化工热力学习题参考答案(3-22)_中华文本库
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3-22 解：(1) 关于 VR 的计算与分析 1）根据定义，MR=M-Mig 有 VR=V-Vig
RT 8.314 × 473.15 = = 2810.0 cm3/mol P 1.4
由水蒸气表，查得 200℃，1.4MPa（内插）得 V=147.2 cm3/g= 2651.8 cm3/mol VR=0.0=-158.2 cm3/mol=-0.0088 m3/kg 2）普遍化方法 首先由附录查得 Tc=647.3K, Pc=22.05MPa, ω =0.344
Tr = T 473.15 = = 0.73 Tc 647.3 p 1.4 = = 0.06 pc 22.05
查表，由内插法得
Z0=0.9465, Z1=0.0507
Z= Z0+ωZ1=0.9639 V' = ZRT 0.9639 × 8.314 × 473.15 = =
/ mol 1.4 p
V R ' = V ' - V ig = 2708.4 - 2810.0 = -101.6cm3 / mol
比较水蒸气表与采用 L-K 关联式计算的偏差
-158.2 - (-101.6) × 100% = 55.71% -101.6 (2) 关于 HR 的计算与分析 1）水蒸气表以水的三相点为计算基准 T0=273.16K(0.01℃), p0=0.0006112MPa
ig 此时， H 0 =0
ig H ig = H 0 + ? vap H + ∫ C ig dT p T0
由水蒸气表，查得 0.01℃，0.000611MPa 时的蒸发潜热
? vap H =2501.3kJ/kg=45060.92 kJ/kmol
C ig dT = ∫ p
(7.701 + 0.0459 × 10 - 2 T + 0.2521 × 10 - 5 T 2 - 0.859 × 10 - 9 T 3 )dT
=.184kcal/kmol=6848.28kJ/kmol 所以，由水蒸气表，查得 200℃，1.4MPa（内插） V=147.2 cm3/g= 2651.8 cm3/mol H=2803.02kJ/kg=50496.41 kJ/kmol
ig HR= H-Hig =H-( H 0 + ? vap H + ∫ C ig dT ) p T0 T
=50496.41 –(8.28) =-1412.59 kJ/kmol 2)普遍化方法 查表，由内插法得 (HR)0/RTc=-0.114, (HR)1/RTc=-0.197
H R ( H R )0 ( H R )1 = +ω = -0.114 + 0.344 × (-0.197) = -0.182 RTc RTc RTc
H R ' = -0.182 × 8.314 × 647.3 = -979.46kJ / kmol
-1412.59 - (-979.46) × 100% = 44.22% -979.46
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化工热力学习题集-周彩荣
导读：《化工热力学》习题集，郑州大学化工学院，2-6.乙烷是重要的化工原料，第三章纯流体的热力学性质计算，热力学能和焓与哪些因素有关？由热力学能和温度两个状态参数能否确定气体，3-4热力学基本关系式dH=TdS+Vdp是否只适用于可逆过程？，热力学内能和焓的变化是否为零？，使用这些图表求解蒸气的热力过程？，3-6计算氨的热力学性质时，《化工热力学》习题集郑州大学化工学院周彩荣2008.12.第二章流 《化工热力学》习题集 郑州大学化工学院 周彩荣 2008.12.
第二章 流体的p-V-T 关系和状态方程一、问答题：2-1为什么要研究流体的pVT关系？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。2-3 要满足什么条件，气体才能液化？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？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？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？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。2-8总结纯气体和纯液体pVT计算的异同。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？2-10状态方程主要有哪些类型？ 如何选择使用？ 请给学过的状态方程之精度排个序。二、计算题：（说明：凡是题目中没有特别注明使用什么状态方程的，你可以选择你认为最适宜的方程，并给出理由）2-1. 将van der Waals方程化成维里方程式；并导出van der Waals 方程常数a、b表示的第二维里系数B的函数表达式2-2. 维里方程可以表达成以下两种形式。Z=Z=pVBC=1++2+……(1) RTVVpV=1+B'p+C'p2+……(2) RT2B
'C?B '请证明：B　C==RT(RT)22-3. 某反应器容积为1.213m，内装有温度为227C的乙醇45.40kg。现请你试用以下三种（1）用理想气体方程；；方法求取该反应器的压力，并与实验值（2.75MPa）比较误差。（2）用RK方程；（3）用普遍化状态方程。2-4. 容积1m3的贮气罐，其安全工作压力为100atm，内装甲烷100kg，问：1）当夏天来临，如果当地最高温度为40℃时，贮气罐是否会爆炸？（本题用RK方程计算） 302）上问中若有危险，则罐内最高温度不得超过多少度？3）为了保障安全，夏天适宜装料量为多少kg？4）如果希望甲烷以液体形式储存运输，问其压缩、运输的温度必须低于多少度？2-5. 液化气的充装量、操作压力和温度是液化气罐安全操作的重要依据。我国规定液化气罐在最高使用温度60℃下必须留有不少于3％的气相空间，即充装量最多为97%才能安全。 假设液化气以丙烷为代表物，液化气罐的体积为35L，装有11Kg丙烷。已知60℃时丙烷的饱和气体摩尔体积Vg= 0./mol, 饱和液体摩尔体积Vl= 0./mol。 问在此条件下，液化气罐是否安全？若不安全，应采取什么具体的措施？若要求操作压力不超过液化气罐设计压力的一半，请问液化气罐的设计压力为多少？ （用SRK方程计算）2-6. 乙烷是重要的化工原料，也可以作为冷冻剂。现装满290K、2.48MPa乙烷蒸汽的钢瓶，不小心接近火源被加热至478K，而钢瓶的安全工作压力为4.5MPa，问钢瓶是否会发生爆炸？ （用RK方程计算）2-7. 作为汽车发动机的燃料，如果15℃、0.1013MPa的甲烷气体40 m3与3.7854 升汽油相当，那么要多大容积的容器来承载20MPa、15℃的甲烷才能与37.854升的汽油相当？2-8. 试用下列三种方法计算2500C、2000kPa水蒸汽的Z与V。（1）截取至三项的维里方程，其中的维里系数是实验值： B=?152.5cm3??mol?1 ,C=?5800cm6?mol?2（2）用普遍化第二维里系数关系式。(3) 用水蒸汽表。2-9. 用下列方程求200℃，1.0133 MPa时异丙醇的压缩因子与体积：(1) 取至第三维里系数的Virial方程，已知B=-388cm3/mol, C=-26000cm6/mol2(2) 用普遍化第二维里系数关系式。（TC=508.2K，PC=4.762MPa，ω=0.7）2-10. 一个体积为0.283 m3的封闭槽罐，内含乙烷气体，温度290K，压力2.48×103kPa，试问将乙烷加热到478K时，其压力是多少？2-11 一个0.5m3压力容器，其极限压力为2.75MPa，若许用压力为极限压力的一半，试用普遍化第二维里系数法计算该容器在130℃时，最多能装入多少丙烷？已知：丙烷Tc＝369.85K，Pc＝4.249MPa，ω＝0.152。2-12. 一企业要求以气体的形式存储10℃、1atm的丙烷35000kg。有两种方案争论不休： （a）在10℃、1atm下以气体的形式存储。（b）在10℃、6.294atm下以汽液平衡的形式存储。对于这种模式的存储，容器有90％的体积由液体占据。你作为企业的工程师将采用何种方案，请比较这两种方案各自的优缺点。必要时采用定量的方法。 2-13. 工程设计中需要乙烷在3446kPa和93.33℃下的体积数据，已查到的文献值为0.02527m/kg，试应用下列诸方法进行核算：(1) 三参数压缩因子法；(2) SRK方程法；(3) PR方程法。 32-14. 估算1500C时乙硫醇的液体摩尔体积。已知实验值为0.095m3?kmol-1。乙硫醇的物性为TC=499K，PC=5.49MPa ，VC=0.207m3?kmol-1 ， ω=0.190，200C的饱和液体密度为839kg?m3。2-15. 估算20C氨蒸发时的体积变化。此温度下氨的蒸汽压为857kPa。2-16. 一企业需要等摩尔氮气和甲烷的混合气体4.5kg，为了减少运输成本，需要将该气体在等温下从0.10133MPa，-17.78℃压缩到5.0665 MPa。现在等温下将压力提高50倍，问体积能缩小多少倍？ （试用普遍化第二维里系数的关系）2-17．一压缩机，每小时处理454kg甲烷及乙烷的等摩尔混合物。气体在50×105Pa、422K下离开压缩机，试问离开压缩机的气体体积流率为多少cm?h3?1o？2-18．混合工质的性质是人们有兴趣的研究课题。试用RK状态方程计算由R12（CCl2F2）和R22（CHClF2）组成的等摩尔混合工质气体在400K，5.0MPa时的摩尔体积。可以认为该二元混合物的相互作用参数k12＝0。计算中所使用的临界参数如下表： 组元（i）R22（1）R12（2） Tc/K pc/ MPa
0.215 0.176第三章
纯流体的热力学性质计算 思考题3-1
气体热容，热力学能和焓与哪些因素有关？由热力学能和温度两个状态参数能否确定气体的状态？3-2
理想气体的内能的基准点是以压力还是温度或是两者同时为基准规定的？3-3
理想气体热容差cp?cv=R是否也适用于理想气体混合物？3-4
热力学基本关系式dH=TdS+Vdp是否只适用于可逆过程？3-5
有人说：“由于剩余函数是两个等温状态的性质之差，故不能用剩余函数来计算性质随着温度的变化”，这种说法是否正确？3-6
水蒸气定温过程中，热力学内能和焓的变化是否为零？3-7
用不同来源的某纯物质的蒸气表或图查得的焓值或熵值有时相差很多，为什么？能否交叉使用这些图表求解蒸气的热力过程？3-8
氨蒸气在进入绝热透平机前，压力为2.0 MPa，温度为150℃，今要求绝热透平膨胀机出口液氨不得大于5%，某人提出只要控制出口压力就可以了。你认为这意见对吗？为什么？请画出T-S图示意说明。3-9
很纯的液态水，在大气压力下，可以过冷到比0℃低得多的温度。假设1kg已被冷至-5℃的液体。现在，把一很小的冰晶(质量可以忽略)投入此过冷液体内作为晶种。如果其后在1.013×105Pa下绝热地发生变化，试问：(1)系统的终态怎样？(2)过程是否可逆？3-10
A和B两个容器，A容器充满饱和液态水，B容器充满饱和蒸气。二个容器的容积均为1000cm3，压力都为1 MPa。如果这两个容器爆炸，试问哪一个容器被破坏得更严重？习题3-1
试推导方程???U???p??=T???p式中T,V为独立变量。 ??V?T??T?V3-2
证明状态方程p(V?b)=RT表达的流体：（1）（2） Cp与压力无关； 在等焓变化过程中，温度是随压力的下降而上升。3-3
某类气体的状态方程式为p(V?b)=RT，试推导这类气体计算的HR和SR的表达式。 3-4
应用图解微分积分法计算由p1=0.1013 MPa，T1=273.2K压缩到p2=20.265 MPa，T2=473.2K时31mol甲烷的焓变。已知甲烷的p-V-T数据及低压下热容与温度关联式为Cp=1.81T
J?g-1?K-13-5 使用合适的普遍化关联式计算1kmol的丁二烯-1，3从127℃，2.53 MPa压缩至277℃，12.67MPa时的ΔH,ΔS,ΔV,ΔU。已知丁二烯-1，3在理想状态时的恒压摩尔热容为：Cp=22.738+222.798×10T?73.879×10T
kJ?kmol?K3-6
计算氨的热力学性质时，通常把0℃饱和液氨的焓规定为418.6kJ?kg-1，此时的饱和蒸气压为0.43 MPa，汽化热为21432kJ?kmol-1，饱和液氨的熵为4.186 kJ?kg-1?K-1，试由此基准态数据求：(1)1.013MPa，300K气氨的焓和熵；(2)30.4MPa，500 K气氨的焓和熵。 ?3?62-1-13-7
求丁烯-1在477.4 K和6.89 MPa的条件下的V,
H, S 。设饱和液态的丁烯-1在273K时的H, S为零。已知:TC=420K
pC=4.02MPa
Tb=267K理想气体状态时,
Cp=16.363+263.082×10T?82.117×10T
kJ?kmol?K3-8
某CO2压缩机四段入口温度为42℃，压力为8.053MPa，出口温度为124℃，压力为15.792MPa，求此压缩过程的ΔH, ΔS, ΔV, ΔU。3-9
估算正丁烷在其正常沸点(-0.5℃)时的蒸发热。用所得结果，估计在137.78℃时的蒸发热 ；并与用下面的实验数据计算出在411K时的蒸发热进行比较。t, ℃ P,
MPaVsl , cm3?kg-1Vsv , cm3?kg-1?3?62-1-1126.67 2.492 2.453 13.859132.22 2.741 2.547 11.986137.78 3.009 2.764 10.301143.33 3.296 2.859 8.615151.98(临界点) 3-10
查水蒸气表回答下列问题：（1） 70℃，干度为95%的湿蒸气的H, S值；（2） 4.0 MPa，s=6.4 kJ?kg-1?K-1的水蒸气是什么状态？温度和焓各是多少？（3） 4.0 MPa，s=5.8 kJ?kg-1?K-1 的水蒸气是什么状态？温度和焓各是多少？3-11
0.304 MPa时饱和氨气经绝热可逆膨胀到0.1013MPa时的干度是多 少?3-12
压力为1.906MPa(绝)的湿蒸气经节流阀膨胀到压力为0.0985MPa(表)的饱和蒸气。假设环境压力为0.1MPa，试求原始蒸气的干度是多少？3-13
温度为230℃的饱和蒸气和水的混合物处于平衡，如果混合相的比容是0.04166m3?kg-1，试用蒸气表中的数据计算：(1)混合相中蒸气的含量；(2)混合相的焓；(3)混合相的熵。 3-14
A和B两股水蒸气，A股是压力为0.5 MPa，流量为1kg?s-1，干度为0.98的湿蒸气，B股是压力为0.5 MPa，温度是473.15K的过热蒸气，试求B股过热蒸气的流量该为多少？3-15
有温度为423.15K，压力为0.14 MPa的蒸气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。3-17
将4MPa，过热度150℃的蒸气，经绝热可逆膨胀降压到50kPa。将过程定性地表示在T-S图上。若该过程在封闭体系中进行，试计算体系对外所作功是多少？ 3.786 4.445 4.445包含总结汇报、高中教育、农林牧渔、外语学习、高等教育、行业论文、计划方案、资格考试、教学研究、经管营销、求职职场、工程科技、出国留学以及化工热力学习题集-周彩荣等内容。本文共5页
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