第二章熱力學(xué)第一定律及其應(yīng)用.

1、第二章熱力學(xué)第一定律及其應(yīng)用2-1空氣自1atm和250k（此時(shí)其焓值為 100Kcal/kg）被絕熱壓縮到10atm和 280k（此時(shí)其焓值為109Kcal/kg）。壓縮機(jī)出口空氣的速度為 60（ m/s）,試求出 每小時(shí)壓縮200 （kg）空氣時(shí)，壓縮機(jī)所需的功率（以 HP表示）。解：壓縮機(jī)所需的功率為L(zhǎng)s：Ls=mWs=mLH mf_u2（u 忽略不計(jì)）=200（19-100）+空 x 1 x （60）21 x 丄360 0.175360029.87.5=2.857+0.136=2.993HP2-2今有94C的熱水連續(xù)地從一貯桶以0.2273 m3 Imin的速度泵送。泵用馬達(dá)的功率為2

2、 （ HP,熱水在途中流經(jīng)一熱交換器，以10080Kcal/mi n的速度放出 熱量，并輸送到比第一貯桶高15 m的第二貯桶中去，試求輸往第二貯桶的水溫。已知94E熱水的密度為962.8 kg/m3，計(jì)算時(shí)所需水的焓值數(shù)據(jù)自蒸汽表中查 得。解：計(jì)算基準(zhǔn)1kg熱水每分鐘熱水流量為 -0.2273 962.8 =218.84kg/minH 二Q-Ws-gZ （忽略u(píng)2）2-10080 2 60 0.17515 9.81= + -218.84218.84427=-46.061-0.096-0.3446=-46.30 Kcal /kg查表：94C 時(shí)水的焓 H94.06Kcal / kgH2 =H46

3、.1x1.0614x8.314x3131.3501卜1.22 丿= 3.857 46.1 1.0614 8.314 313 0.3624= 1.7789 105KJ/h4.021.350 J -1.3501= 49.414kw如不考慮濕含量計(jì)算LS時(shí)L = _008 + _032+0.38 十-0 =2.5504k-11.3-1 1.4 -11.407 -11.4一1K=1.3921kLs=蘆PM卜P1丿1.39211.3921 1X 98100X 1.22 X 1000-1.3921 44.02 卜1.22丿1.3921=3.55 X 98100X 1.22 X 1000X 0.395=1.

4、678108J/h =1.678 105KJ /h=46.6kwn=1.0614C.多變壓縮 已知m=1.2,考慮了水蒸氣以后分子數(shù)增加了1 = mitm-41ALs =1 IIA 11m TiP丿J1.21.2-1-1.2 4X 46.1 X 1.0614 X 8.314 X 313=6X 46.1 X 1.0614 X 8.314 X 313X 0.2189=1.576 X 1.0614 X 105KJ /h=46.46kw2-4某化肥廠銅液泵將銅氨液由0.2 Kgf/cm2 （表壓）提高到出口壓力130 Kgf / cm2 1（表壓）,送入銅液塔的銅液流量為 4m3/hYl,試計(jì)算銅液泵

5、的理 論功耗。若銅液泵的機(jī)械效率為 85%問實(shí)際功耗為多少？解：-Ws=V（F2-R）=4 98 1 00 1 300. 2= 5.09 107J/h= 14.15kw N8.965HPWs18.965-Wsac= m = 22.31 HR0.852-5我國(guó)某化肥廠用一種六段壓縮機(jī)，生產(chǎn)能力為16000m3/h?1（以一段進(jìn)口狀 態(tài)計(jì)），已知給定條件為：（a）畫圖！ !?。╞）三段壓縮后送洗滌塔除掉CO?，總氣量減少28% V段壓縮后送銅洗，氣量 減少4%試計(jì)算上述壓縮機(jī)所需壓縮功率（以 kw表示）。解：已知生產(chǎn)能力為16000m3/h以一段進(jìn)口狀態(tài)計(jì)PMn =RT1 160000.0848

6、308= 612.6KmolsmnRTmJSm-13“.351.35 -1612.6 8.314 308= 1 1.57 61 2. 6 8. 31 4 308 0. 329 =5. 97 1 1KJ h /=1659kwIII段后氣量減少28%進(jìn)iv段的氣量為niv =Kmol niv 二 n：；：n 28 。=612.6-(612.6 X 0.28)=441 Kmol1.3551.35-1X441 8.314 308-1.35 J卜25丿=3. 68 8. 31 4 308 0. 241=1. 05 610J h/-291.kW1.4v 1.4-1X441 8.314 308“7.5丿 =

7、 3.5 441 8.314 308 0.2696= 1.058 X10 KJ /h =294kw進(jìn)VI前，氣量又減少4%進(jìn)VI段氣量為nVI KmolnVI =n 1-0.321=612.6 1-0.32 =4 1 6.molX416.6 8.314 308-11.4 J1.4-3. 5 4 1 6. 6 8. 3 1 4 308 0. 2 8 7=1. 072 61K0J h/= 2 9 7. 7W-Ls 總=- Ls I” + - Ls iv + - Ls v + Ls vi= 16592 01. 82 9 4. 02= 254 2kW2-6在煤氣發(fā)生爐的下吹階段為了利用燃燒室的蓄熱來(lái)予

8、熱水蒸汽，下吹蒸汽的流程是光經(jīng)燃燒室，然后再進(jìn)入煤氣爐，設(shè)水蒸氣進(jìn)、出燃燒室時(shí)的溫度分別是 100C和200r，試問每公斤分子水蒸汽從燃燒室吸取多少 KJ 的熱量？解：設(shè)蒸汽壓力為1.0atm查表：1.0atm 飽和蒸汽焓 H 1=639.2 Kcal / kg1. (atm 過熱蒸汽 200r 的焓 H2 =686.8Kcal / kgQ = ：H = H2 _已=686.8-639.2=47.6 Kcal / kg=358.656 KJ / Kmol2-7(a)出變換爐的氣體溫度為400C,經(jīng)熱交換器與入變換爐之濕混合煤氣交換 熱后，溫度降到240E，已知變換氣的成份是：氣體 出 CO C

9、O2 N2H2O (其他氣體不計(jì))成分(%) 31.51.518.010.038.0設(shè)每小時(shí)通過交換氣為4150 ( Nm3),求每小時(shí)交換氣與濕混合煤氣所交換的熱量。(b)如每小時(shí)通過熱交換器之濕混合煤氣為 4150 Nm3,入口溫度為180E，氣體的成分是：氣體 h2 co co2 n2 h2o (其他氣體不計(jì))成分(%) 19.016.0 6.011.0 48.0試求混合煤氣的出口溫度。解：a,每小時(shí)變換氣與濕混合煤氣所交換的熱量QQ=A H=n - XiHi 2 _ XiHi 1查附表：H2 CO CO2 N2513oK1666 1683 234316801960H2O637oK278

10、8 2828 411435323327Kcal / KmolKcal / Kmoln =4150/22.4=185.3 Kmol-Q=185.3(0.315 X 2788+0.015 X 2828+0.18 X 4114+0.11 X 3532+0.38 X3327)-(0.315 X 1666+0.015 X 1683+0.18 X 2343+0.11 X 1680+0.38 X 1960)=185.3(3313.9-1902.5)=261490 Kcal / hb、t忽略熱損不計(jì)二-Q變=0煤Q 煤=門 H煤n =185.3(與交換氣相同)煤氣用真實(shí)熱容計(jì)算：七22 H=n a bT cT

11、2 dTt1查得：H2Cp=6.424+0.1039X 10-2T-0.007804 X 10-5T2CO =6.480+0.1566 X 10-2T-0.02387 X 10-5T2CO2=6.393+1.0100 X 10-2T-0.3405 X 10-N2=6.529+0.1488 X 10-2T-0.0227 X 10-5T2H2O =6.970+0.3464 X 10-2T-0.04833 X 10-5T2H=185.30.19(6.424+0.1039 X 10T-0.007804 X45310 T2)+0.16(6.480+0.1566 X 10T-0.02387 X 10* T

12、2) +0.06(6.393+1.0100X 10T-0.3405 X 10 與 T )+0.11(6.529+0.1488 X 10 T-0.0227 X 10 與 T )+0.48(6.970+0.3464 X 10T-0.04833 X 10 Fe3O4 s 4H2 g(e) 2H2O I ; 2H2 gO2 g(以上諸反應(yīng)均為制氫反應(yīng))1(f) SO2 g-O2 g H2O I- H2SO4 I(g) Na2CO3 s 2NH4CI s；- 2NaCI s 2NH3 g H2O I1(h) CH3OH g -O2 g - HCHO g 出。I(i) C2H5OH O2 g一- CH3C

13、OOH H2O I解：a CH4 gH2O g - CO g 3H? g-17.889 -57.798-26.4157 0|_H0r=v h0產(chǎn)物八h0反應(yīng)物=-26.4157-(-17.889)+(-57.798)=49.272 KcaI / molb. CO gH2O g CO2 g H2 gL H 0r=-94.0518-(-26.415)+(-57.798)=-9.838 Kcal / molc. CH4 g ；- C s 2H2 gLh0r=17.889 Kcal / mold. 3Fe s 4H2O g 一- Fe3O4 s 4H2 gLh0r=-267+4 X 57.789=-3

14、5.8 Kcal / mole. 2H2O I 2H2 g O2 g1f. SO2 g O2 g H 2O l ； H 2SO4 lL H r=-193.91-70.960+(-68.3174)=-54.633 Kcal / molg. Na2CO3 s 2NH4CI s;2NaCI s 2NH3 gH2O lL H 0r=(-94.0518)+(-68.3174)+2 X (-11.040)+2 X (-98.232)-2 X (-75.38)+(-270.3)=-380.9+421.1=40.2 Kcal / mol1h. CH3OH g O2 g HCHO gH2O lLH0r=-57.

15、798-27.7+48.08=-37.418 Kcal / moli. C2H5OH O2 g CH3COOH HO IL H 0r=-115.72+(-68.314)-(66.340)=117.69 Kcal / mol2-10試?yán)脴?biāo)準(zhǔn)生成熱和物質(zhì)的焓值數(shù)據(jù)計(jì)算，CO g H2o g;八cq g h2 g反應(yīng)在700rk時(shí)的熱效應(yīng)。解：CO g H2O gCO2 g H2 gh； Kcal mol-26.4157 -57.7979 -94.0518 0L H r=-94.0518-(-26.415)+(-57.7979)=-9.8389 Kcal / mol查表：各組分的焓值：組份:COH

16、2OCO2 h225 C0.1741 0.20.2180.172Kcal / mol700 C3.047 3.5894.4592.978K c a/ m o lLhr(700)= Lhr+Lh 產(chǎn)- Lh 反)=-9.8389+(4.459-0.218)+(2.978-0.172)-(3.047-0.174)-(3.589-0.2)=-9.8389+7.047-6.262=-9.054 Kcal / mol132-11試導(dǎo)出2 N2 g 2日2 g - NH3 g反應(yīng)熱效應(yīng)和溫度的關(guān)系式LHr 二 f T已知：LH0r=-11O4O Ical 氣體 C p c a/l mo0l I KH 2

17、6.947-0.20 X 10-3T+0.481 X 10-6T2N2 6.524+1.250 X 10-3T-0.001 X 10-6T2NH3 6.086+8.812 X 10-3T-1.506 X 10-6T213解：LCpm=CpNH3CPCPh23 222-7.5965 8.487102. 2 7 1 0UHrt1 1040- 7. 5 96 5 8. 4lT7- 1 02r6227(5T 1011040-7.5965T 2264 4.243 10；T263-376.8-0.7425 10 T 19.65= 9133.15-7.5965T 4.243 10 ；T2 -0.7425 1

18、0T32-12 今有一氣體混合物，其組成為：SO2-8%, O2-10%, N2-82%,在1m400C時(shí)連續(xù)而均勻地進(jìn)入氧化爐， 在塔內(nèi)SO2氧化為SO3,氧化過程可認(rèn)為是 等壓的，氧化爐的熱損失可略而不計(jì)，設(shè)混合氣體中 SO2有80%氧化為SO3, 試求氣體離開時(shí)的溫度。已知：Lh0r=-23.99 Kcal 1氣體的Cp為：SO36. 0 7 7 2 3. 5 7 35T104. 66B T2 10SO21 1. 695 1. 08T102. 664 2! 1 0O26. 1 4 8 3. 1 0 23T100. 0 9冷子 1 0N26. 5241. 2 5護(hù)巧 0. 0勺 12 1

19、0解：計(jì)算基準(zhǔn)為1Kmol的氣體混合物1SQ Q = S Q有SO280渝化為SO3反應(yīng)掉 SO2 二 0.08 0.8 二 0.064Kmol反應(yīng)掉 02 =丄 0.064 =0.032Kmol2出口氣體組成SO2O2 n2so3總量Kmol 0.016 0.068 0.820.064 0.968%1.657.03 84.71 6.61100Lhr=-23.49 Kcal / mol因反應(yīng)過程中：Ws = 0， Q = 0LhJhR _h )。解：計(jì)算基準(zhǔn)為100Kmol天然氣反應(yīng)：CH4 2。2 CO2 2H2O-17900 0 -94050 -57800Kcal / KmolL H R

20、=-94050-2 X 57800+17900=-191750 Kcal反應(yīng)：C2H 6 O2 2CO2 3H 2O2-20230 0-94050 -57800Kcal / KmolLhR=2X( -94050) +3X( -57800) +20230=-341270 KcalO2的需要量為理論需要量的115%實(shí)際 O2= (96X 2+1.5 X 3.5) X 1.15=226.8 Kmol同時(shí)代入的 N2 量=226.8 79 =853.2Kmol21燃燒后的氣體組成：02=226.8-197.25=29.55 KmolN2 =853.2+2=855.2 KmolC02 =96+2X 1.

21、5+0.5=99.5 KmolH2O=96X 2+1.5 X 3=196.5 Kmol圖未畫！ ！=96 X( -191750) +1.5 (-341270) =-18919405KcalLH1LH2查表Cp (25 200E)數(shù)據(jù)Cp(25 1000E)CH4=9.41 X 96=903.4O2 =7.86 X 29.55=232C2H6=14.86 X 1.5=22.3N2=7.46 X 855.2=6379.8CO2 =6.97 X 0.5=3.5CO2 =11.76 X 99.5=1170N2 =6.93 X 2=13.9H2O =9.19 X 196.5=1806LH1=943.1

22、X( 25-200)LH2=9588X( 1000-25)=-165043 Kcal=9348300Kcal0損=入氣熱量的4.5%=165043 X 0.045=7427 KcalL Hr =-18919405-165043+9348300+7427.0=9728721 Kcal /100 Kmol3200天然氣量 n=142.86 Kmol22.47 Kcal1.4286 X 9728721=1.387 X 10 Kcal答：燃燒過程向反應(yīng)爐管所提供的熱量是1.387 X 107Kcal2-16 一立式石灰窯裝有純石灰石 （CaCO3）和純焦炭（C）,二者都是2525 C的干燥空氣自窯底吹

23、入，與窯內(nèi)的焦炭發(fā)生燃燒反應(yīng)生成 CO2,為窯內(nèi)的碳 酸鈣的分解提供熱量，石灰（CaO ）在510C下自石灰窯底口排出，設(shè)其中不含 焦炭或CaCO3，窯氣（僅含CO2和2）在316C下由窯的頂口離開，輻射熱損 失可忽略不計(jì)，試求在上述條件下所需原料石灰石和焦炭的克分子配比。已知：物質(zhì)L H0 l-K ca/l mb lCaCO3 （s）-289.5-151.7CaO （s）C (s )和 O2(g)0物質(zhì)Cp l.ca/ mol kCaO (s)10+4.84v 10巧 108000入 IU I2CO2 (g)10.34+2.74j3195500v 10 T -T2N2 (g)6.5+1.00

24、v 10tCO2 (g)-95.052解：計(jì)算基準(zhǔn)1 Kmol 的 CaCQ反應(yīng)式(1): CaCO3、CaO +CO?289500 151700 95052Kcal / KmolLHR =-151700-95052+289500=42748Kcal / Kmol畫圖！ ! !反應(yīng)(2): C *O2 CO20 0-95052Kcal / KmolLhR =-95052 Kcal / Kmol畫圖！ ！ ！ ！783H CaO 二 298 CPdT4 84 漢 1022( 11=10( 783-298) +7832 - 2982 +108 0 002(783 298丿=4850+1269-22

25、4 =5895 Kcal / KmolL H CO2=10.34 (589-298) +2.74 1025892 -2982 +1955001丿1589298丿=3009+354-324 =3038 Kcal / KmolLHn=6.5 (589-298) +1.00 1022 2589 -298=1892+129=2021 Kcal / Kmol求石灰石與碳的配比，設(shè)焦炭為 xKmol ,石灰石為1Kmol 根據(jù)能量守恒得：0R2Hgx _Hn揺x；”。-H CO2x (95052-3038-2021 X ) =42748+5894+30382153125 .x= =0.5743 Kmol8

26、3410石灰石與焦炭比是1:0.5743 ( Kmol )CaCO3分子量=100C的分子量=12公斤數(shù)之比=100 kg CaCO3: 6.89 kg C2-17有一礦石，含CaCOs-80%, MgCOa-12%, H2O-8%,將此礦石送石灰窯加熱燃燒，使它分解為石灰，窯內(nèi)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)有：CaCOs s ；CaO s CO2 gMgCO3 s MgO s CO2 gH2O l H?O g礦石進(jìn)窯時(shí)的溫度是30r，石灰和MgO出窯時(shí)的溫度是900r，生成的氣 體離開石灰窯時(shí)的溫度是200 r，已知水在0100r的熱容為1.0cal/g-k ， 水在25r時(shí)的汽化熱是583.2 l-cal

27、/g 1，CaCOa s和MgCQ s的Cp分別是 19.57和18.05 _cal/mol - C，試問每分解此種礦石1 kg需提供多少熱量。解：以1 kg礦石為基準(zhǔn)CaCO30.8/100=0.008 KmolH2O 0.08/18=0.004444 Kmol計(jì)算程序按下列程序進(jìn)行:畫圖！LH,=0.008 X 19.57+0.001622 X 18.05+0.0825-30=-1.329 KcalLhR計(jì)算如下:CaCO3 s ;CaO s i亠 CO2 gH R=42499Kcal / Kmol-288450-151900 -94051MgCO3 s 一 MgO s CO2 g-266

28、000-143840 -94051LHR=28109Kcal / KmolH2O l .一- H2O gLhR =583.2 Kcal / Kmol故總反應(yīng)熱效應(yīng)L H R =0.008 X 42499+0.001622 X 2810+0.08 X 583.2=432.24 Kcal1173H2 = 298 Gc aCCPcaO +GMgoCpMgO dT=0.00810(1173-298)+ X 0.0048( 11731 2 -2982)+108000 U173298 丿+0.001610.181173-298 +=108.59 KcalL H 3 =0.009622(1922.4-217.9)+0.004444(1629.2-200.3)=22.75 Kcal故所需熱量=Q=Hj IhR+LI h2+Lh3=-1.329+432.24+108.59+22.