1、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展加热，使水温保持在7.2℃，试计算此加热器所需净输入的热量。
【解】：流动体系由水井、管路、泵、加热器和储水槽组成。
计算基准：以一小时操作记，
1?? 稳流过程：Q?Ws?ms??h?g?z?u2?
2??g??z?9.81?79.3?777.933kJ?kg-1
12?u?0 2N3.7?103?0.45Ws???3168.08J?kg-1?3.168kJ?kg-1
Q1892?13600 水热容：CP?4.184?103J?kg-1?K-1
?h?CP?T?4.184?103??7.2?4.5??11296.8kJ?kg-1
1??Q??mws?m??h?g?z?u2?
2???1892??3.168?11.297?0.778??16851.7kJ?h?8.906kJ?kg?4.68kJ?s-1-1-1
2、为远程输送天然气,采用压缩液化法。假设天然气按甲烷计算，将1kg天然气自
0.09807MPa、27℃绝热压缩到6.669MPa,并经冷凝器冷却至27℃。压缩机实际的功耗为
1021kJ?kg-1,冷却水温为27℃。试求冷凝器应移走的热量，压缩、液化过程的理想功、损
耗功与热力学效率。甲烷的焓和熵值如下
压力?MPa? 0.09807 6.667
温度〔℃〕
27 27
Q?0h?kJ?kg-1?
953.1 886.2
s?kJ?kg-1?K?1?
7.067 4.717
Q??12甲烷:P?P?t3?27C 1?0.09807Mpa. t1?27C???2?6.669Mpa.t2???:Ws?1021kJ?kg-1t0?27C
求：Q2?? 压缩.汽化过程Wid??WL???a?? 解：压缩过程:
h1?953.1kJ?kg-1s1?7.067kJ?kg-1?K-1
h2?886.2kJ?kg-1s2?4.717kJ?kg-1?K-1
Wid??H?T0?S??886.2?953.1??300?4.717?7.067??638.1kJ?kg-1
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?H?Q1?Q2?WsQ1?0、?H?886.2?953.1??66.9kJ?kg-1
Q2??H?Ws??66.9?1021??1087.9kJ?kg-1 ?Sswr??1087?3.63kJ?kg-1?K-1 300WL?T0??Ssys??Sswr??300?4.717?7.067?3.63??382.9kJ?kg-1
?a?Wid638.1??0.625 Ws1021(损耗功:或:WL?Ws?Wid?1021?638.1?382.9kJ?kg-1)
3、有一温度为90℃、流量为72000kg?h-1的热水和另一股温度为50℃、流量为108000kg?h-1的水绝热混合。试分别用熵分析和有效能分析计算混合过程的有效能损失。大气温度为25℃。问此过程用哪个分析方法求有效能损失较简便？为什么？
解：m1cp(t3?t1)??m2cp(t3?t1) 求得t3?66C Q＝0 W3＝0 ΔH＝0 熵分析法
?Sg?(m1?m2)S3?m1S1?m2S3??m1S3?m2S3?m1S1?m2S3
?m1(S3?S1)?m2(S3?S2)?m1cpln?72000?4.184lnT3T?m2cpln3 T1T2339339?108000cpln?1240.8kJ?h-1 363323??EX?WL?T0?Sg?3.7?105kJ?kg-1
有效能分析法
?EX?EX3?EX1?EX2
?(m1?m2)[(H3?H0)?T0(S3?S0)]?m1[(H1?H0)?T0(S1?S0)?m2[(H2?H0)?T0(S2?S0)?(m1?m2)cp[(H3?H0)?T0lnT3TT]?m1cp[(T1?T0)?T0ln1)]?m2cp[(T2?T0)?T0ln2)] T0T0T0=(72000+108000)?4.184[(66-25)-298ln363363?72000?4.184(90?25?298ln)298298
?108000?4.184[(50?25)?298ln323] 298?1.947?106?1.868?106?4.489?105?3.7?105kJ?h-1
4、乙醇〔1〕—甲苯〔2〕二元系统的气液平衡实验测得如下数据：
T?318K，p?24.4kPa，x1?0.300，y1?0.634。并318K纯组元的饱和蒸气压为
s?10.05kPa。 p1s?23.06kPa, p22 / 12
设蒸气相为理想气体，求
〔1〕液体各组元的活度系数；
〔2〕液相的?G和GE的值；
〔3〕如果还知道混合热，可近似用下式表示：
?H?0.437 RT试估算在333K，x1?0.300时液体混合物的GE值。 解：〔1〕根据?i?yiP sPixi得：?1?y1P0.634?24.4??2.2361 23.06?0.3P1sx1?2?y2P(1?y1)P(1?0.634)?24.4???1.2694 ssP2x2P2(1?x1)10.05?(1?0.3)〔2〕根据GE?RT?xiln?i
得：GE?8.3145?318(0.3ln2.2361?0.7ln1.2694)?1079.8(J?mol?1)
?i 根据?G?RT?xilna得：?G?RT?xiln(?ixi)?RT?x1ln(?1x1)?x2ln(?2x2)?
?8.3145?318[o.3ln(2.2361?0.3)?0.7ln(1.2694?0.7)]
??535.3(J?mol?1)
〔3〕
?H?0.437 RTHE?H?据 RTRTHE?0.437R 得T?(GE/T)HE0.437R?[]P.x??2??
?TTTGE0.437R?d()??dT〔恒P，x〕
TTE将T1?318K，T2?333K，G1?1079.8代入上式得
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矿大(北京)化工热力学练习(计算题)
