化工热力学应用及计算考试考试关于

五、化工热力学应用及计算题

1、已知50Kg 的丙烷气体，需要在137℃、5Mpa 的条件下贮存。欲设计一个压力容器，请提供该容器的体积设计参数。请分别据两种方法进行计算：

（1） 普遍化三参数压缩子法 （2） 真实气体状态方程法

设丙烷符合R-K 方程)

(5.0b T a

b RT P +--=υυυ 说明：答题时只需给出解题的步骤和方法，不必给出具体结果。

注意：公式中每一参量必须作出说明：根据已给条件，直接代入公式中每一参

量的具体数值和单位必须作出说明，而在计算时已知条件不足的均须自

行补充说明（其中a 和b 不必列出公式）。否则相应步骤的得分值为0。

解：（1）普遍化三参数压缩因子法：（共6分） （1分）

⇒=

=

c

r c

r T T T P P P （1分）查压缩因子表得Z 0和Z 1

（1分）1

0Z Z Z ⋅+=⇒ω

（1分）P

T

Z ZRT P 丙烷μυυ314.8=⇒= （1分）如P 、T 、υ量纲不正确，则

扣1分

如果T 量纲为[K] ，P 量纲为[pa] 则υ量纲为[g m /3

]； 如果T 量纲为[K] ，P 量纲为[Kpa] 则υ量纲为[Kg m /3

]。

（1分）)(50

V 3

m m υυ==∴ （υ量纲为[Kg m /3]） （2）真实气体状态方程法：（共7分） （4×1=4分）)(5.0b T a b RT P +--=

υυυ 已知.K)/(314.8kg KJ R 丙烷

μ=

K T kpa p 4101053=⨯=

（1分）而

c

c C C c

c

C C P T R b P T R f b P T R a P T R f a /0864.0),,(/42748.0),,(5

.22⋅====或或

须查取丙烷的临界参数

（1分）据)

(5.0b T a b RT P +--=

υυυ，经试差计算得υ（Kg m /3

），

（1分）)(50

V 3

m m υυ==∴ （υ量纲为[Kg m /3]）

2、某纯物质B 由1 .013Mpa ，453K 的饱和蒸汽变为4 .052Mpa ，653K 的过热蒸汽。（1）试设计以偏离函数为基础的计算过程△H 的路径框图，并写出各步骤的计算过程的焓变及△H 总表达式；列出所用到的主要公式，不需算出最后结果。（2）简要说明计算过程△H 为何要引入偏离函数的概念。

（假设已知理想气体的Cp= a+bT+cT 2，偏离焓H R ）。

解：（1）共9分

4分

R R H H H H 2*1+∆+-=∆ 2分

1+1+1=3分

（2）共4分

如据 计算，一方面：对于真实流体特别

是新开发的物系，其热容往往比较缺乏；另一方面真实流体的状态方程比较复杂，即计算较繁琐、工作量大。基于此，则工程中计算过程△H 可引入剩余性质的概念，计算较简单、方便。 1+2+1=4分

六、应用及计算题（39分） 每题13分

1、有两股压力分别是12.0 MPa 和1.5 Mpa 的饱和蒸汽。

(1)如用于作功，经稳流过程变成25℃的饱和水，求W id (T o =298K) 。 (2)如用作加热介质，经换热器后变成25℃的饱和水，求换热量Q 。 对计算结果作综合分析，在化工设计和生产过程中如何合理地使用这两股蒸汽？

已知：各状态点一些热力学参数，见表1。

H 2R -H 1R ∆H=? B 过热蒸汽4 .052Mpa ，653K B 饱和蒸汽(理气) 1 .013Mpa ，453K B 饱和蒸汽

1 .013Mpa ，453K

B 过热蒸汽(理气) 4 .052Mpa ，653K ∆H*

653453

32653

453

2

653

453

*

|)3

1

5.0()(0CT BT AT dT CT BT A dT C H H H P P T ++=++=+

=∆+∆=∆⎰

⎰dP T V

T V dT C H P P p P ⎰

⎰∂∂-+=∆21

])([653

453

表1. 装置各状态点一些热力学参数 状态点 t ／℃ P ／MPa 状态 H ／kJ ·kg -1 S ／kJ ·kg -1·k -1 1 324.8 12 饱和蒸汽 2684.9 5．4924 2 198.3 1.5

饱和蒸汽

2792.2 6．4448 3

25

0.008169 饱和水

104.89

0．3674

解：1.（1） 3+1×2=5分 0,1,2(104.892684.9)298(0.3674 5.4924)1052.8/(104.892792.2)298(0.3674 6.4448)876.3/id id id W H T S

W KJ Kg W KJ Kg =∆-∆=--⨯-=-=--⨯-=- （2） 3+1×2=5分

12(104.892684.9)2580.1.8/(104.892792.2)2687.3/Q H

Q KJ Kg Q KJ Kg

=∆=-=-=-=- (3) 高压蒸汽的作功本领比低压蒸汽强。高压蒸汽的加热能力比低压蒸汽弱，因此用低压蒸汽作为工艺加热最恰当，并可减少设备费用。 1.5+1.5=3分

八、简答题

1．写出①稳定流动系统热力学第一定律的一般形式；②当流体流经泵和③流经换热器时系统热力学第一定律的简化形式。、 答：稳定流动系统的热力学第一定律表达式为：s W Q z g u H +=∆+∆+

∆2

2

1 (1) 流体流经换热器传质设备

W s =0；另外，考虑动能项和势能项与焓变之间的数量级差别，动能项和势能

项可以忽略，即02

1

2≈∆u ，0≈∆z g ；因此，稳流系统热力学第一定律可化简为：

Q H =∆

流体流经泵、压缩机、透平等设备

在数量级的角度上，动能项和势能项不能与焓变相比较，可以忽略，即

02

12

≈∆u ，0≈∆z g ；即：s W Q H +=∆ 若这些设备可视为与环境绝热，或传热量与所做功的数值相

比可忽略不计，那么进一步可化简为：s W H =∆

2．完成相平衡体系求解过程框图。假设体系为部分理想系，已知总压及液相各