第四章 习题(化工过程的能量分析)
化工原理配套习题-4章部分答案
化工原理前四章的习题(概念题部分)答案发给你们，后面二章的题目同前几章一样，先自己做!期中考试总体考得不错，希望拿到这个后，同学们能认真比对，思考；以获得知识的强化，进而提升自己的知识面，及分析问题，解决问题的超强能力!因学校网络断网，又考虑恰逢五一小长假，故4日回校将电脑上存贮的这个文档发给你们研究一下，至上课时有疑问再讨论。
诚祝大家青年节快乐!第一章 流体流动一、选择题1. 连续操作时，物料衡算通式中的过程积累量G A 为（ ）。
BA.零B.正数C.负数D.任意值2. 热量衡算中，物料的焓为相对值，通常规定（ ）的焓为零。
AA.0℃液体B.0℃气体C.100℃液体D.100℃气体3. 流体阻力的表现，下列阐述错误的是（ ）。
DA.阻力越大，静压强下降就越大B.流体的粘度越大，阻力越大流体的流动状况是产生流体阻力的根本原因 D.流体的内摩擦力在流体激烈流动时不存在4. 压强的具有专门名称的国际单位是Pa ，用基本单位表示是（ ）。
AA.atmB.mmHgC.Kg/m.s2D.N/m25. 水在直管中流动，现保持流量不变，增大管径，则流速（ ）。
BA.增大B.减小C.不变D.无法判断6. 对可压缩流体，满足（ ） 条件时，才能应用柏努力方程求解。
C A.)%(20p p p 121式中压强采用表压表示<- B. )%(01p p p 121式中压强采用表压表示<- C.)%(20p p p 121式中压强采用绝压表示<- D. )%(01p p p 121式中压强采用绝压表示<- 7. 判断流体的流动类型用（ ）准数。
CA.欧拉B.施伍德C.雷诺D.努塞尔特8. 流体在圆形直管中层流流动时的速度分布曲线为（ ）。
BA.直线B.抛物线C.双曲线D.椭圆线9. 增大流体的流量，则在孔板流量计的孔板前后形成的压强差（ ）。
AA.增大B.减小C.不变D.无法判断10. 流体在管内流动时的摩擦系数与（ ）有关。
化工热力学复习习题
5
4
1
3(T降低
)
2
V
1）过热蒸汽等温冷凝为过冷液体；
2）过冷液体等压加热成过热蒸汽；
T
4
3）饱和蒸汽可逆绝热膨胀；
C 5 4）饱和液体恒容加热；
5）在临界点进行的恒温膨胀
1
2
3(T降低
)
S
第四章 流体混合物（溶液）的热力学性质
一. 基本概念
1．偏mol性质定义
2．化学位
3．混合性质变化： M M
xi
M i
0
4．超额性质：
M E M M id
5．混合过程的超额性质变化 M E M M id
6．恒T、P下，G—D Eq
XidMi 0
化学位
偏摩尔性质
i
[
(nU ni
)
]nV
,nS
,n
j
i
i U i
化学位：在V，S和其它组
Ui
(nU ) [ ni ]T ,P ,nj i
45 188.45
50 209.33
95 397.96
解：以1kg水为计算基准，
输入的功 放出的热
（3）基团贡献关联式
判断、选择、填空题 1、正规溶液混合焓变为零，混合体积为零。 ×
2、对于理想溶液，i组分在溶液中的逸度系数和i纯组分的逸度系数
相等。 √ 3、偏摩尔量的定义可写为：
Mi
nM ni
T , p ,n ji
4、不同状态下的理想气体混合，焓、熵都守恒。 ×
第二章 流体的pVT关系
一．p、V、T、CP是流体的最基本性质，是热力学计算基础 查找文献 实验得（实测） 计算 （由第二章介绍方法计算）
化工原理课后习题答案
第一章流体流动1.某设备上真空表的读数为 13.3×103 Pa,试计算设备内的绝对压强与表压强。
已知该地区大气压强为 98.7×103 Pa。
解：由绝对压强 = 大气压强–真空度得到：设备内的绝对压强P绝= 98.7×103 Pa -13.3×103 Pa=8.54×103 Pa设备内的表压强 P表 = -真空度 = - 13.3×103 Pa2．在本题附图所示的储油罐中盛有密度为 960 ㎏/㎥的油品，油面高于罐底 6.9 m，油面上方为常压。
在罐侧壁的下部有一直径为 760 mm 的圆孔，其中心距罐底 800 mm，孔盖用14mm的钢制螺钉紧固。
若螺钉材料的工作应力取为39.23×106 Pa ，问至少需要几个螺钉？分析：罐底产生的压力不能超过螺钉的工作应力即P油≤σ螺解：P螺 = ρgh×A = 960×9.81×(9.6-0.8) ×3.14×0.762150.307×103 Nσ螺 = 39.03×103×3.14×0.0142×nP油≤σ螺得 n ≥ 6.23取 n min= 7至少需要7个螺钉4. 本题附图为远距离测量控制装置，用以测定分相槽内煤油和水的两相界面位置。
已知两吹气管出口的距离H = 1m，U管压差计的指示液为水银，煤油的密度为820Kg／㎥。
试求当压差计读数R=68mm时，相界面与油层的吹气管出口距离ｈ。
分析：解此题应选取的合适的截面如图所示：忽略空气产生的压强，本题中1－1´和4－4´为等压面，2－2´和3－3´为等压面，且1－1´和2－2´的压强相等。
根据静力学基本方程列出一个方程组求解解：设插入油层气管的管口距油面高Δh在1－1´与2－2´截面之间P1 = P2 + ρ水银gR∵P1 = P4，P2 = P3且P3 = ρ煤油gΔh ， P4 = ρ水g（H-h）+ ρ煤油g（Δh + h）联立这几个方程得到ρ水银gR = ρ水g（H-h）+ ρ煤油g（Δh + h）-ρ煤油gΔh 即ρ水银gR =ρ水gH + ρ煤油gh -ρ水gh 带入数据1.0³×10³×1 - 13.6×10³×0.068 = h(1.0×10³-0.82×10³)ｈ= 0.418ｍ6. 根据本题附图所示的微差压差计的读数，计算管路中气体的表压强ｐ。
化工热力学化工过程能量分析
H 0 = C pT0
U 终＝CV T
∴
CV T = C pT0
Cp CV T0
故 T=
能平式： 或
U终=H0
U终=H终－pV=H终-RT
H终－ H0 = RT
∴ H终－ RT =H0
Cp(T －T0) = RT
故
T= Cp Cp − R T0 = Cp CV
T0
2．一台压缩机在大气压力及21℃的情况下吸入 CO2 ，其流率为28m3/h，出口条件为7.82atm 及29℃。压缩机用水在夹套里冷却以除去热, 记下定量的水的温度升高而算得水除去的热 为 1890kcal/h ， 驱 动 压 缩 机 的 马 达 耗 电 2.8kW，试决定马达的效率。 (CP) CO2＝9.3 cal/mol.℃
3.解：选透平及其内容物为体系，即稳流体系， 忽略动、位能的变化，其能平式为
ΔH = Q + W s
查教材的表 H1=3152.6kJ/kg H2=2804.4kJ/kg H3=H4=2706.4kJ/kg
查水蒸气表，知： 34 atm，370oC 蒸汽的焓H1=753.1kcal/kg 物流2在13.6 atm，200oC 的焓H2=669.8kcal/kg 物流3为7atm的气液混合物，其焓等于节流后物流4 的焓。 以节流阀为体系，则
∴ W s = ΔH − Q = 86.38 − ( −1890) ∴ 马达效率
= 1976.38 kcal/h = 2.298 kW
2.298 η= = 82% 2.8
3．质量流率为450kg/h的高压水蒸气在起始条件为 34atm和370℃的情况下进入透平膨胀机而对外作 功。两股排出蒸汽如图所示。物流2的条件为 13.6atm和200℃，流率为入口蒸汽的1/3，物流3已 知为7atm的饱和汽液混合物，物流3的一小部分经 过一个节流阀膨胀至1atm，膨胀后的温度为115℃。 如果压缩机得到的功率为34.647×103kcal/h，试计 算透平的热损失。
化工基础课后习题答案第四章
第四章：传质过程1. 压强为 1.013×105Pa 、温度为 25℃的系统中，N 2和O 2的混合气发生定常态扩散过程。
已知相距 5.00×10-3m 的两截面上，氧气的分压分别为 1.25×104Pa 、7.5×103Pa ；0℃时氧气在氮气中的扩散系数为 1.818×10-5 m 2·s -1。
求等物质的量反向扩散时：（1）氧气的扩散通量； （2）氮气的扩散通量；（3）与分压为 1.25×104Pa 的截面相距 2.5×10-3m 处氧气的分压。
解：（1）首先将 273K 时的扩散系数换算为 298K 时的值：P 0 T 1.75D = D 0P ( T 0) 5273 + 25 = 1.818×10-5 × 1.013×10 1.013×105 × ( 等物质的量反向扩散时氧的扩散通量为：N A= RTD l = ( p A,1– p A,2)2.119×10-51.75 =2.119×10-5 m 2·s -1273 )= 8.314 × 298 ×5.00×10-3 × (1.25×104 - 7.5×103 ) = 8.553×10-3 mol· m 2·s -1（2）由于该扩散过程为等物质的量反向扩散过程，所以 - N A= N B，即氮气的扩散通 量也为 8.553×10-3 mol· m 2·s -1。
（3）因为系统中的扩散过程为定常态，所以为定值，则：/p A,2/ = p A,1- N ARTl1.52×（1014）Pa 和反向扩散与单向扩散的传（2）H 质通量大小。
解：（1）当NH 3和H 2作等物质的量反向扩散时：N A= RTD l = ( p A,1– p A,2)1p B,m = p B.2- p B.1 = 9.65×104 - 8.614 ×104-27 = 9.12×104Pa㏑p B.2 ㏑ 9.65×10 p B.17.83×10-5 8.61×1041.013×105N A= 8.314 × 298 × 0.02 × 9.12×104 × (1.52×104 - 4.80×103)= 1.825 ×10-2 mol· m 2·s -1计算结果表明，单向扩散时的传质通量比等物质的量反向扩散时的传质通量大，前者是后者的 PPN A-5= 5.29×10l mol· m -2·s -1根据扩散量等于蒸发量，得：N A· A · dt = MρAA · A · dl23t = 995.7 × 10l 2p B,m = p B.1 - p B.2 = 9.624×104 - 1.0046×105-13 = 9.84×104Pa㏑ p B.1 p B.㏑ 9.624×10 1.006×105-51.0 =2.4×10 1.013×1058.314 × 293l G· 9.84×104( 5065 - 660)l G= 4.47×10-5m武汉大学3。
化工计算第四章物料衡算及课后习题及答案
第一节 物料衡算式 4—1 化工过程得类型
间歇操作 操作方式 半连续操作
连续操作
间歇操作: 原料一次加入,然后操作,最后一次出 料。
半连续操作: 进料分批,出料连续;或进料连 续,出料分批或一次。
特点: 间歇操作中,无物料进出设备,且设备内各 部分得组成和条件随时间而变。 半连续操作中,设备内各点得参 数(组成、条 件)随时间而变。
N元素平衡
2×0、79A＝2N
烟道气总量
M+N+P+Q＝100
过剩氧量
0、21A×0、25／1、25
＝M 解上述6个方程得要求得结果。(过程略)
由上例可知计算基准选取恰当与否,对计算难 易影响。所以要重视计算基准选取。
基准选取中几点说明:
(1)上面几种基准具体选哪种(有时几种共 用)视具体条件而定,难以硬性规定。
4、 写出化学反应方程式
包括所有主副反应,且为配平后得,将各反应 得选择性、收率注明。
5、选择合适得计算基准,并在流程图上注明基准值 计算中要将基准交代清楚,过程中基准变换时,
要加以说明。 6、列出物料衡算式,然后求解
1)列物料衡算式
无化学反应体系,按:(4—1)、(4—3)(连续稳定过程) 式。
(二)取1mol 空气为计算基准 1mol 空气为计算基准中氧量为0、21mol
燃烧丙烷耗氧量 0、21／1、25＝0、168 mol 燃烧丙烷得量 0、168／5＝0、 0336mol
衡算结果列于下表:
输
入
输
出
组分 摩尔 克 组分 摩尔 克
C3H8 0、
44 CO2 0、101 132
0336
O2 0、21 200 H2O 0、135 72
第四章 化工过程的能量分析3
⑴ 物理有效能：物系由于T、P与环境 (T0、 P0)不同而具有的有效能。
⑵由于化组学成有与效环能境：不物同系而在具环有境的的有T效0、能P。0下，
4.5 有效能及其计算
4.5.2 有效能的计算 3） 热量的有效能BQ 定义：物系传递的热量，在给定的
4.5 有效能及其计算
4.5.1 有效能的概念 4.5.2 有效能的计算 4.5.3 理想功与有效能的区别和联系 4.5.4 不可逆性和有效能损失
4.5 有效能及其计算
4.5.1 有效能的概念 4.5.2 有效能的计算 4.5.3 理想功与有效能的区别和联系 4.5.4 不可逆性和有效能损失
环境条件下，以可逆方式所能做出 的最大有用功。
4.5 有效能及其计算
4.5.2 有效能的计算 ⑴ 恒温热源热量的有效能
BQ
Q Q T0 T
Q1 T0 T
有效能
总 无效能
能
量
4.5 有效能及其计算
4.5.2 有效能的计算 因为卡诺循环的热效率为
c
Wc Q1
4.5 有效能及其计算
4.5.2 有效能的计算
或用H、S值来计算 BQ T0S H
H T0 CpdT T
S T0 Cp dT TT
BQ
T0
T0 Cp dT TT
T0 CpdT
T
T0
T Cp dT
T T0
T
CpdT
T0
化到给定环境状态相平衡时，理论 上所能做出的最大有用功。用B表示
对于稳流体系 始态（H、S）→终态（T0、S0、H0）
能量过程利用第四章 石油化工过程用能分析12
3. 工艺过程，特别是炼油和大部分化工过程中， 工艺物料多为传热性能很好的流体，热过程所 需要的热量分布在很广的温度范围，这就使主 要工艺变化完成以后的物流所携出的能量可能 得到最大限度的回收重复利用，从而大大减少 需要供入的能量。目前，主要是借各种换热器 来回收热量；借膨胀机、水力透平回收功。
二、工艺过程用能三环节模式
结合石油化工过程的特点，对原用能分析三环 节模型提出以下改进意见: 1．用能分析计算基准 基于炼油行业习惯，早期的用能分析三环节模 型是以单位原料为计算基准进行能量平衡及火用平 衡计算的，究其原因，主要是炼油企业(装置)主要 原料单一，而产品分布较广，采用单位原料作为计 算基准比较方便。
而石油化工则往往是多种原料，产品比较 单一明确，习惯上，以目的产品为计算基准比 较方便。而对于多种原料和多种产品的情况， 又以单位时间(小时)为计算基准比较方便。 因此，用能分析的计算基准应根据不同行 业的具体特点选取不同的计算基准，使其在同 行业中具有可比性。
=1- (DJR + DKR) / EXO
有时，需分别表示回收循环和回收输出两部分，有：
能量循环率： ηRC = ER / EO 火用循环率： ηXC = EXR / EXO 能量输出率： ηRE = EE / EO 火用输出率： ηXE = EXE/ EXO 三者之间关系为：
ηR = ηRC + ηRE ηXR = ηXC + ηXE
3. 能量利用环节的设备散热 应将工艺利用环节设备散热在用能分析模型 中单列一项，直接由利用环节排出，并记作EUD 。 4. 关于原料的化学能 原料和产品化学能的差别大都体现在过程的化 学反应热中，放在装置的热力学能耗中体现。 5. 反应放热应计入工艺总用能 对于吸热反应，反应热来源于外界供入能和 循环回收的能量，已经计入工艺总用能。
化工过程的能量分析
第5章化工过程的能量分析一、是否题1. 系统爛增加的过程必为不可逆过程。
错2. 绝热过程必是定爛过程。
错3. 热温爛半即过程的埼变。
错。
过程爛变的左义为山=纽，即可逆过程的热温商才是嫡变。
T4. 对一个绝热不可逆过程，是否可以设计一个绝热可逆过程来计算其爛变化？否。
绝热不可逆过程是自发过程，而绝热可逆过程是平衡过程，两者不能替代。
但是对一个不可逆 过程的爛变，可以设计一系列可逆过程来计算有相同初、终态的过程烧变。
5. 不可逆过程一定是自发的，自发过程一定是不可逆的。
否。
自发过程一泄是不可逆的，但不可逆过程不一立是自发的。
例如：理想气体的等外压压缩就不 是自发过程，但是不可逆过程。
6. 功可以全部转变成热，但热一定不能全部转化为功。
否。
功可以自发地全部变为热，热也可以全部转化为功，但一立会引起其他变化。
例如，理想气体 等温膨胀是厶丁二。
：AU=O, Q=W,热全部转化为功，但系统的体积变大了，压力变小了。
7. 无论流体的温度高于或低于环境温度，其有效能均为正对。
根据热力学原理，一切不平衡状态均走向平衡，可以作功。
因此所有偏离环境温度的状态应具 有正的有效能。
二、选择题1. 理想气体流过节流阀，其参数变化为 __________ 。
A ZJT = 0, z1S= 0B zJT = 0, Z1S> 0C ZJT H 0, ZJS> 0D Z1T = 0, Z1S< 0(B)o 系统工质经历一个可逆左温过程，由于温度没有变化，故该系统不能与外界交换能量。
2. (1)孤立体系的爛永远増加。
(2) 在绝热的条件下，趋向平衡的过程中，体系的埔增加。
(3) 孤立体系的爛永不减少。
(4) 可用体系的爛函数的增加或不变来判断过程是否可逆。
上述表述中全部错误的是A (1) (4)B (2) (4)C (2) (3)D (1) (2)A 。
(1)孤立体系的自发过程向着炳值增大的方向进行，直到体系的炳具有极大值(dS = O)时达到 平衡态。
化工原理第四章习题及答案
第四章传热一、名词解释1、导热若物体各部分之间不发生相对位移，仅借分子、原子和自由电子等微观粒子的热运动而引起的热量传递称为热传导（导热）。
2、对流传热热对流是指流体各部分之间发生相对位移、冷热流体质点相互掺混所引起的热量传递。
热对流仅发生在流体之中, 而且必然伴随有导热现象。
3、辐射传热任何物体, 只要其绝对温度不为零度(0K), 都会不停地以电磁波的形式向外界辐射能量, 同时又不断地吸收来自外界物体的辐射能, 当物体向外界辐射的能量与其从外界吸收的辐射能不相等时, 该物体就与外界产生热量的传递。
这种传热方式称为热辐射。
4、传热速率单位时间通过单位传热面积所传递的热量（W/m2）5、等温面温度场中将温度相同的点连起来，形成等温面。
等温面不相交。
二、单选择题1、判断下面的说法哪一种是错误的（）。
BA 在一定的温度下，辐射能力越大的物体，其黑度越大；B 在同一温度下，物体吸收率A与黑度ε在数值上相等，因此A与ε的物理意义相同；C 黑度越大的物体吸收热辐射的能力越强；D 黑度反映了实际物体接近黑体的程度。
2、在房间中利用火炉进行取暖时，其传热方式为_______ 。
CA 传导和对流B 传导和辐射C 对流和辐射3、沸腾传热的壁面与沸腾流体温度增大，其给热系数_________。
CA 增大B 减小C 只在某范围变大D 沸腾传热系数与过热度无关4、在温度T时，已知耐火砖辐射能力大于磨光铜的辐射能力，耐火砖的黑度是下列三数值之一，其黑度为_______。
AA 0.85B 0.03C 15、已知当温度为T时，耐火砖的辐射能力大于铝板的辐射能力，则铝的黑度______耐火砖的黑度。
DA 大于B 等于C 不能确定是否大于D 小于6、多层间壁传热时，各层的温度降与各相应层的热阻_____。
AA 成正比B 成反比C 没关系7、在列管换热器中，用饱和蒸汽加热空气，下面两项判断是否正确： A甲、传热管的壁温将接近加热蒸汽温度；乙、换热器总传热系数K将接近空气侧的对流给热系数。
化工热力学各章节习题
化工热力学各章节习题第一章绪论一、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）C2、（1 分）B3、（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 cB.临界温度和临界压力下C.低于T c和高于P cD.高于T c和低于P c3、（1分）对单原子气体和甲烷，其偏心因子3,近似等于____________。
A. 0B. 1C. 2D. 34、（1 分）0.1Mpa ,400K 的N2 1kmol体积约为_________3A 3326LB 332.6LC 3.326LD 33.26 m5、（1分）下列气体通用常数R的数值和单位，正确的是__________C 82.05 cm atm/KD 8.314 J/km°l K3 3A 8-314 10 Pa m /kmol KB 1.987cal/kmol K6、（1分）超临界流体是下列_____ 条件下存在的物质。
作业解答化工热力学第四章化工过程的能量分析2019
• 根据稳定流动过程的能量平衡方程
H
=
Q
-
WS
-
gZ
-
1 2
u2
• ∵ ∆H=mCp(T2-T1)
225 (0.750) 0.1962 = -224 k J • kg-1
• ∴送入第二贮水罐的水温
T2
H mC p
T1
224 1 4.187
95
41.5℃
• 4-3 将35kg、温度为700K的铸钢件放入135kg而温度为294K的油中冷 却，已知铸钢和油的比热容分别为(Cp)钢=0.5kJ/(kg•K)和(Cp)油 =2.5kJ/(kg•K)，若不计热损失，试求：（1）铸钢件的熵变；（2）铸 钢件和油的总熵变。
• 4-8 6.0MPa，400℃的过热蒸汽（H1=3174 kJ·kg-1，S1=6.535 kJ·kg-1·K-1）在稳流过程 中经透平绝热膨胀到0.004MPa、干度x=0.9。 （已知0.004 MPa下Hg=2554 kJ·kg-1， Sg=8.4808 kJ·kg-1·K-1，HL=120 kJ·kg-1， SL=0.4177 kJ·kg-1·K-1）。T0=298K。求该过 程的Wid、Wac、WL及热力学效率η 。
S2＝S1＝7.488kJ/(kg•K) 当p2=6.868×104Pa，S2＝7.488kJ/(kg•K)时，查得
H2 2659 kJ / kg 由此绝热可逆功
WS H2 H1 2659 3428 769 kJ / kg
• 透平机实际输出的轴功为
WS 80%WS 80% 769 615 .2kJ / kg
u2
u1
p1T2 p2T1
101.03 403 1.02 303
化工热力学(山东联盟)智慧树知到答案章节测试2023年中国石油大学(华东)
第一章测试1.热力学起源于热功及物理学科。
（）A:错B:对答案:B2.热力学的四个基本定律不包括（）。
A:热力学第零定律B:动量传递定律C:热力学第一定律D:热力学第三定律答案:B3.化工热力学是化学工程学科重要的专业基础课和核心课程。
（）A:错B:对答案:B4.热力学定律具有普遍性，不但能解决生产实际的问题，还能用于宇宙问题的研究。
（）A:对B:错答案:A5.经典热力学原理本身不能独立地解决实际问题，而需要与表达系统特征的模型相结合。
（）A:错B:对答案:B6.计算机的应用，深化和拓宽了化工热力学的研究范畴，促进了化工热力学学科的发展，也更充分地发挥了热力学理论在化学工程中的作用。
（）A:错B:对答案:B7.化工热力学的主要任务是研究物质和能量有效利用的极限，给出可能性、方向和限度的判断，能预测其推动力并给出过程变化的速率。
（）A:错B:对答案:A8.化工热力学中着重研究热力学函数在工程中的应用，不包括（）。
A:Gibbs自由能B:焓C:熵答案:D9.化工热力学在研究实际问题时，通常将实际过程变成“理想模型+校正”的处理问题方法，即共性加个性的方法。
理想模型不包括（）。
A:理想溶液B:活度系数C:理想气体D:可逆过程答案:B10.（）不属于经典热力学。
A:化学热力学B:统计热力学C:工程热力学D:化工热力学答案:B第二章测试1.流体的p、V、T是物质最基本的性质之一，是研究热力学的基础，而且流体的p、V、T是可以直接测量的性质。
（）A:对B:错答案:A2.纯物质p-V图上，临界等温线在临界点处的曲率等于（）。
A:1B:0C:不确定答案:B3.某压力下的纯物质，当温度高于该压力下的饱和温度时，物质的状态为（）。
A:液体B:饱和蒸汽C:超临界流体D:过热蒸汽答案:D4.在p→0或者V→∞时，任何的状态方程都还原为理想气体方程。
（）A:错B:对答案:B5.RK方程能成功地用于气相 p-V-T 关系的计算，但应用于液相效果较差，不能预测饱和蒸汽压和汽液平衡。
第四章 化工过程的能量分析1
4.1能量平衡方程---热力学第一定律
4.1.3能量平衡方程的应用 ⑵对化工设备：如反应器、热交换器、传质 设备、阀门、管道等
Ws 0
gz 0
1 2 c 0 2
H Q
1 2 H c gz Q Ws 2
4.1能量平衡方程---热力学第一定律
+环境传入的热量
2 Ws
进入体系的能量-离开体系的能量=体系积累的能量
E1m1
P1V1m1
Q
4.1能量平衡方程--热力学第一定律
1 Q
换 热 器 透平
2
4.1.2 能量平衡方程
Ws
离开体系的能量= E2m2 微元体带出的能量 +流体对环境所作的流动功 P2V2m2 +体系对环境所作的轴功 Ws 体系积累的能量= d mE
4.1.3能量平衡方程的应用 ⑶对化工机器的绝热过程
Q0
Ws H
1 2 c 0 2
gz 0
此式说明在绝热情况下，当动能和位能的变化相对 很小时，体系对环境所做的功等于体系焓的减少， 功和热都是过程的函数，但焓是状态函数，在特定 条件下就可以利用流体经过运转设备进出口的焓差 计算功，不论是什么工质，也不论过程是否可逆， 这个式子总是成立的。
4.1.3能量平衡方程的应用 若 c2 d 0 d gz 0
2
不存在流动功
W s W
Q Ws mdU
微分式 积分式
Q W mdU
Q W U
4.1能量平衡方程---热力学第一定律
化工热力学习题解答第二～四章PPT课件
n 2 8 2 0 0 1 2 5 8 .9 3 k m o l/h 1 .2 5 9 1 0 6 m o l/h
2 2 .4
习题
pc
3.394106
1.5576Pam6K0.5/mol2
b0.08664RTc 0.086648.314126.2
的体积为：
V 2 3 4 . 7 6 9 . 4 c m 3 / m o l 6 . 9 4 1 0 5 m 3 / m o l
查表得氮的临界参数为：
Tc126.2K pc3.394M Pa
Vc89.5cm 3/m ol 0.04
习题 解答
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23
a0.42748R2Tc2.5 0.427488.3142126.22.5
52299741861016741036例题例题上一内容下一内容回主目录上司的判断和决策在很大程度上是根据秘书的汇报作出来的汇报的内容是否真实汇报的数据是否准确汇报的用语是否恰当习习答答30010pa77315k理想气体110pa29815k理想气体pa77315k真实气体2997418610167410299741861016741037例题例题上一内容下一内容回主目录上司的判断和决策在很大程度上是根据秘书的汇报作出来的汇报的内容是否真实汇报的数据是否准确汇报的用语是否恰当习习ln112997ln418610167410ln773152997ln4186107731529815298153001674108314ln773152981577315500115463059455046154650460021kpmpa38例题例题上一内容下一内容回主目录上司的判断和决策在很大程度上是根据秘书的汇报作出来的汇报的内容是否真实汇报的数据是否准确汇报的用语是否恰当习习2626067506750010275001dbdt16160422042200830083005088500142420172017201390139013885001525207220722000016735001dbdt39例题例题上一内容下一内容回主目录上司的判断和决策在很大程度上是根据秘书的汇报作出来的汇报的内容是否真实汇报的数据是否准确汇报的用语是否恰当习习59450050885001001027002101388500100001673001437dbdbpbtbtrtdtdt5945001027002100001673006108dbdbdtdt40例题例题上一内容下一内容回主目录上司的判断和决策在很大程度上是根据秘书的汇报作出来的汇报的内容是否真实汇报的数据是否准确汇报的用语是否恰当习习hhhhhjmol0101767050781818sssssjmolkln5945005088002101388006395500141例题例题上一内容下一内容回主目录上司的判断和决策在很大程度上是根据秘书的汇报作出来的汇报的内容是否真实汇报的数据是否准确汇报的用语是否恰当习习答答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
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第四章 化工过程的能量分析4-1 设有一台锅炉，水流入锅炉是之焓为62.7kJ ·kg -1，蒸汽流出时的焓为2717 kJ ·kg -1，锅炉的效率为70％，每千克煤可发生29260kJ 的热量，锅炉蒸发量为4.5t ·h -1，试计算每小时的煤消耗量。
Q W Z g u H s +=∆+∆+∆221体系与环境间没有功的交换：0=s W ，并忽 动能和位能的变化， 所以： Q H =∆设需要煤mkg ，则有：%7029260)7.622717(105.43⨯=-⨯m 解得：kg m 2.583=4－5 一台透平机每小时消耗水蒸气4540kg ，水蒸气在4.482MPa 、728K 下以61m ·s -1的速度进入机内，出口管道比进口管到底3m ，排气速度366 m ·s -1。
透平机产生的轴功为703.2kW ，热损失为1.055×105kJ ·h -1。
乏气中的一小部分经节流阀降压至大气压力，节流阀前后的流速变化可忽略不计。
式计算经节流后水蒸气的温度及其过热度。
解：稳态流动体系能量衡算方程：Q W Z g u H s +=∆+∆+∆221 以每小时单位水蒸气作为计算标准1524.23454010055.1-⋅-=⨯-=kg kJ Q16.557454036002.703-⋅-=⨯-=kg kJ W s132221222117.6510)61366(21)(2121--⋅=⨯-⨯=-=∆kg kJ u u u 133104.2910)3(8.9---⋅⨯-=⨯-⨯=∆=kg kJ Z g Z p将上述结果代入能量衡算方程得到：193.645-⋅-=∆kg kJ H 查表得到4.482MPa ，728K 过热水蒸汽焓值：113340-⋅=kg kJ H 进出口焓变为出口气体焓值减去进口气体焓值：12H H H -=∆ 对于节流膨胀过程，节流膨胀过程为等焓过程，0'=∆H节流后水蒸气焓值：11226946463340-⋅=-=∆+=kg kJ H H H 内插法查0.1MPa 下过热水蒸汽表，得到：C T ︒=5.106，过热度6.5℃4－16 1mol 理想气体，400K 下在气缸内进行恒温不可逆压缩，由0.1013MPa 压缩到1.013MPa 。
压缩过程中，由气体移出的热量，流到一个300K 的蓄热器中，实际需要的功较同样情况下的可逆功大20％。
试计算气体的熵变，蓄热器的熵变以及g S ∆。
解：稳态流动过程能量衡算方程Q W H s +=∆ 理想气体：dp pR dT T Cp dS -=11013.11013.01437.191013.0013.1ln 314.8--⋅⋅-=-=-=∆⎰K mol J dp p R S 理想气体的焓只是温度的函数，所以：0=∆H对于可逆过程：1765640014.19-⋅-=⨯-=∆=mol J S T Q R理想气体恒温压缩下：R s Q W H +=∆17656-⋅=-=mol J Q W R s对于不可逆过程：12.918776562.1%)201(-⋅=⨯=+=mol J W W R s12.9187-⋅-=-=mol J W Q s对于蓄热器可视为环境，对于环境交换的热量可视为可逆热，所以对蓄热器：1162.303002.9187--⋅⋅===∆K mol J T Q S 环环蓄 总焓变：1148.1162.3014.19--⋅⋅=+-=∆+∆=∆K molJ S S S s g4－18 试求在恒压下将2kg 90℃的液态水和3kg 10℃的液态水绝热混合过程所引起的总熵变。
为简化起见，将水的热容取作常数，114184--⋅=K kg J C p 。
解：90℃的液态水的放热量等于10℃的液态水的吸热量对于等压过程：⎰=∆=21T T CpdT H Q设混合后水的温度为T 3，所以：)()(122321T T C m T T C m p p -=- 代入已知得：)283(3)363(233-=-⨯T T 解得：K T 5.3153=90℃的液态水的熵变：⎰==∆311311ln 2T T p T T C dT T Cpm S 186.1186363315ln41842-⋅-=⨯=K J 10℃的液态水的熵变：同理可得123264.1344ln3-⋅==∆K J T T C S p 总熵变：1218.157-⋅=∆+∆=∆K J S S S t4－19 一换热器用冷水冷却油，水的流量为1000kg ·h -1，进口温度为21℃，水的热容取作常数4184J ·kg -1·K -1；油的流量为5000㎏·h -1，进口温度为150℃，出口温度66℃，油的平均比热取0.6kJ ·kg -1·K -1，假设无热损失。
试计算：（1）油的熵变；（2）整个热交换过程总熵变化，此过程是否可逆？解：该过程压力变化很小，忽略压力的影响。
油的熵变：⎰--⋅⋅-=⨯⨯===∆2111129.66315.42315.339ln 6.05000lnT T p p oil h K kJ T T mC dT C m S 因为无热损失，则油放出的热量等于水吸收的热量，设水进出口温度分别为t 2和t 1oil oil O H O H H Q H Q ∆==∆=22⎰=∆dT C m H O pH O H O H 222 ⎰=∆dT C m H poil oil oil所以：)15.33915.423(10006.05000)15.294(418410002-⨯⨯⨯=-⨯⨯t 解得：K t 15.3002=⎰--⋅⋅=⨯⨯===∆21111264.84715.29417.300ln 41841000ln22t t p p O H O H h K kJ t t mC dT C m S117.1839.66364.8472--⋅⋅=-=∆+∆=∆h K kJ S S S oil O H t4－20 一发明者称他设计了一台热机，热机消耗热值为42000kJ ·kg -1的油料0.5kg ·min -1,其产生的输出功率为170kW ，规定这热机的高温与低温分别为670K 与330K ，试判断此设计是否合理？解：可逆热机效率最大，可逆热机效率：507.06703301112max =-=-=T T η 热机吸收的热量：1m in210005.042000-⋅=⨯=kJ Q热机所做功为：1m in 102000m in)/(60)/(170-⋅-=⨯-=kJ s s kJ W该热机效率为：486.02100010200==-=Q W η该热机效率小于可逆热机效率，所以有一定合理性。
4－22 试求1.013×105Pa 下，298K 的水变为273K 的冰时的理想功。
设环境温度（1）248K ；（2）298K解：（1）T 0＝298K 时：1004.35)3666.02265.1(298)8.1049.334(-⋅=-----=∆-∆=kg kJ S T H W id（2）T 0＝298K 时：1061.44)3666.02265.1(248)8.1049.334(-⋅-=-----=∆-∆=kg kJ S T H W id4－24 用一冷冻系统冷却海水，以20kg ·s -1的速率把海水从298K 冷却到258K ；并将热排至温度为303K 的大气中，求所需功率。
已知系统热力效率为0.2，海水的比热为3.5kJ ·kg -1·K -1。
解：因为是等压过程，所以：⎰=∆=dT C H Q p单位海水的放热量：⎰-⋅-=-==∆=2582981140)298258(5.3kg kJ dT CH Q p总放热量：12800)140(20-⋅-=-⨯==s kJ mQ Q t海水总熵变：⎰-⋅-=⨯⨯==∆258298109.10298258ln 5.320s kJ dT T Cp mS 理想功：1008.257)09.10(3032800-⋅-=---=∆-∆=s kJ S T H W id热力学效率：acidW W =η 所以实际功率为：14.12852.008.257-⋅-=-==s kJ W P ac T4－28 有一锅炉，燃烧气的压力为1.013×105Pa ，传热前后温度分别为1127℃和537℃，水在 6.890×105Pa 149℃下进入，以 6.890×105Pa 260℃的过热蒸汽送出。
设燃烧气的1156.4--⋅⋅=K kg kJ C p ，试求该传热过程的损失功。
解：损失功)(200gas O H t L S S T S T W ∆+∆=∆=，需要分别计算水和燃烧气的熵变。
水的熵变计算，需要查得水的各个状态下的焓熵值，每个状态下需要内插求值 149℃ 5.0MPa 液态水的焓熵值计算10868.63109.507294009.50712.678-⋅=+⨯-=kg kJ H118236.15233.129405233.19375.1--⋅⋅=+⨯-=K kg kJ S149℃ 7.5MPa 水的焓熵值16533.63278.59394078.59355.266-⋅=+⨯-=kg kJ H118215.17317.19407317.11308.2--⋅⋅=+⨯-=K kg kJ S比较不同压力下的焓熵值可见，压力对液态水的焓熵值影响不大，也可忽略不计。
149℃ 6.890×105Pa 液态水的焓熵值计算，可利用表中与6.890×105Pa 这一压力最接近的压力25×105Pa 代替，不会产生太大误差。
149℃ 5.0MPa 液态水的焓熵值15370.62933.505294033.50565.676-⋅=+⨯-=kg kJ H118263.15255.129405255.19404.1--⋅⋅=+⨯-=K kg kJ S260℃ 6.890×105Pa 过热蒸汽的焓熵值计算： 260℃ 5×105Pa 过热蒸汽的焓熵值14.29819.293920409.29399.3022-⋅=+⨯-=kg kJ H113086.72307.720402307.73865.7--⋅⋅=+⨯-=K kg kJ S260℃ 7×105Pa 过热蒸汽的焓熵值165.297422.29321.3017-⋅=+=kg kJ H111437.72233.70641.7--⋅⋅=+=K kg kJ S260℃ 6.890×10Pa 过热蒸汽的焓熵值102.297565.297411.0265.29644.2981-⋅=+⨯-=kg kJ H111528.71437.711.021437.73086.7--⋅⋅=+⨯-=K kg kJ S燃烧气的熵变：114952.21400810ln56.421--⋅⋅-===∆⎰K kg kJ dT TC S T T p gas 以1kg 燃烧气为计算标准，忽略热损失，燃烧气放热量等于水的吸热量，并设加热水的质量为m kg对于等压过程有：⎰=∆=dT C H Q p 燃烧气放热量：⎰=∆=dT C H Q p 水的吸热量： )(12H H m H Q -=∆=所以：⎰--=537112712)(H H m dT Cp代入已知参数，得到：)5370.62902.2975()1127537(56.4--=-⨯m 解得：kg m 1470.1=总熵变：11094.64952.22-⋅+-=∆+∆=∆K kJ S S S O H gas t 损失功：kJ S T W t L 10776143.32980=⨯=∆=4－30 某工厂有一在1大气压下输送90℃热水的管道，由于保温不良，到使用单位，水温降至70℃，试计算热水由于散热而引起的有效能损失。