【环境】化工过程的能量分析习题
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⎰=21T T V dT C U ∆；同样，对于初、终态压力相等的过程有⎰=21T 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 =1.980calmol -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。
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)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 c3、(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. 34、(1分)0.1Mpa ,400K 的2N 1kmol 体积约为__________A 3326LB 332.6LC 3.326LD 33.263m5、(1分)下列气体通用常数R 的数值和单位，正确的是__________AK kmol m Pa ⋅⋅⨯/10314.833 B 1.987cal/kmol K C 82.05 K atm cm /3⋅ D 8.314K kmol J ⋅/6、(1分)超临界流体是下列 条件下存在的物质。
化工过程分析与综合习题答案
绘该流股，试举例说明。
∆H Q C W T T
W=1 Ts=10 Cp=10
若 Cp 不随 T 变化 ∆H 10 T 10
若C 10 0.05T 则∆H 0.05T 9.5T 100
若C 10 0.05T 则∆H 0.05T 9.5T 100
可见，若 Cp 不随 T 变化，图形为一直线; 若 Cp 随 T 增大，图形
进料变量数 c+2
合计
c+N+M+5
Nau 串级单元数 4
回流分配器 4
侧线采出单元数 1
传热单元数 4
合计
10
Nvu= c+N+M+5+10= c+N+M+15
d= c+N+M+15
2-5
2-6
2-7 简捷算法：Reflex Ratio：-1.3 Light Key：Methanol 0.95
Heavy Key：Ethanol 0.1585 Pressure：Condenser：1.9 公斤 Reboiler：1.8 公斤 最小回流比为：3.529 实际回流比：4.588 最小理论板数：14.47 实际板数：26.18 进料板：10.47 逐板计算：27 块塔板，11 板进料，塔顶采出：31.67kmol/hr，回流比：4.6
（2）1，（2,3,4,6），9,1-----（1，（2,3,4,6），9）
（3）（1，（2,3,4,6），9），8,3-----（1，（2,（3,4,8），6），9）
在（1,2,3,4,6,8,9）中有 3 个回路分别是（1,2,9），（3,4,8），（2,3,4,6）
（4）5 不在任何回路中，可首先计算。
化工热力学习题
化⼯热⼒学习题2-1 使⽤下述三种⽅法计算1kmol 的甲烷贮存在容积为0.1246m 3、温度为50℃的容器中所产⽣的压⼒是多少？（1）理想⽓体⽅程；（2）Redlich-Kwong ⽅程；（3）普遍化关系式。
2-2 欲将25kg ，289K 的⼄烯装⼊0.1m 3的刚性容器中，试问需加多⼤压⼒？2-3 分别使⽤理想⽓体⽅程和Pitzer 普遍化⽅法，计算510K ，2.5MPa 下正丁烷的摩尔体积。
已知实验值为1480.7cm 3·mol -1.2-4 试⽤下列⽅法求算473K ，1MPa 时甲醇蒸⽓的Z 值和V 值：（1）三项截尾维⾥⽅程式（2-6），式中第⼆、第三维⾥系数的实验值为： B = -219cm 3·mol -1 C = -17300 cm 6·mol -2（2） Redlich-Kwong ⽅程；（3）普遍化维⾥系数法。
2-5 某⽓体的p v T ⾏为可⽤下述在状态⽅程式来描述： p RT b RT pV ??-+=θ式中b 为常数，θ只是T 的函数。
试证明此⽓体的等温压缩系数Tp V V k ???? ????-=1的关系式为??-+=p RT b RT p RTk θ2-6 试计算含有30%（摩尔）氮⽓（1）和70%（摩尔）正丁烷（2）的⽓体混合物7g ，在188℃和6.888MPa 条件下的体积。
已知：B 11=14 cm 3·mol -1, B 22= -265 cm 3·mol -1, B 12= -9.5 cm 3·mol -1。
2-7分别使⽤下述⽅法计算171℃，13.78MPa 下⼆氧化碳和丙烷的等分⼦混合物的摩尔体积。
已知实验值为0.199m 3·kmol -1（1）普遍化压缩因⼦关系式；（2）Redlich-Kwong ⽅程。
2-8 有⼀⽓体的状态⽅程式Vab V RT p --=，a 及b 是不为零的常数，则此⽓体是否有临界点呢？如果有，⽤a 、b 表⽰。
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。
化工热力学习题集(附答案)
欢迎共阅模拟题一一．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 ）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 ）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 ⎛⎫∂∂∂⎛⎫⎛⎫=- ⎪ ⎪ ⎪∂∂∂⎝⎭⎝⎭⎝⎭a. X 1dlnγ1/dX 1+ X 2dlnγ2/dX 2 = 0b. X 1dlnγ1/dX 2+ X 2dlnγ2/dX 1 = 0c. X 1dlnγ1/dX 1+ X 2dlnγ2/dX 1 = 0d. X 1dlnγ1/dX 1– X 2dlnγ2/dX 1 = 014. 关于化学势的下列说法中不正确的是(A )A. 系统的偏摩尔量就是化学势B. 化学势是系统的强度性质C. 系统中的任一物质都有化学势D. 化学势大小决定物质迁移的方向15．关于活度和活度系数的下列说法中不正确的是 ( E )（A ）活度是相对逸度，校正浓度,有效浓度；(B) 理想溶液活度等于其浓度。
（C ）活度系数表示实际溶液与理想溶液的偏差。
（D ）任何纯物质的活度均为1。
（E ）的偏摩尔量。
20．下列关于ΔG 关系式正确的是（B ）A. ΔG= RT ∑X i ln X i B. ΔG = RT ∑X i ln ^a iC. ΔG = RT ∑X i ln γiD. ΔG = R ∑X i ln X i二、填空题1. 纯物质的临界等温线在临界点的斜率和曲率均等于_零____，数学上可以表示为________________________和________________________。
第五章化工过程的能量分析
1
本章主要内容： 本章主要内容：
运用热力学第一定律、第二定律、理想功、 运用热力学第一定律、第二定律、理想功、损 失功和有效能等概念对化工过程中涉及到的能量问 题进行系统地热力学分析， 题进行系统地热力学分析，旨在提高化工过程中的 能量利用率
2
5.1 能量平衡方程
1、能量平衡
能量守恒原理： 能量守恒原理：
进入体系能量=离开体系能量+ 进入体系能量=离开体系能量+体系内积累能量
δWs
1
δm1
2
δm 2
( Eδ m )1 + δQ = ( Eδm )2 − δW+d ( mE )体系 u1
δW=δWs + ( pVδm )1 − ( pVδm )2
u2
z1
dx1
1 2
( pVδm )
s
=Q
=0
摩擦损失
=Vdp+udu+gdZ+δF
蒸汽喷射泵或喷嘴中的喷射： 蒸汽喷射泵或喷嘴中的喷射： 1 ∆u 2 = −∆H 2
4
5.2 功热间的转化
高温热源
热机能量方程： 热机能量方程： Q = -Q -W 1 2
Q 热机对环境做功或者放出热量， 2和W 都为负值
T1 Q1
热机
W
热机效率： 热机效率：
低温受热器（冷却水）的熵变为： 低温受热器（冷却水）的熵变为：∆S3 =
776.1 =2.841kJ/(kg ⋅ K) 273.15
总熵变： 总熵变： ∆S总 =∆S1 +∆S2 +∆S3 =-0.412kJ/(kg ⋅ K)
9
孤立体系中实际过程需
化工热力学题库56计算
难度： 中 分值：10章节：第五章 化工过程的能量分析 知识点：功热转化，热力学效率，理想功 备注：南工大试题答案：（1）3#>2#>1#>4# 因为温度压力越高，蒸汽的作功本领越大；温度相同时，压力越高，蒸汽的作功本领越大；压力相同时，温度越高，蒸汽的作功本领越大； 任何温度压力下的饱和蒸汽比任何温度压力下的饱和水作功本领大。
（2）应尽可能利用高压蒸汽来做功，低压蒸汽来加热。
（3）300303()()298(0.3674 5.787)(104.92783)1063/x E T S S H H KJ Kg =---=---=43043()()(13442783)298(3.2534 5.787)684/id W H H T S S KJ Kg =---=---=-1. （10分）设有压力为1.013MPa 、 6.868MPa 、 8.611MPa 的饱和蒸汽和1.013MPa ， 573K 的过热蒸汽和8.611MPa ，573K 的饱和水，若这些蒸汽和水经充分利用后，最后排出0.1013MPa ， 298K 的冷凝水（即环境状态）。
（1）将它们做功本领从大到小排序，并说出如此排序的理由。
（不需要计算） （2）简要阐述如何合理利用蒸汽。
（3）计算3#（序号见下表）饱和蒸汽的E x 。
(4) 若将3#饱和蒸汽变成4#饱和水，环境温度为298K ，请计算此过程所做的理想功。
序号 P, MPa T,KS (KJ/Kg.K ) H (KJ/Kg ) 0# 水0.1013298 0.3674 104.9 1# 饱和蒸汽 1.013 453 6.582 2776 2# 过热蒸汽 1.013 573 7.13 3053 3# 饱和蒸汽 8.611 573 5.787 2783 4#饱和水8.6115733.25341344难度： 易 分值：13章节：第六章 蒸汽动力循环和制冷循环 知识点：制冷循环 备注：南工大试题 答案：1、1） 如右图08.5)16441866/()6.5141644()/()(/)428.2/8214)16441866(37)()3/37)6.5141644/(41800)/(41800/)212510125100=--=--====-=-===-=-==H H H H W q KWh KJ H H m mW P hKg H H q Q m s s T ε2. （13分）设有一制冷能力（冷冻量）为41800 kJ/h 的氨冷冻循环装置，蒸发温度-15℃，冷凝温度25 ℃，过冷度为5℃ 。
第6章 化工过程的能量分析
=1.315×106 kJ/h
Wid ,H
T0 298.2 6 QH (1 ) (5.641 10 )(1 ) THm 528.6
=2.459×106 kJ/h
2012-12-18
稳定流动化学反应过程理想功的计算 2. 稳定流动化学反应过程的理想功
某化学反应，理想功为正，向外供能；理想功 为负值，耗能。
标准终态下理想功计算 式 Wid H T0 S H 为标准反应热 H ＝ p H f
p
2012-12-18
H
H 2 H1 Q0 (WS ( R ) Wc ) Wid H T0 S
稳流过程的理想功只与状态变化有关，它仅取决
于流体的初态和终态以及自然环境的温度T0。
2012-12-18
由于实际问题都是不可逆的，因此对于实际的产
功过程所提供的功Ws<Wid；对于实际的耗功过程
，消耗的功Ws>Wid。
热功转换的不等价性
•功可以100%转变为热 •热不可能100%转变为功。 •热、功的不等价性正是热力学第二定律所 表述的一个基本内容。
2012-12-18
化工热力学的任务
化工过程的热力学分析 1、能量衡算。
2、分析能量品位的变化。
–化工过程总是伴随着能量品位的降低。
–一个效率较高的过程应该是能量品位降低 较少的过程。 –找出品位降低最多的薄弱环节，指出改造 的方向。
力学第一定律，过程产生的轴功为
Ws H mh 1680 (2677.6 3287.8)
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
化工过程的能量分析
熵增原理
自然界一切能够进行的过程都是向着熵增大的方向进行的。 通过以上讨论，我们可以得到以下结论： ⑴自然界一切自发进行的过程都是熵增大的过程； ⑵自发过程向着熵增大的方向进行； ⑶自发进行的限度；
3理想功、损失功和热力学效率
1）理想功 2 )损失功 3 )热力学效率
理想功是指系统在一定的环境下，沿着完全可逆的途 径从一个状态变到另一个状态所能产生的最大有用功或必 须消耗的最小有用功。 开系稳流过程的理想功计算式：
有效能的定义是系统由所处的状态变到基准态时所提 供的理想功，对于稳定流动过程，流体的有效能系有动能 有效能、势能有效能、物理有效能和化学有效能构成，一 般情况下，前两种有效能课忽略。当系统处于基准态时， 各部分有效能均为零。
5化工过程能力分析及合理用能
化工过程的热力学分析，是利用热力学第一、第二定律 分析过程中消耗功的大小及产生原因，以提高生产过程能 量的利用率。
Wid = ΔH - T0ΔS
损失功是由于过程的不可逆是系统产生熵而引起的作功 能力的损失，不可逆过程的损失功计算式： WL = T0 ( ΔSsys + ΔSsur ) = T0ΔSt = T0ΔSg 损失功WL反映了实际过程的不可逆程度。
热力学效率 要想获得理想功，工程就必须实在完全可逆的情况下进
二 化工过程的能量分析
化工过程需要消耗大量能量，提高能量利用率、合理地
使用能量已成为人们共同关心的问题。从最原始的意义上
来说，热力学是研究能量的科学，用热力学的观点、方法
来指导能量的合理使用已成为现代热力学一大任务。 进行化工过程能量分析的理论基础是
热力学第一定律 热力学第二定律。
主要内容
1能量平衡方程---热力学第一定律 2热力学第二定律及应用 3理想功、损失功和热力学效率 4有效能
化工过程能量分析.
第六章 化工过程能量分析1. 气体经过稳流绝热过程，对外作功，如忽略动能和位能变化，无摩擦损失，则此过程气体焓值 ( ).A. 增加 B ． 减少 C ．不变 D. 不能确定2. 要加热50℃的水，从热力学角度，用以下哪一种热源，损失功最小（ ） A.60℃的热水 B.80℃的热水 C.100℃的饱和蒸汽， D. 120℃的过热蒸汽3. 不可逆过程中孤立体系的（ ）A.总熵总是增加的，有效能也是增加的。
B.总熵总是减少的，有效能也是减少的。
C.总熵是减少的， 但有效能是增加的。
D. 总熵是增加的，但有效能是减少的。
4. 一封闭体系经过一变化，体系从25℃恒温水浴吸收热量8000kJ ，体系熵增25kJ/K ，则此过程是( )。
A. 可逆的B.不可逆的C. 不可能的5. 在431.15K 与286.15K 之间工作的热机的最大效率是 （ ） A. 91.77% B.50.70% C. 33.63% D.39.67%6. 体系从同一初态到同一终态，经历二个不同过程，一为可逆过程，一为不可逆过程，此二过程环境熵变存在（ ）。
A ．（ΔS 环）可逆< （ΔS 环）不可逆 B. （ΔS 环）可逆 >（ΔS 环）不可逆 C ．（ΔS 环）可逆 = （ΔS 环）不可逆 D ．（ΔS 环）可逆= 07. 按第二定律，无论什么过程体系的熵变 。
A.≤0B.≥0C.=0D.不确定8. 在孤立体系中，因不可逆性导致作功能力损失。
公式孤立S T W L ∆⋅=0（式中0T 为环境温度）是从传热过程推出的 。
A ．仅适用传热过程 B. 也适用传质过程 C ． 也适用流动过程 D. 任何过程都行9. 体系经不可逆循环又回到初态，则热温商的循环积分__________ A <0 Ｂ =０ C >010. 关于做功和加热本领的描述，不正确的是（ ） A 压力相同，过热蒸汽的做功本领比饱和蒸汽大。
B 温度相同，高压蒸汽的作功本领比低压蒸汽强。
化工热力学_Chapter6-7_习题与解答_III_201406
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化工热力学习题课-III （第六章、第七章） June 13, 2014
第六章 化工过程的能量分析 作业题(1,2)_(May 16 & 23, 2014)
取整个装置为体系，忽略各设备散热损失，且冷凝器出口的冷却水所 携带的㶲通常难以利用，可忽略，则总㶲损：
DK总 Ex5 -Ex6 Ws 4.438 106 0.9731106 1.2152 106 2.250 106 kJ
对废热锅炉作㶲衡算，忽略热损失，又无功交换，Ws=0，其㶲损：
热力化学第六章 化工过程热力学分析
Wid 耗功：a WS
T0 T0 Q低 Q 1 1 T L T I a T0 Q高 1 T H
T0 1 T L T0 1 T H
100%转化为理想功。 100%转化为理想功。
E XP
E XPh 部分转化为理想功。 E XC 部分转化为理想功。
稳流过程，流体具有的总有效能为：
EX EXK EXP EXPh EXC
6.3 过程热力学分析法
1）动能 和位能 100%转化为理想功。
E XK
2） 物理
6.2 化工单元过程的热力学分析
1. 流体流动过程的热力学分析 问题的提出： 由于流体流动有摩擦，包括流体的内摩擦及 流体与管道、设备的摩擦，使流体的一部分机械 能耗散为热能，导致功损耗，并有熵产生。 流体流动的推动力是压力差，为不可逆过程， 也有熵产生。 讨论流体流动过程的功损耗应首先找出熵产生 与压力降之间的关系：Δ Sg Δ p
6.2 化工单元过程的热力学分析
(4)换热过程的热力学效率： 例题6-9
H L Wid WL Wid a H H Wid Wid 无温差的传热过程，若无散热损失： a 1，但实际 生产中均为不可逆的有温差传热：
H L Wid Wid
a 1
思考： (1)热量全部回收，仍有功耗，为什么？
T Q ) Q(1 0 ) T T
|QH|=|QL|=Q
T0 ) TH T L Wid Q (1 0 ) TL
H Wid Q (1
损耗功： WL W
H id
T0 (TH TL )Q W TH TL
L id
化工热力学第六章化工过程能量分析
j
out
i
in
不可逆绝热过程： Sg 0
则有：
m j s j mi si
j
out
i
in
当流体通过节流阀时，只有一股流体 mi m j m
故： Sg m s j si mS
S ——流体经过节流阀时熵的变化
由此可见：节流过程 Sg 应大于零（不可逆过程）。
可逆绝热过程： Sg 0
由于循环装置不对外做功：
WS (R) 0 （无轴功交换）
热力学第一定律： H Q1 Q2 0
热力学第二定律： (Ssys Ssur ) 0 S sys 0
Ssur
Q T
Q1 T1
Q2 T2
Q1
(1 T2
1) T1
所以，只考虑两个热源的情况下：
Q1
(1 T2
1) T1
0
不可逆 可逆
， 3) 流体流经节流阀或多孔塞 当流体流经阀门或孔板等装置
H 0, H1 H2
（6-7）
即节流过程为等焓流动
4）流体流经蒸汽喷射泵及喷嘴
H 1 mu2 0 2
（6-8）
——称为绝热稳定流动方程式。
流体流经喷射设备时，通过改变流动的截面积，将流体自身的焓转变为动能， 从而获得较高的流速。
u2 2(H1 H2 )
j
i
m1 m2 s3 m1s1 m2s2
m1s3 s1 m2 s3 s2
m1C
id p
ln
T3 T1
m2C
id p
ln
T3 T2
100.01ln 433.3 51.01ln 433.3
500
300
1.446 1.857 0.411kJ K 1 s1
化工节能题库（唯一全）
化工节能题库（唯一全）填空题1、能源是指可以直接或通过转换为人类生产与生活提供能量和动力的物质资源。
2、满足力平衡、热平衡、和化学平衡的状态即为热力学平衡状态。
3、一个系统的一般的火用衡算方程式为：输入系统的火用=输出系统的火用+火用损失+系统火用的变化。
4、常用的热力学分析法有能量衡算法、有效能分析法、熵分析法。
5、离心泵的实际工作情况由泵的特性和管路特性共同决定。
6、过程工业的生产系统可以分为以下三个子系统：工艺过程子系统、热回收换热网络子系统和蒸汽动力公用工程子系统。
7、热机设置的原则是不跨越夹点。
8、欧拉通用网络定理为：Umin=N+L－S。
9、热泵精馏的原理就是把塔顶蒸汽加压升温，使其返回用作本身的再沸热源，回收其冷凝潜热。
10、按对环境的污染程度，能源可分为清洁能源和非清洁能源。
1、能源是指可以直接或通过转换为人类生产与生活提供能量和动力的物质资源。
2、满足力平衡、热平衡、和化学平衡的状态即为热力学平衡状态。
3、一个系统的一般的火用衡算方程式为：输入系统的火用=输出系统的火用+火用损失+系统火用的变化。
4、常用的热力学分析法有能量衡算法、有效能分析法、熵分析法。
5、离心泵的实际工作情况由泵的特性和管路特性共同决定。
6、热泵设置的原则是跨越夹点。
7、单股冷热流传热温差达到△Tmin的点称为网络夹点。
8、欧拉通用网络定理为：Umin=N+L－S。
9、过程工业的生产系统可以分为以下三个子系统：工艺过程子系统、热回收换热网络子系统和蒸汽动力公用工程子系统。
10、可以通过分支或调整网络结构来清除装置中的网络夹点。
1、按对环境的污染程度，能源可分为清洁能源和非清洁能源。
2、节能的途径有结构节能、管理节能、技术节能三个方面。
3、描写系统状态的物理量可以分为强度量和广延量两类。
4、完全的热力学平衡具有热平衡、力平衡、化学平衡。
5、流体节能有选用合适的流体机械、合理选择流量调节方法两大途径。
6、离心泵的实际工作情况由泵的特性和管路特性共同决定。
化工热力学习题及答案 第四章 化工过程的能量分析
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 。
化工能量分析
敞开系统： 敞开系统：
QK ∆S产 = ∆S敞开系统 + ∑ ( m j S j )出 − ∑ ( m i S i )入 − ∑ j i K TK
∆S热源 Q热源 − Q系统 = = T热源 T热源
功源
∆S功源 = 0
Q系统 得 ∆S封闭系统 ≥ T热源
封闭系统热力学第二定律数学表达式 (3.3)敞开系统: 敞开系统:
QK + ∑ ( m i S i )入 − ∑ ( m j S j )出 ∆S敞开系统 ≥ ∑ K TK i j
热流熵 得
入流熵
τ m1 m2 m1
m2
W = ∫ pvδmout = − ∫
τ
pvdm
Q = m2U 2 − m1U 1 − ∫ hdm
m1
m2
快速放气近似绝热, Q=0,
理想气体
m2U 2 = m1U1 + ∫ hdm
γ −1 γ
m2
m1
p T = T1 ( ) p1
容器中剩余的气体质量
p2V p2V p m2 = ( ) = T2 R T1 R p2
9．热力学第一定律和能量衡算 大量事实所证明 (1)静止、封闭系统，非流动过程 静止、封闭系统，
∆U = Q − W
(2)敞开系统 (2)敞开系统 进-出=积累 (δQ+einδmin)-(δW+ eoutδmout)=dE 经历时间τ 经历时间τ后，可积分
Q = ∆E + ∫ (eout δmout − ein δmin ) + W
V m 2 − m1 = ( p2 − p1 ) RT1
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【关键字】环境第5章化工过程的能量分析一、是否题1．系统熵增加的过程必为不可逆过程。
错2．绝热过程必是定熵过程。
错3. 热温熵即过程的熵变。
错。
过程熵变的定义为，即可逆过程的热温商才是熵变。
4．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熵变化？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熵变，可以设计一系列可逆过程来计算有相同初、终态的过程熵变。
5. 不可逆过程一定是自发的，自发过程一定是不可逆的。
否。
自发过程一定是不可逆的，但不可逆过程不一定是自发的。
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，但一定会引起其他变化。
例如，理想气体等温膨胀是ΔT=0；ΔU=0，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 ⊿T ＝0, ⊿S＝0B ⊿T ＝0, ⊿S＞0C ⊿T ≠ 0, ⊿S＞0D ⊿T ＝0, ⊿S＜0(B)。
系统工质经历一个可逆定温过程，由于温度没有变化，故该系统不能与外界交换能量。
2．（1）孤立体系的熵永远增加。
（2）在绝热的条件下，趋向平衡的过程中，体系的熵增加。
（3）孤立体系的熵永不减少。
（4）可用体系的熵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熵值增大的方向进行，直到体系的熵具有极大值（dS = 0）时达到平衡态。
(4) 熵增原理必须在孤立体系或绝热体系中应用。
3．在△H＋g△Z＋0.5△u2=Q+Ws中，如果u的单位用m/s,则H的单位为:A J/sB kJ/kgC J/kgD kJ/g( C )三、填空题1能量衡算式一般形式2封闭体系能量衡算式3稳定流动体系能量衡算式4非流动体系理想功的计算式或者流动体系理想功的计算式，忽略动能和势能变化，稳态流动过程损失功的计算式.四、计算题1. 试确定1kmol的蒸气（1470kPa，过热到，环境温度t0=）在流动过程中可能得到的最大功。
解：这是求算1kmol的蒸气由始态（，1470kPa）变化到终态（，101.32kPa）的液体水时所得到的最大功。
由过热水蒸气表查得初始态时的焓与熵分别为H1=3543.34kJ/kg，S1=7.6584kJ/（kg·K）由饱和水蒸气表可查得终态时水的焓与熵分别为H2=67.18kJ/kg，S2=0.2389kJ/（kg·K）所以过程的焓变和熵变分别为H =M（H2－H1）=18.02（67.18－3543.34）=－62640.33（kJ/kmol）S=M（S2－S1）=18.02（0.2389－7.6584）=－133.6994（kJ/（kkmol·K））若理想功为所能提供的最大有用功，则Wid=H－T0S=－62640.33＋（16＋273.15）（－133.6994）=－2.398×104（kJ/kmol）2.确定冷却45kmol/min的空气，从初始温度305K降低到278K所需的最小功率Nmin，环境温度305K。
已知空气的比热容为29.3kJ/（kmol·K）。
解：在冷却过程中，空气的焓变和熵变分别为过程所需的最小功为W id=∆H －T0∆S=－791.1－305（－2.7158）=37.2（kJ/kmol）所以这一冷却过程所需的最小功率为N id=nW id=45×37.2=1674.0（kJ/min）=27.9kW3. 在一个往复式压气机的实验中，环境空气从100kPa及5℃压缩到1000kPa，压缩机的气缸用水冷却。
在此特殊实验中，水通过冷却夹套，其流率为100kg/kmol（空气）。
冷却水入口温度为5℃，出口温度为16℃，空气离开压缩机时的温度为145℃。
假设所有对环境的传热均可忽略。
试计算实际供给压气机的功和该过程的理想功的比值。
假设空气为理想气体，其摩尔定压热容C P=29.3kJ/（kmol·K）。
解：以被压缩的空气为系统，以1kmol空气作为基准。
假设空气为理想气体，在此过程中空气放出的热量为Q=－W W C P，W（t out－t in）式中W W为冷却水的流率；C P,W为水的热容，取值为4.18kJ/（kg·K），t out和t in分别为冷却水的出、入口温度。
所以Q=－100×4.18（16－5）=－4.598×103（kJ/kmol）压缩过程中空气的焓变为若忽略此压缩过程中动能和势能的变化，则所需的功为W S=H∆－Q =4.102×103＋4.598×103=8.700×103（kJ/kmol）过程的熵变可以按下式计算所以压缩过程的理想功为W id=∆H－T0∆S=4.102×103－278.15（－7.199）=6.104×103（kJ/kmol）因此实际供给压气机的功与该过程的理想功的比值为W S/W id=8700/6104=－1.4254. 水与高温燃气进行热交换转变成260℃的恒温蒸气，在此过程中，燃气温度由1375℃降到315℃，已知环境温度为27℃。
试确定1kg气体由于热交换过程，其有效能的降低值，设气体的比热容为1kJ/（kg·K）。
解：若忽略在进行热交换过程中燃气动能和位能的变化，则有效能的降低可表示为△B=B 2－B 1＝（H 2－T 0S 2）－（H 1－T 0S 1）将上式整理可得△B=（H 2－H 1）－T 0（S 2－S 1）其中T 0＝27＋273.15＝300.15（K ）H 2－H 1＝C P （T 2－T 1）＝－1060.00kJ/kgS 2－S 1＝2121(/)ln(/) 1.030/()T P P T C T dT C T T kJ kg K ==-⎰因此该过程有效能的降低为△B ＝－1060.00－300.15（－1.030）＝－750.72（kJ/kg ）5. 如果空气绝热节流膨胀，从2100kPa 降到100kPa 不做任何功。
若传热以及位能和动能变化均可忽略，试提出一些假设，确定此过程所产生的功损失。
解：假设环境温度T 0＝25＋273.15＝298.15（K ），并假定空气为理想气体。
绝热节流膨胀，Q ＝0，△H ＝0，△T ＝0，所以过程的熵变为△S ＝－Rln （p 2/p 1）＝－8.314ln （100/2100）＝25.312（kJ/（kmol ·K ）） 若忽略传热以及位能和动能的变化，此过程所产生的功损失为W L ＝T 0△S －Q ＝298.15×25.312－0＝7.547×104（kJ/kmol ）6. 两股热水在绝热条件下相混合，其中一股水的温度为353.15K ，流量为25kg/s ；另一股水的温度为313.15K ，流量为30kg/s 。
以知环境温度为298.15K ，试计算这一混合过程有效能的降低。
解：设温度为353.15K 的水的流量用a 表示，下标a 表示其性质；用小标b 表示温度为313.15K 的水的性质，b 表示其流量；下标m 表示混合后水流的性质，m 表示混合后水的流量。
由饱和水和饱和水蒸汽表可查得两股水的焓和熵为H a =334.91kJ/kg ， S a =1.0753kJ/（kg ·K ） H b =167.57kJ/kg ， S b =0.5725kJ/（kg ·K ） 由此可计算出混合前两股水的有效能函数为B a =H a －T 0S a =334.91－298.15×1.0753=14.309（kJ/kg ） B b =H b －T 0S b =167.57－298.15×0.5725＝－3.121（kJ/kg ） 由于混合过程是在绝热条件下进行的，其焓平衡方程为 aH a ＋bH b =mH m 所以混合后水流的焓为 H m =25334.9130167.572530a b aH bH m +⨯+⨯=+=243.63（kJ/kg ） 根据H m 的值由饱和水和饱和水蒸汽表可查得混合后水流的温度为331.36K ，进而可查得混合后水流的熵为S m =0.8085kJ/（kg ·K ），这样混合后水流的有效能函数为 B m =H m －T 0S m =243.63－298.15×0.8085=2.576（kJ/kg ） 于是这一混合过程的有效能降低为△B=mB m －aB a －bB b =55×2.576－25×14.309－30（－3.121）＝－122.42（kJ/s ）7.试求将1kg ，0.6MPa 的空气，按如下条件变化时的热量变化，以及有效能变化。
取环境温度为25℃（298K ）。
（1）等压下由-38℃加热至30℃； （2）等压下由30℃冷却至-170℃。
解：由空气的T —S 图可查得0.6MPa 下各温度状态的焓及熵值如下： -38℃（235K ），H 1=11620 J ·mol -1S 1=104 J ·mol -1·K -1 30℃（303K ），H 2=13660 J ·mol -1 S 2=111 J ·mol -1·K -1 -170℃（103K ），H 3=7440 J ·mol -1 S 3=77 J ·mol -1·K -1 （1）等压加热热量 ()kJ Hp 3.701162013660291=-⨯=∆ 有效能变化（2）等压冷却热量 kJ Hp 5.214)136607440(291-=-⨯=∆ 有效能变化8. 试求1kmol ，300K 的空气，由0.1MPa 等温可逆压缩到10MPa 的轴功和理想功。
环境温度取T 0为298K 。
解：由空气的T —S 图可查得，在300K 下，各压力状态下的焓值和熵值如下： 0.1MPa ，H 1=13577 kJ ·kmol -1 S 1=126 kJ ·kmol -1·K -1 10MPa ，H 2=1300 kJ ·kmol -1 S 2=87 kJ ·kmol -1·K -1 稳流系统 ΔH=Q ＋W S 可逆过程 W S =Q rev ＋ΔH其中可逆热Q rev =T ΔS=T （S 2—S 1）=300×（87—126）=-11700 k J ·kmol -1所以 111700(130013577)11123S rev W Q H kJ kmol -=-+∆=+-=⋅理想功 0id W H T S =∆-∆计算结果表明，等温下将空气从0.1MPa 压缩至10MPa 时，其消耗的理想功比可逆轴功要少一些，这是因为压缩时放出的热量可逆地传递给环境，环境获到了部分功，消耗的功最少。