现代化工理论与技术作业

《化工热力学》作业：

1、试证明：以T 、V 为自变量时焓变为

V V p V T p T T T p V C H T V V V d d d ⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+=

H 2、试用下列水蒸汽的第二维里系数计算在573.2K和506.63kPa下蒸汽的Z、R

S。

及R

3、一台压缩机，每小时处理454kg甲烷及乙烷的等摩尔混合物。气体在422K、5MPa下离开压缩机。试问离开压缩机的气体体积流率为多少？

4、有一水泵每小时从水井抽出1892kg的水并泵入储水槽中，水井深61m，储水槽的水位离地面18.3m，水泵用功率为3.7KW的电机驱动，在泵送水过程中，只耗用该电机功率的45％。储水槽的进、出水位的质量流量完全相等，水槽的水位维持不变，从而确保水作稳态流动。在冬天，井水温度为4.5℃,为防止水槽输出管路发生冻结现象，在水的输入管路上安设一台加热器对水进行加热，使水温保持在7.2℃，试计算此加热器所需净输入的热量。

5、某理想气体（分子量为28）在0.7MPa、1089K下，以35.4kg.h-1的质量流量进入一透平机膨胀到0.1MPa。若透平机的输出功率为3.5KW，热损失6710 kJ.h-1。透平机进、出口连接钢管的径为0.016 m，气体的热容为1.005kJ/（kg﹒K），试求透平机排汽的温度和速度。

5160Nm h⋅，温度为1000℃，因工6、某化工厂转化炉出口高温气体的流率为3-1

艺需要欲将其降温到380℃。现用废热锅炉机组回收其余热。已知废热锅炉进水温度为54℃，产生3.73MPa、430℃的过热蒸汽。可以忽略锅炉热损失以及高温气体降温过程压力的变化，已知高温气体在有关温度围的平均等压热容为-1-1

36J kmol K

⋅⋅，试求：（1）每小废热锅炉的产气量；（2）蒸汽经过透平对外产功，透平输出的功率为多少？已知乏气为饱和蒸汽，压力为0.1049MPa，可以忽

略透平的热损失。

7、设有一股温度为90℃，流量为20kg/s的热水与另一股温度为50℃，流量为30kg.s-1的温水绝热混合。试求此过程产生的熵。此绝热混合过程是否可逆？

8、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。

9、有一逆流式换热器，利用废气加热空气。0.1MPa的空气由20℃被加热到125℃。空气的流量为1.5kg/s，而0.13MPa的废气从250℃冷却到95℃。空气的等压热容为1.04kJ/(kg·K），废气的等压热容为0.8404kJ/(kg·K），假定空气和废气通过换热器的压力与动能变化可忽略不计，而且换热器与环境无热量交换。环境状态为0.1MPa、20℃。求：①换热器中不可逆传热的有效能损失；②换热器的有效能效率。

10、求某催化裂化装置在没有烟气透平条件下，再生烟气排放的流动有效能损失。已知再生器的操作压力为0.19MPa （绝），环境压力为标准大气压，环境温度为15℃，烟气流量为90t/h ，平均相对分子质量为28。

《反应器设计与优化》作业：

1、用两只体积相等的全混流反应器串联进行乙酸和乙醇的酯化反应，每天产乙酸乙酯12000kg ，其化学反应式为：

)

()()()(2523623S O H R H COOC CH B OH H C A COOH CH +→+

原料中反应组分的质量比为A:B:S=1:2:1.35，反应液的密度为1020kg/m3，并假定在反应过程中不变。反应在100℃下等温操作，其反应速率方程为:

)

/(K C C C C k r S R B A A -=

已知100℃时，k=4.76×10-4L/（mol ·min ），平衡常数K=2.92。试计算乙酸转化35% 时，所需的反应总体积。若要对连串反应器进行优化，两个反应器的体积大小应如何分配？

2、已知一级反应在PFR中进行时，出口转化率为0.9。现将该反应移到一个CSTR 中进行，若两种反应器体积相同，且操作条件不变，问该反应在CSTR的出口转化率应为多少？

3、一液相反应A→P，其反应速率为

2

)

(

A

A

kC

r=

-。在CSTR中进行反应时，在一

定工艺条件下，所得转化率为0.5，今将此反应移到一个比它大6倍的CSTR中进行，其它条件不变，其能达到的转化率为多少？

4、生化工程中酶反应A→R为自催化反应，反应速率(-r

A )=kC

A

C

R

，某温度下

k=1.512m3/(kmol.min)，采用的原料中含A 0.99kmol/m3，含R 0.01kmol/m3,要求A的最终浓度降到0.01kmol/m3，当原料的进料量为10m3/h时，求：

（1）反应速率最大时，A的浓度为多少？

（2）采用CSTR，反应器体积是多大？

（3）采用FPR，反应器体积是多大？

（4）组合方式的最小反应器体积。

5、证明：对于一级反应，在二釜串联流程中反应，两釜体积大小相同，则其总体积为最小。

6、有一平行反应：

A

P R S

主反应副反应r P =k 1C A r R =k 22

r S =k 3C A

已知：1

1min 2-=k ，

P 为目的产物，R 、S 为副产物。如果不考虑未反应物料回收，试在等温条件下求： （1）在全混流反应器中所能得到的最大产物收率； （2）在平推流反应器中所能得到的最大产物收率；

（3） 假若未反应物料加以回收，采用何种反应器型式较为合理？