五、化工热力学应用及计算题
1、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，请供给当容器的体积设计参数。请分别据两种方法进展计算：
普遍化三参数压缩子法
真实气体状态方程法
设丙烷符合R-K方程P? RT ? a
??b T0.5?(??b)
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。
留意：公式中每一参量必需作出说明：依据已给条件，直接代入公式中每一参量的具体数值和单位必需作出说明，而在计算时条件缺乏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〕P?P
r P
c
T?T
r T
c
?〔1分〕查压缩因子表得Z0和Z1
〔1分〕?Z?Z0???Z1
〔1分〕P??ZRT???Z8.314T 〔1分〕如P、T、υ 量纲不正确，则
? P
丙烷
扣1分
假设T量纲为[K]，P量纲为[pa] 则υ 量纲为[m3/g]；假设T量纲为[K]，P量纲为[Kpa] 则υ 量纲为[m3/Kg]。
〔1分〕?V?m??50?(m3) 〔υ 量纲为[m3/Kg]〕
〔2〕真实气体状态方程法：〔共7分〕
〔4×1=4分〕P? RT ? a
R?
8.314
KJ/(kg.K)
??b T0.5?(??b) ?
丙烷
p?5?103kpa T?410K
〔1分〕而
a?f(R,T,P
C C
)或a?0.42748R2T
c
2.5/P
c
b?f(R,T,P
C C
)或b?0.0864R?T/P
c c
须查取丙烷的临界参数
RT a
〔1分〕据P?
?
??b T0.5?(??b)
，经试差计算得υ〔m3/Kg〕，
〔1分〕?V?m??50?(m3) 〔υ 量纲为[m3/Kg]〕
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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根底的计算过程△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，不需算出最终结果。
简要说明计算过程△H为何要引入偏离函数的概念。
〔假设抱负气体的Cp=a+bT+cT2，偏离焓HR〕。解：〔1〕共9分
B饱和蒸汽 ?H=? B过热蒸汽
1.013Mpa，453K 4.052Mpa，653K
-H1R H2R
B饱和蒸汽(理气) ?H*
B过热蒸汽(理气)
1.013Mpa，453K 4.052Mpa，653K 4分
12?H??HR??H*?HR 2分
1
2
?H*
??H
T
?H
P
?0?6?53
C
CdT
453
?6?53
(453
(
A?BT?CT2)dT
1+1+1=3分
〔2〕共4分 1
?(AT?0.5BT2
如据?H?6?53
? CT3)|653
3?P?2[V?453
?V)
]dP计算，一方面：对于真实流体特别
CdT
P
T(?T p
1是开发的物系4，53其热容往P往比较缺乏；另一方面真实流体的状态方程比较复
1
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，计算较简洁、便利。 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12.0MPa和1.5Mpa的饱和蒸汽。
如用于作功，经稳流过程变成25℃的饱和水，求Wid(To=298K)。
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？：各状态点一些热力学参数，见表1。
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
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