化工热力学第六章-习题解答-0805

第六章习题解答1.求算在流动过程中温度为540℃，压力为5.0MPa的1kmol氮气所能给出的理想功为多少？取环境温度为15℃，环境压力0.1MPa。氮气的摩尔定压热容Cp=17.86+4.27×10-3TkJ·kmol-1·K-1。WidHT0SH813.15288.15T27.864.27103Td1.586104Sn813.15288.15T27.864.27103TTdRlnp2p131.14532.5251.38Wid1.586104288.151.381.6261042.某厂有一输送90℃热水的管道，由于保温不良，到使用单位时，水温已降至70℃，试求水温降低过程的热损失与损失功。设大气温度为25℃。解：管道中压力没有变化，且压力对焓、熵的影响可忽略，故采用饱和水的数据计算。HQWW0QHT1T2TCpTdH2H1292.98376.9283.94WLT0Sg298.150.044()13.119SgS2S1QT00.95491.192583.942980.0443.有一逆流式换热器，利用废气加热空气。空气从0.1MPa、20℃的状态被加热到125℃，空气的流量为1.5kg·s-1。而废气从0.13MPa、250℃的状态冷却到95℃。空气的比定压热容为1.04kJ·kg-1·K-1，废气的比定压热容为0.84kJ·kg-1·K-1，比定容热容为0.63kJ·kg-1·K-1。假定空气与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℃。试求：（1）换热器中不可逆传热的有效能损失D?（2）换热器的有效能效率？解：1空气；2废气HQWW0Q0H0m1cp1T1’T1m2cp2T2T2’m2163.8130.21.26kgs11.51.0412520()m20.8425095()DT0SgT0m1S1m2S22931.51.04ln398.15293.151.260.84ln368.15523.1530.966kJs1inBB1B20m2cp225020()T0m2cp2ln523.15293.15m2cp2cv2ln0.130.1inB1.260.842302931.260.840.5791.260.210.262()[]84.19kJs1outBB1’B2’m1cp112520()T0m1cp1ln398.15293.15m2cp29520()T0m2cp2ln368.15293.15T0m2cp2cv2ln0.130.1outB1.51.041052931.51.040.3061.260.84752931.260.840.2282931.260.210.262()52.92kJs1BoutBinB52.9284.190.6294.某制冷装置采用了R12为制冷剂，以25℃的饱和液体状态进入节流阀，离开阀的温度为-20℃。（1）假设此节流过程为绝热的，其有效能损失为多少？（2）若节流过程中制冷剂从环境吸收5.0kJ·kg-1热量，此时有效能的损失又为多少？设环境温度27℃，压力0.1MPa。BHT0S查表得，绝热S(-20℃)-S(25℃)≈0.01；不绝热S(-20℃)-S(25℃)≈0.05（1）B03000.013kJkg1（2）B53000.0510kJkg15.某工厂的高压蒸气系统，每小时能产生3.5t中压冷凝水，再经闪蒸产生低压汽回收利用，试比较下列两种回收方案的有效能损失。方案1：中压冷凝水1直线进入闪蒸器，产生低压蒸气2和低压冷凝水3；方案2：中压冷凝水经锅炉给水预热器和锅炉给水5换热变为温度较低的中压过冷水4，再进入闪蒸器，仍产生低压蒸气和低压冷凝水3。两方案入习题图2所示。各状态的状态参数和焓值、熵值如下表。假定忽略过程的热损失，环境温度298.15K。解：方案1：由于忽略过程的热损失且过程未做功故焓变为零H0hhl1x()hgx897631.41x()2744.3xx0.1257ssl1x()sgxs1.838010.1257()6.83080.1257[]2.466kJkg1K1WLT0StT0ms2s1298.153.51032.4662.4213()4.665104kJ方案2：由1变到4时的有效能损失可以由B4B1获得也可由B6B5获得。之后由4变为23可参考方案1.D41B1B4H1H4T0S4S1897676.1298.151.93842.4213()76.923kJkg1D65B6B5H6H5T0S5S6874.0653.1298.151.88872.3744()76.089hhl1x()hgx676.1631.41x()2744.3xx0.02116ssl1x()sgxs1.838010.02116()6.83080.021161.944kJkg1K1WLT0StT0ms2s1298.153.51031.9442.4213()4.981105kJ所以总的损失功为D413.5103WL76.9233.51034.9811052.2891058.有一单级压缩机压缩丙烷，吸入压力为0.3MPa，排出压力2.8MPa，进压缩机温度为20℃，处理量为20kmol·h-1。如果压缩机在绝热可逆下操作，问所需功率为多少？已知丙烷的摩尔定压热容为Cp=5.4+0.02T(kJ·kmol-1·K-1)S293.15TT5.40.02T()TdRlnp2p105.4lnT293.150.02T293.15()18.570T=914.48KWs20H20293.15914.48T5.40.02T()d2.172105kJh60.33kW9.一朗肯循环蒸气动力装置的锅炉供应2.45MPa（绝压）、430℃的过热蒸气给透平机，其流量为25200kg·h-1。乏汽在0.0135MPa压力下排至冷凝器。冷却水温21℃。假定透平是绝热可逆的，冷却器出口是饱和液体，循环水泵将冷凝液打回锅炉的过程也是绝热可逆过程。求：（1）透平所做的功；（2）泵功；（3）每千克蒸气从锅炉中吸收的热量；（4）如果一循环在锅炉的沸点223℃接受热量，在21℃冷凝排出热量，求最大功；（5）如果每小时从工艺蒸气中抽出0.29MPa、13800kg的蒸气作其他用途，剩余部分仍膨胀至0.0135MPa，求透平所做的功。（1）WsHNH2H1NH13335.6S17.254S2S17.254S2S2l1x()S2vx8.0763x0.70381x()7.2540x0.888H2H2l1x()H2vx2592.1x209.331x()2.325103Ws23253335.6()252002.547107kJh1（2）H4H3VH2OLp1.00181032.450.0135()1032.441kJkg1泵功2.441252006.151104kJh1（3）H383.96H486.401Q吸H1H43335.686.4013249.2kJkg111.压缩机出口氨的压力为1.013MPa，温度为30℃，若按下述不同的过程膨胀到0.1013MPa，试求经膨胀后氨的温度为多少？（1）绝热节流膨胀；（2）可逆绝热膨胀。解：（1）绝热节流膨胀过程是等焓过程，从P-H图上沿着等焓线可找到终态2为0.1MPa温度为10℃。（2）可逆绝热膨胀过程是等熵过程，同样沿着等熵线可找到终态2为0.1MPa时，温度为-33℃。因课本的图表无法查得所需数据，红色表示该值为假设值，本题仅显示解题思路。P1MPa11.02’230℃0.1-33℃10℃H