基本概念和理论； 2、理解各个概念之间的联系和应用； 3、掌握化工热力学的基本计算方法； 4、能理论联系实际，灵活分析和解决实际化工生产和设计中的有关问题。 三、与本专业其它课程的关系化工热力学是化工类专业必修的专业基础课程，它与化学工程专业的许多其它课程有着十分密切的关系。物理化学是本课程的基础，同时本课程又是化工原理、化工设计、反应工程、化工分离过程等课程的基础和指导。 第二部分考核内容与考核目标 第一章绪论 一、学习目的与要求通过本章学习，正确认识“热”的概念及人们对于“热”的认识发展过程；了解化工热力学的主要内容及研究方法。 二、考核知识点与考核目标 （一）什么是“热” （一般）识记：人们对于“热”的几种认识；“热”概念的发展过程 （二）化工热力学的主要内容（次重点）识记：化工热力学的主要内容理解：“化工热力学”与“物理化学”的主要区别 （三）化工热力学的研究方法（一般）识记：化工热力学的研究方法有经典热力学方法和分子热力学方法。 第二章流体的p－V－T 关系 、学习目的与要求 通过本章的学习，能熟练掌握流体（特别是气体）的各种类型的p、V、T 关系（包括 状态方程法和对应状态法）及其应用、优缺点和应用范围。 二、考核知识点与考核目标 （一）维里方程（重点）理解：维里方程的几种形式维里系数的物理意义应用：二阶舍项的维里方
化工热力学课后作业答案(学生版)
习题 第1章 绪言 一、是否题 1. 孤立体系的热力学能和熵都是一定值。(错。G S H U ??=?=?,,0,0但和 0不一定等于A ?，如一体积等于2V 的绝热刚性容器，被一理想的隔板一分为二，左侧 状态是T ，P 的理想气体，右侧是T 温度的真空。当隔板抽去后，由于Q ＝W ＝0，0=U ?，0=T ?，0=H ?， 故体系将在T ，2V ，0.5P 状态下达到平衡，()2ln 5.0ln R P P R S =-=?，2ln RT S T H G -=-=???，2ln RT S T U A -=-=???） 2. 封闭体系的体积为一常数。（错） 3. 封闭体系中有两个相βα,。在尚未达到平衡时，βα,两个相都是均相敞开体系； 达到平衡时，则βα,两个相都等价于均相封闭体系。（对） 4. 理想气体的焓和热容仅是温度的函数。（对） 5. 理想气体的熵和吉氏函数仅是温度的函数。（错。还与压力或摩尔体积有关。） 6. 要确定物质在单相区的状态需要指定两个强度性质，但是状态方程 P=P (T ，V )的自变量 中只有一个强度性质，所以，这与相律有矛盾。（错。V 也是强度性质） 7. 封闭体系的1mol 气体进行了某一过程，其体积总是变化着的，但是初态和终态的体积相 等，初态和终态的温度分别为T 1和T 2，则该过程的? =2 1 T T V dT C U ?；同样，对于初、终态 压力相等的过程有? =2 1 T T P dT C H ?。（对。状态函数的变化仅决定于初、终态与途径无关。） 8. 描述封闭体系中理想气体绝热可逆途径的方程是γ γ) 1(1212-??? ? ??=P P T T （其中ig V ig P C C =γ）， 而一位学生认为这是状态函数间的关系，与途径无关，所以不需要可逆的条件。(错。) 9. 自变量与独立变量是一致的，从属变量与函数是一致的。（错。有时可能不一致） 10. 自变量与独立变量是不可能相同的。（错。有时可以一致） 三、填空题 1. 状态函数的特点是：状态函数的变化与途径无关，仅决定于初、终态 。 2. 单相区的纯物质和定组成混合物的自由度数目分别是 2 和 2 。
化工热力学习题标准答案-第一至五、第七章
化工热力学习题答案-第一至五、第七章
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第一章 绪论 一、选择题(共3小题，3分) 1、(1分)关于化工热力学用途的下列说法中不正确的是（ ） A.可以判断新工艺、新方法的可行性。 B.优化工艺过程。 C.预测反应的速率。 D.通过热力学模型，用易测得数据推算难测数据；用少量实验数据推算大量有用数据。 E.相平衡数据是分离技术及分离设备开发、设计的理论基础。 2、(1分)关于化工热力学研究特点的下列说法中不正确的是（ ） （A ）研究体系为实际状态。 （B ）解释微观本质及其产生某种现象的内部原因。 （C ）处理方法为以理想态为标准态加上校正。 （D ）获取数据的方法为少量实验数据加半经验模型。 （E ）应用领域是解决工厂中的能量利用和平衡问题。 3、(1分)关于化工热力学研究内容，下列说法中不正确的是（ ） A.判断新工艺的可行性。 B.化工过程能量分析。 C.反应速率预测。 D.相平衡研究 参考答案 一、选择题(共3小题，3分) 1、(1分)C 2、(1分)B 3、(1分)C 第二章 流体的PVT 关系 一、选择题(共17小题，17分) 1、(1分)纯流体在一定温度下，如压力低于该温度下的饱和蒸汽压，则此物质的状态为（ ）。 A ．饱和蒸汽 B.饱和液体 C ．过冷液体 D.过热蒸汽 2、(1分)超临界流体是下列 条件下存在的物质。 A.高于T c 和高于P c B.临界温度和临界压力下 C.低于T c 和高于P c D.高于T c 和低于P c 3、(1分)对单原子气体和甲烷，其偏心因子ω，近似等于 。 A. 0 B. 1 C. 2 D. 3 4、(1分)0.1Mpa ,400K 的2N 1kmol 体积约为__________ A 3326L B 332.6L C 3.326L D 33.263 m 5、(1分)下列气体通用常数R 的数值和单位，正确的是__________ A K kmol m Pa ???/10314.83 3 B 1.987cal/kmol K
(精选)化工热力学复习题及答案
《化工热力学》课程模拟考试试卷 A 开课学院：化工学院，专业：材料化学工程 考试形式： ，所需时间： 分钟 考生姓名： 学号： 班级： 任课教师： 题对的写T ，错的写F) 1．理想气体的压缩因子1Z =，但由于分子间相互作用力的存在，实际气体的压缩因子 。 (A) 小于1 (B) 大于1 (C) 可能小于1也可能大于1 (D) 说不清楚 2．甲烷c 4.599MPa p =，处在r 0.3p =时，甲烷的压力为 。 (A) 15.33MPa (B) 2.7594 MPa ； (C) 1.3797 MPa (D) 1.1746 MPa 3．关于建立状态方程的作用，以下叙述不正确的是 。 (A) 可以解决由于实验的p -V -T 数据有限无法全面了解流体p -V -T 行为的问题。 (B) 可以解决实验的p -V -T 数据精确度不高的问题。 (C) 可以从容易获得的物性数据(p 、V 、T 、x )来推算较难测定的数据(H ，U ，S ， G )。 (D) 可以解决由于p -V -T 数据离散不便于求导和积分，无法获得数据点以外的 p -V -T 的问题。 4．对于流体混合物，下面式子错误的是 。 (A) lim i i i x M M ∞→=(B)i i i H U pV =+ (C) 理想溶液的i i V V =，i i U U = (D) 理想溶液的i i S S =，i i G G = 5．剩余性质R M 的概念是表示什么差别的 。 (A) 真实溶液与理想溶液 (B) 理想气体与真实气体 (C) 浓度与活度 (D) 压力与逸度 6．纯物质在临界点处的状态，通常都是 。 (A) 气体状态 (B) 液体状态 (C) 固体状态 (D) 气液不分状态
化工热力学课后部分习题答案
2－3．偏心因子的概念是什么？为什么要提出这个概念？它可以直接测量吗？ 答：纯物质的偏心因子ω是根据物质的蒸气压来定义的。实验发现，纯态流体对比饱和蒸气压的对数与对比温度的倒数呈近似直线关系，即符合： ??? ? ? ?-=r s r T p 1 1log α 其中，c s s r p p p = 对于不同的流体，α具有不同的值。但Pitzer 发现，简单流体（氩、氪、氙）的所有蒸气压 数据落在了同一条直线上，而且该直线通过r T =0.7，1log -=s r p 这一点。对于给定流体对 比蒸气压曲线的位置，能够用在r T =0.7的流体与氩、氪、氙（简单球形分子）的s r p log 值之差来表征。 Pitzer 把这一差值定义为偏心因子ω，即 )7.0(00 .1log =--=r s r T p ω 任何流体的ω值都不是直接测量的，均由该流体的临界温度c T 、临界压力c p 值及 r T =0.7时的饱和蒸气压s p 来确定。 2－4．纯物质的饱和液体的摩尔体积随着温度升高而增大，饱和蒸气的摩尔体积随着温度的升高而减小吗？ 答：正确。由纯物质的p –V 图上的饱和蒸气和饱和液体曲线可知。 2－5．同一温度下，纯物质的饱和液体与饱和蒸气的热力学性质均不同吗？ 答：同一温度下，纯物质的饱和液体与饱和蒸气的Gibbs 自由能是相同的，这是纯物质气液平衡准则。气他的热力学性质均不同。 3-1 思考下列说法是否正确 ① 当系统压力趋于零时，()()0,,≡-p T M p T M ig （M 为广延热力学性质） 。（F ） ② 理想气体的H 、S 、G 仅是温度的函数。（F ） ③ 若( ) ??? ? ??+-=00ln p p R S S A ig ，则A 的值与参考态压力0p 无关。（T ） ④ 对于任何均相物质，焓与热力学能的关系都符合H ＞U 。（T ） ⑤ 对于一定量的水，压力越高，蒸发所吸收的热量就越少。（T ） 3-2 推导下列关系式： V T T p V S ??? ????=??? ???? p T p T V U V T -??? ????=??? ????
化工热力学_Chapter7-01
May 27, 2011
背景 两相接触时，相间将发生物质、能量的交换，直至相的性质如温度、压力、组成等保持恒定，即处于相平衡。掌握相平衡时体系的温度、压力、各相的体积和组成以及其它热力学函数间的关系较为重要。 相平衡是化工分离技术与分离设备开发、设计的理论基础，工业上应用广泛的精馏、吸收、萃取、吸附、结晶等就是分别以汽-液、气-液、液-液、气-固、液-固平衡为设计依据。 本章主要论述相平衡理论及平衡数据的计算，重点讨论汽-液平衡。
进行混合物相平衡计算时，需将混合物的相平衡准则与反映混合物特征的模型(状态方程+混合规则或活度系数模型)结合起来。 Gibbs-Duhem方程反映了混合物中各组分的偏摩尔性质的约束关系，它不仅在检验偏摩尔性质模型时非常 有用，而且因某些偏摩尔性质，例如, ，等，与混合物的相平衡紧密联系，在相平衡数据的检验和推算中也有非常重要的应用。ln i γ?ln i φ1）确定平衡状态； 2）计算互成平衡状态下各个相的性质。 相平衡热力学性质计算包括两个部分：
重点内容： ?平衡性质与判据，混合物的汽液相平衡及其表达?混合物相平衡关系（温度T、压力p、与各相的组成）的确定 ?汽液相平衡计算类型与方法 ?汽-液平衡计算 ?Gibbs-Duhem方程应用于汽液平衡数据的热力学一致性校验
主要内容 7.1 相平衡的判据与相律7.2 汽液平衡相图 7.3 汽液平衡计算
7.1.1 相平衡的判据 7.1 相平衡的判据与相律 等温等压的封闭体系达到平衡的判据： ,()0 T p dG =(7-1) 相平衡指的是溶液中形成若干相，这些相之间保持着物理平衡而处于多相共存状态。一切自发过程必引起体系的自由焓减少，达到平衡时，体系的自由焓最小。