第二章 热力学第一定律及其应用

第二章 热力学第一定律及其应用

2-1空气自1atm和250k(此时其焓值为100Kcal/kg)被绝热压缩到10atm和280k(此时其焓值为109Kcal/kg)。压缩机出口空气的速度为60(m/s),试求出每小时压缩200（㎏）空气时，压缩机所需的功率（以HP表示）。 解：压缩机所需的功率为LS:

12u(u忽略不计) 2200?(109?100)200111 =+××(60)2××

360?0.175360029.87.5Ls?mWs?mH?m =2.857+0.136

=2.993HP

2-2今有94℃的热水连续地从一贮桶以0.2273m3?min?的速度泵送。泵用马达的功率为2（HP），热水在途中流经一热交换器，以10080[Kcal/min]的速度放出热量，并输送到比第一贮桶高15?m?的第二贮桶中去，试求输往第二贮桶的水温。

3已知94℃热水的密度为962.8?计算时所需水的焓值数据自蒸汽表中查?kg/m??，

?1得。

解：计算基准1kg热水

每分钟热水流量为?0.2273?962.8?218.84kg/min

1?H?Q?WS?g?Z（忽略u2）

2?100802?60?0.17515?9.81 =+-

218.84218.84427 =-46.061-0.096-0.3446

=-46.30Kcal/kg

查表：94℃时水的焓H1?94.06Kcal/kg

H2?H1??H=94.06+(-46.30) =47.76Kcal/kg

H2是第二贮桶中水的焓=47.76Kcal/kg

从蒸汽表中可查得温度t2?47.77℃

3m2-3某厂高压压缩机一段吸气量为1000?，吸入水煤气时其?/h???（实际状态）

干组成为CO2-8%，CO-32%，温度为40C，大气压力为750mmHg,H2-38%，N2-22%，

2现气体由150mmHg（表压）压缩到3??kgf/cm??(表压)，试计算等温压缩机和

绝热压缩的理论压缩功耗，又若为多变压缩，其多变指数m=1.2，试计标多变压缩过程的理论功耗。

750?150解:已知P1==1.22kgf/cm2(绝热) ，

735.56750 大气压力==1.02kgf/cm2

735.56P2=3+1.02=4.02kgf/cm2(绝) a.等温压缩 LS?n'RTlnP2P2'或 LS?PV ln11PP11750?150?1000PV760 n?==46.1Kmol

0.08205?313RT1'11Ls?46.1?8.314?313ln4.021.22 ?1.430?105KJ/h??39.736kwb.绝热压缩

k?1??k??pkLs?nRT1??2??1?

??p1??k?1????

求k时，需先计算湿煤气组成。

2查表40℃时PH2O?0.0752kg/cm?53.3mmHg

53.3=6.14 9008CO2% ==7.54

100?6.1438H2% ==35.80

106.1432CO% ==30.15

106.14H2O% =

N2% =

22=20.72 106.14

0.06140.07540.35800.30150.20721=++++=2.857 K?11.135?11.3?11.407?11.4?11.4?1

K=1.350

1.350?1??1.3501.3504.02??Ls??46.1?1.0614?8.314?313???1????1.22??1.350?1???3.857?46.1?1.0614?8.314?313?0.3624?1.7789?105KJ/h??49.414kw如不考虑湿含量计算LS时

0.3810.080.320.22=+++=2.5504

1.407?1k?11.3?11.4?11.4?1

K=1.3921

k?1??k??pk?2Ls=PV?1? ?11???p1??k?1????

1.3921?1??1.39211.39214.02???1? =×98100×1.22×1000?????1.22??1.3921?1?? =3.55×98100×1.22×1000×0.395

=1.678?108J/h??1.678?105KJ/h?

=46.6kw

C.多变压缩 已知m=1.2,考虑了水蒸气以后分子数增加了n=1.0614

m?1??m??Pm LS=nRT??2??1?

??P?m?11?????1.2?1??1.24.021.2???1? =×46.1×1.0614×8.314×313?????1.22??1.2?1??=6×46.1×1.0614×8.314×313×0.2189 =1.576×1.0614×105KJ/h? =46.46kw

22-4某化肥厂铜液泵将铜氨液由0.2??Kgf/cm??(表压)提高到出口压力23??Kgf/cmm130?(表压)，送入铜液塔的铜液流量为4???/h???,试计算铜液泵的理

论功耗。若铜液泵的机械效率为85%，问实际功耗为多少？ 解：?Ws?V?P2?P1?

?4?9810?0? 0.2?013

?5.09?107J/h?

=14.15kw?18.965HP

??Ws?ac=

Ws18.965==22.31HP ?m0.853m2-5我国某化肥厂用一种六段压缩机，生产能力为16000??/h???(以一段进口状

态计)，已知给定条件为：

(a)

画图！！！！！！！！！

（b）三段压缩后送洗涤塔除掉CO2，总气量减少28%，V段压缩后送铜洗，气量减少4%。试计算上述压缩机所需压缩功率（以kw表示）。 解：已知生产能力为16000m3/h?以一段进口状态计 n=

PV1?1600011==612.6Kmol RT0.0848?308m?1??Sm??sm?P2 ??LS?I?II=nRT?1? ??I??P?m?11?????

1.35?1??3?1.35273?1.35???1? = 612.6?8.314?308?????1??1.35?1???11.5?761?2.68.?31?43080.329 ?5.97?161KJ0h?/

?1659kwIII段后气量减少28%，进IV段的气量为nIV?Kmol

nIV?n??n?2800? =612.6-(612.6×0.28)

=441Kmol

1.35?1??1.3557.51.35???1? ×441?8.314?308????Ls?IV=???25??1.35?1???3.6?88.3?14?3080.2416 ?1.0?51K0Jh?/

?291.kw8??132.3?1.4?1.4×441?8.314?308????LS?V=??1?

57.51.4?1?????? =3.5?441?8.314?308?0.269

=1.058×106KJ/h? =294kw

进VI前，气量又减少4%，进VI段气量为nVIKmol

6mo l nVI?n?1?0.32??612.6?1?0.32??416.K

1.4?1??1.43201.4???1? ×416.6?8.314?308???LS?VI=???132.3??1.4?1???3.5?416.?68.?314?3080.287 ?1.07?261K0Jh?/

?297.7kw2?LS总=??LS?I?III+??Ls?IV+??LS?V+?LS?VI

?165?9201.?8?2542.kw52?94.0

22-6在煤气发生炉的下吹阶段为了利用燃烧室的蓄热来予热水蒸汽，下吹蒸汽的流程是光经燃烧室，然后再进入煤气炉，设水蒸气进、出燃烧室时的温度分别是100℃和200℃，试问每公斤分子水蒸汽从燃烧室吸取多少[KJ]的热量？ 解：设蒸汽压力为1.0atm

查表：1.0atm饱和蒸汽焓H1=639.2Kcal/kg

atm过热蒸汽200℃的焓H2?686.8Kcal/kg 1.0 Q??H?H2?H1

=686.8-639.2=47.6Kcal/kg

=358.656KJ/Kmol

2-7(a)出变换炉的气体温度为400℃，经热交换器与入变换炉之湿混合煤气交换热后，温度降到240℃，已知变换气的成份是：

气体 H2 CO CO2 N2 H2O (其他气体不计) 成分(%) 31.5 1.5 18.0 10.0 38.0

设每小时通过交换气为4150（Nm3）,求每小时交换气与湿混合煤气所交换的热量。

(b)如每小时通过热交换器之湿混合煤气为4150[Nm3],入口温度为180℃，气体的成分是：

气体 H2 CO CO2 N2 H2O (其他气体不计) 成分(%) 19.0 16.0 6.0 11.0 48.0 试求混合煤气的出口温度。

解：a,每小时变换气与湿混合煤气所交换的热量Q

?Q=ΔH=n????XiHi?2???XiHi?1?

查附表： H2 CO CO2 N2 H2O

513oK 1666 1683 2343 1680 1960 Kcal/Kmol

637oK 2788 2828 4114 3532 3327 Kcal/Kmol n=4150/22.4=185.3Kmol

-Q=185.3[(0.315×2788+0.015×2828+0.18×4114+0.11×3532+0.38× 3327)-(0.315×1666+0.015×1683+0.18×2343+0.11×1680+0.38×1960)]

=185.3(3313.9-1902.5)

=261490 Kcal/h?

b、∵忽略热损不计 ∴-Q变=Q煤

Q煤=nΔH煤 n=185.3(与交换气相同) 煤气用真实热容计算： ΔH=n?t2t1?a?bT?cT?dT

2-2

-5

2

查得：

H2 Cp=6.424+0.1039×10T-0.007804×10T

CO =6.480+0.1566×10-2T-0.02387×10-5T2

CO2 =6.393+1.0100×10-2T-0.3405×10-5T2 N2

=6.529+0.1488×10-2T-0.0227×10-5T2 =6.970+0.3464×10-2T-0.04833×10-5T2

H2O

ΔH=185.3

?

12

453

[0.19(6.424+0.1039×

10?2T-0.007804×

10?5T2)+0.16(6.480+0.1566×10?2T-0.02387×10?5T2) +0.06(6.393+1.0100

×10?2T-0.3405×10?5T2)+0.11(6.529+0.1488×10?2T-0.0227×10?5T2)

+0.48(6.970+0.3464×10?2T-0.04833×10?5T2)]dT

=185.3?(6.70476?0.28803?10?2T?0.07266?10?5T2)dT

45312

0.28803?10?22?185.3[6.70476(T2?453)?(T?4532)2

1??0.07266?10?5(T3?4533)]3

整理后得知：

?22?33 4721?6.7047T?0.1440?10T?0.02422?10T

T=628oK=355℃

本题也可以用平均热容（CP）计算。 解;查表 变换气各组成的平均热容

气体： H2 CO CO2 N2 H2O % 31.5 1.5 18.5 11.0 38.0

CP(0~240℃) 6.962 7.054 9.77 7.008 8.2126

?P（0400℃）6.983 7.120 10.360 7.075 8.375

CPm(0240℃)=[0.315×6.962+0.015×7.054+0.18×9.77

+0.11×7.008+0.38×8.2126] =7.9491

?p'(0400℃)=[0.315×6.983+0.015×7.12+0.18×10.30

+0.11×7.075+0.38×8.377] =8.132 Q=nΔH=n(CP?240?CPT1)

?185.3(7.9?49?240?8.132?185.?3?(1345) ??249228.Kc5ae?h/B、半水煤气的平均热容CP

气体 H2 CO CO2 N2 H2O %

19.0 16.0 6.0 11.0 48.0

CP(0180℃) 6.9492 7.0346 9.496 6.981 8.12 CP(0373℃) 6.9 7.1 10.25 7.05 8.3

(先假设的)

H1?ncpm?(180) n?3630?162Kmol 22.4H1?162[0.19?6.9492?0.16?7.0346?0.06?9.496?0.11?6.981?0.48?8.12]?180?162?(7.6813?180)?162?1382.6?223987Kcae/h?

先假设出口温度T2为373℃，查出CP,计标CPm

H2 ?nCPm2t2?162?[0.19?6.98?0.16?7.1?0.06?10.25?0.11?7.05?0.48?8.3]?t2?162?7.8367?t2?1270t2

∵变换气放出的热量Q变=半水煤气所吸收的热量Q半 ∴（H2?H1）煤=ΔH变 H2=ΔH变+H1煤

162×7.8367t2=249228.5+223987

473215.5?解之 t2=1270372.6℃

和前面假设温度相等，所以出口温度为372.6℃

2-8某化肥厂有二段转化炉气其流量为5160[Nm3/吨 NH3]，今用废热锅炉机组回收余热，转化炉气温度由1000℃降低到380℃，产生37[㎏f/cm2]（表压）430℃的过热蒸汽，废热锅炉进水温度为54℃，若不计热损失，问废热锅炉产气量为多少[㎏水蒸汽/吨NH3]?若此蒸汽在透平机中进行可逆绝热膨胀作功，透平机排气压力为1.07[㎏f/cm2]（绝压），出口温度为101℃，试计算透平机输出的轴功，已知转化炉气的平均恒压热容为8.6[Kcal/Kmol-K],水蒸汽焓值数据自查。 解：计算基准每吨NH3

a,已知：炉气Cpm?8.6Kcal/Kmol0K

0T?1000C 1

T2?3800C

二段转化炉放出的热量 Q?nCPm(T2?T1) Q炉=

5160?8.6(380?1000) 22.4=230×5332

Kcal=1.22636×106/吨NH3

因忽略热损不计，根据能量守恒

炉气放出的热量Q炉=水所吸收的热量Q水 所以：Q炉=Q水=GΔH水 查表：

38㎏f/cm2(绝)430℃的过程蒸汽H2?784.9Kcal/kg 54℃的水 H1?54.7Kcal/kg 设产蒸汽量为G㎏

1.228?106G=(ΔH炉)/(H2?H1)水==1679㎏/吨NH3

784.9?54.7b,计算透平机输出的轴动 可逆绝热膨胀是等熵过程 ∴Ws=-ΔH

从表中查得：38㎏f/cm2(绝)430℃的过程蒸汽

S1?1.64K H1?787.K 9cae/k k g9cal/kg 1.07㎏f/cm2(绝) 101℃时水的 S水?0.3149Kcal/kkg H水?1.0111Kcal/kg 蒸汽的S汽?1.7538Kcal/kkg H汽?639.5Kcal/kg 干度x=（S1-S水）/（S汽-S水）?H2=x·H汽+（1-x）H水

1.649?0.3249?0.9267

1.7538?0.3249 =0.9267×639.5+0.0733×101.11 =600.034Kcal/kg

Ws= -ΔH=(787.5-600.036)×1679

=314812.5Kcal/吨NH3 =1.3178×105

KJ/吨NH3

答：透平机输出的轴功为1.3178×105KJ/吨NH3

2-9试利用标准生成热数据计算，下述各反应的标准反应热H0R:

(a)CH4?g??H2O?g????CO?g??3H2?g? (b)CO?g??H2O?g????CO2?g??H2?g? (c)CH4?g????C?s??2H2?g?

(d)3Fe?s??4H2O?g????Fe3O4?s??4H2?g? (e)2H2O?l????2H2?g??O2?g?

（以上诸反应均为制氢反应）

1?H2SO4?l? (f)SO2?g??O2?g??H2O?l???2(g)Na2CO3?s??2NH4Cl?s????2NaCl?s??2NH3?g??H2O?l?

1?HCHO?g??H2O?l? (h)CH3OH?g??O2?g???2(i)C2H5OH?O2?g????CH3COOH?H2O?l? 解：

a CH4?g??H2O?g????CO?g??3H2?g? -17.889 -57.798 -26.4157 0

0H0R=??h0f?产物-??hf?反应物

=-26.4157-[(-17.889)+(-57.798)] =49.272 Kcal/mol

b.CO?g??H2O?g????CO2?g??H2?g?

H0R=-94.0518-[(-26.415)+(-57.798)] = -9.838Kcal/mol c.CH4?g????C?s??2H2?g?

H0R=17.889Kcal/mol

d.3Fe?s??4H2O?g????Fe3O4?s??4H2?g?

H0R=-267+4×57.789=-35.8Kcal/mol e.2H2O?l????2H2?g??O2?g?

H0R=68.3174×2=136.6348Kcal/mol

1?H2SO4?l? f.SO2?g??O2?g??H2O?l???2H0R=-193.91-[-70.960+(-68.3174)] =-54.633Kcal/mol

g.Na2CO3?s??2NH4Cl?s????2NaCl?s??2NH3?g??H2O?l?

H0R=(-94.0518)+(-68.3174)+2×(-11.040)+2×(-98.232) -2×(-75.38)+(-270.3)

=-380.9+421.1=40.2Kcal/mol

1?HCHO?g??H2O?l? h.CH3OH?g??O2?g???2H0R=-57.798-27.7+48.08=-37.418Kcal/mol i.C2H5OH?O2?g????CH3COOH?H2O?l?

H0R=-115.72+(-68.314)-(66.340)

=117.69Kcal/mol

2-10 试利用标准生成热和物质的焓值数据计算，

CO?g??H2O?g????CO2?g??H2?g?反应在700℃K时的热效应。 ?CO2?g??H2?g? 解：CO?g??H2O?g??? -26.4157 -57.7979 -94.0518 0 h0/lm olfKcaH0R=-94.0518-[(-26.415)+(-57.7979)] =-9.8389Kcal/mol 查表：各组分的焓值：

组份： CO H2O CO2 H2

25℃ 0.1741 0.2 0.218 0.172 Kcal/mol 700℃ 3.047 3.589 4.459 2.978 Kca/lm olHR(700)=H0R+(?H产-?H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 =-9.054Kcal/mol

13?NH3?g?反应热效应和温度的关系式 2-11 试导出N2?g??H2?g???22 HR?f?T? 已知：H0R=-11040?cal?

0ca/lm?ol?气体 Cp? ?? KH2 6.947-0.20×10T+0.481×10T N2 6.524+1.250×10T-0.001×10T NH3 6.086+8.812×10T-1.506×10T13解：Cpm?CpNH3?Cp?CpH2

22-3

-6

2

-3

-6

2

-3-62

?5 ?7.596?38.?487T1?02?2.?26T27 10HRT?HR??0TT0Cpm

TT0 ??1104?0???

7.5?965?8.4?38T7?10?6 10?2.2T225T?7d?8.487?10?322.2275?10?6323??11040???7.5695?T?298??T?298?T?298?????

23????11040?7.5965T?2264?4.243?10?3T2?376.8?0.7425?10?6T3?19.65?9133.15?7.5965T?4.243?10?3T2?0.7425?10?6T3mt、SO2-8%，O2-10%，N2-82%，2-12 今有一气体混合物，其组成为：在1a

400℃时连续而均匀地进入氧化炉，在塔内SO2氧化为SO3，氧化过程可认为是等压的，氧化炉的热损失可略而不计，设混合气体中SO2有80％氧化为SO3，试求气体离开时的温度。已知：

H0R=-23.99 ?Kcal? 气体的Cp为：

7SO3 6.07?323.?57?3T1?02?4.?66T87 103?51.?08?9T1?0SO2 11.692?2.?66T42 108O2 6.14??33.1?02T1?020.?0?96T23 10?341.2?50T1?0N2 6.52??62?0.0T01 10解：计算基准为1Kmol的气体混合物

SO2?12O2?SO 3有SO280%氧化为SO3

反应掉SO2?0.08?0.8?0.064Kmol

反应掉O12?2?0.064?0.032Kmol

出口气体组成 SO2 O2 N2 SO3 Kmol 0.016 0.068 0.82 0.064 0.968 % 1.65 7.03 84.71 6.61 100

H0R=-23.49Kcal/mol 因反应过程中：Ws?0，Q?0

?H0R?HR?H1?H2?0

进气CPm?6.9?1.422?10?3T?0.2214?10?6T2

HT21??TCPm

1 总量

1.422?10?30.2218?10?622=6.9（298-673）+298?673?-2983?6733? ??23=-2587.5-258.89+22.271 =-2824.12Kcal/mol

0=(-23.99×0.064)?103=-1535Kcal ?HR?H2?n?CPmdT

12 出气

CPm?6.5534?2.8532?10?3T?0.3607?10?6T2

2.8532?10?32T2?2982? H2?0.968[6.5634?T2?298???20.361?10?63T2?2983?] ??3

?3?0.96?8[207?6.41T6.?5534?1.T422?66?10??2009.9?66.T3?43?32?1.38T1?10T30.1210

?63?0.1T16210?60HR?HR?H1?H2?0 1535?2824.12?H2

4359.12??2009.96?6.3437T?1.38?10?3T2?0.1162?10?6T3先假设出口温度为8540K，代入上式中算出

4359.12??2009.96?6.3437?854?1.381?10?3?8542?0.1162?10?854

?63

??2009.9?6?4342.35541?7.510?01.2

两边近似相等 ∴出口温度为8540K=581℃

2-13 如果将25℃的下述物质进行等量混合，欲使最终所得混合液的温度仍是25℃，试求混合时所释放的热量，以[KJ/kg溶液]表示。 a, 100%H2SO4和水 b. 50%H2SO4和水

解:a，计算基准以100㎏H2SO4

100=1.02Kmol 98100100㎏H2O==5.55Kmol

185.55n??5.44

1.02100㎏H2SO4=

也就且1H2SO4??5.44?H2O???H2SO4?5.44?H2O

0 ?Hsn=-14.059?103Kcal

??1.02?H2SO4?5.55?H2O ?1.02?H2SO4??5.44?H2O???HS=1.02×??14.059?10?3?=-14.34×10?3Kcal

14340?4.186=300KJ/kg

200

答：每㎏溶液放出的热量是300KJ

b,计算基准以100kg50%H2SO4的积分溶液热计算

50=0.51Kmol H2SO4 9850 =2.777 Kmol H2O 182.777n??5.425

0.512

0查表：n1?5.425时，?Ssn=-14.11×103Kcal/Kmol

?HS=0.51×(-14.11×103)=-7.196Kcal

加入100kgH2O后，溶液成为

150=8.33Kmol 1850 50kgH2SO4==0.51Kmol

988.33?16.33 n2?0.51150kgH2O=

0=-16.545×103Kcal/Kmol ?Ssn

?Hsn2=0.51×（-16.545×103）=-8.44×103Kcal

00?Hdin???Hsn2???Hsn1?

=（8.44-7.196）×103=1.244×103Kcal 1244?4.186?26KJ/kg溶液

200答：每kg溶液放出的热量为26KJ

2-14下表列出在25℃下，NaOH溶液的积分溶解热数据： HmolH2O/molNaOH H?ca/lmolNa?O 0 -0

2 -4600 4 -8300 6 -9900 8 -10200 10 -10300 16 -10300 20 -10200

50 -10100

2-15 某合成氨厂甲烷蒸汽转化一段炉需由天燃气燃烧提供热量，设天然气组成为：96%CH4，1.5?H6，2%N2，0.5%CO2（忽略其它成分）。天然气进口温度200℃，燃烧用空气进口温度为25℃，空气用量为理论用量的115%，若热损失为入口热量的4.5%，炉气出口温度为1000℃，燃料天然气的用量为

3Nm/h??3200?（空气组成为79%N2，??，求燃烧过程向反应炉管所提供的热量。

21%O2）。

解：计算基准为100Kmol天然气 反应⑴:CH4?2O2???CO2?2H2O

-17900 0 -94050 -57800 Kcal/Kmol

0=-94050-2×57800+17900 HR =-191750Kcal

7?2CO2?3H2O 反应⑵：C2H6?O2??2 -20230 0 -94050 -57800 Kcal/Kmol

0=2×（-94050）+3×（-57800）+20230 HR =-341270Kcal

物料衡算：

O2的需要量为理论需要量的115% 实际O2=（96×2+1.5×3.5）×1.15 =226.8Kmol

226.8?79?853.2Kmol 同时代入的N2量=

21燃烧后的气体组成：

O2=226.8-197.25=29.55Kmol N2=853.2+2=855.2Kmol CO2=96+2×1.5+0.5=99.5Kmol

H2O=96×2+1.5×3=196.5Kmol 图未画！！！

0+H1+H2+Q损 HR=HR

000=HRCH4+HRC2H6 HR =96×（-191750）+1.5（-341270）

=-18919405Kcal

H1 H2 查表Cp（25200℃）数据 Cp（251000℃）

CH4=9.41×96=903.4 O2=7.86×29.55=232

C2H6=14.86×1.5=22.3 N2=7.46×855.2=6379.8 CO2=6.97×0.5=3.5 CO2 =11.76×99.5=1170 N2=6.93×2=13.9 H2O=9.19×196.5=1806

H1=943.1×（25-200） H2=9588×（1000-25） =-165043Kcal =9348300Kcal Q损=入气热量的4.5%

=165043×0.045=7427Kcal

HR=-18919405-165043+9348300+7427.0

=9728721Kcal/100Kmol

3200天然气量n==142.86Kmol

22.4Kcal1.4286×9728721=1.387×107

Kcal

答：燃烧过程向反应炉管所提供的热量是1.387×107

2-16 一立式石灰窑装有纯石灰石（CaCO3）和纯焦炭（C），二者都是25℃。25℃的干燥空气自窑底吹入，与窑内的焦炭发生燃烧反应生成CO2，为窑内的碳酸钙的分解提供热量，石灰（CaO）在510℃下自石灰窑底口排出，设其中不含焦炭或CaCO3，窑气（仅含CO2和N2）在316℃下由窑的顶口离开，辐射热损失可忽略不计，试求在上述条件下所需原料石灰石和焦炭的克分子配比。已知：

物质 H0 llm?of?Kca/CaCO3（s） -289.5

CaO（s） -151.7

CO2（g） -95.052 C（s）和O2（g） 0

物质 Cp?cal/mo?l? k108000 T2195500 CO2（g） 10.34+2.74×10?3T-2TCaO（s） 10+4.84×10?3T-

N2（g） 6.5+1.00×10?3T 解：计算基准1Kmol的CaCO3 反应式（1）：CaCO3???CaO?CO2

289500 151700 95052 Kcal/Kmol

0=-151700-95052+289500=42748Kcal/Kmol HR画图！！！

反应（2）：C?O2???CO2

0 0 -95052 Kcal/Kmol

0=-95052Kcal/Kmol HR画图！！！！

HCaO??783298CpdT

4.84?10?31??17832?2982?+108000? =10（783-298）+??? 2783298?? =4850+1269-224

=5895Kcal/Kmol

2.74?10?31??15892?2982?+195500??HCO2=10.34（589-298）+?? 2589298?? =3009+354-324

=3038Kcal/Kmol

1.00?10?35892?2982? HN2=6.5（589-298）+?2 =1892+129=2021Kcal/Kmol

求石灰石与碳的配比，设焦炭为xKmol，石灰石为1Kmol 根据能量守恒得：

7900HR?Hx?Hx?H?HCaO?HCO2 CONR22212179x（95052-3038-2021×）=42748+5894+3038

2153125=0.5743Kmol x=

83410石灰石与焦炭比是1:0.5743（Kmol）

CaCO3分子量=100 C的分子量=12

∴公斤数之比=100㎏CaCO3：6.89㎏C

2-17 有一矿石，含CaCO3-80%，MgCO3-12%，H2O-8%，将此矿石送石灰窑加热燃烧，使它分解为石灰，窑内发生的化学反应有：

CaCO3?s????CaO?s??CO2?g? MgCO3?s????MgO?s??CO2?g? H2O?l????H2O?g?

矿石进窑时的温度是30℃，石灰和MgO出窑时的温度是900℃，生成的气

01.0cal/g?k?体离开石灰窑时的温度是200℃，已知水在0~100℃的热容为???，

水在25℃时的汽化热是583.2?cal/g?，CaCO3?s?和MgCO3?s?的Cp分别是

019.57和18.05??cal/mol?C??，试问每分解此种矿石1?kg?需提供多少热量。

解：以1㎏矿石为基准

CaCO3 0.8/100=0.008Kmol MgCO3 0.12/74=0.001622Kmol

H2O 0.08/18=0.004444Kmol 计算程序按下列程序进行： 画图！！！！！！！！！

H1=[0.008×19.57+0.001622×18.05+0.08][25-30] =-1.329Kcal

0计算如下： HRCaCO3?s????CaO?s??CO2?g?

0-288450 -151900 -94051 HR=42499Kcal/Kmol

MgCO3?s????MgO?s??CO2?g?

0-266000 -143840 -94051 HR=28109Kcal/Kmol 0=583.2Kcal/Kmol H2O?l????H2O?g? HR故总反应热效应

0=0.008×42499+0.001622×2810+0.08×583.2 HR =432.24Kcal

H2=?1173298?GCaOCpCaO?GMgOCpMgO?dT

1 =0.008[10(1173-298)+×0.0048(11732?2982)

21??1+108000???]+0.0016[10.18?1173?298?+

1173298??11??1?0.00174?11732?2982?+ 148000???] 2?1173298? =108.59Kcal

H3=0.009622(1922.4-217.9)+0.004444(1629.2-200.3) =22.75Kcal

0故所需热量=Q=H1+HR+H2+H3

=-1.329+432.24+108.59+22.75 =562.25Kcal

2?kgf/cm2-18 压力为3???，温度为150℃的水蒸汽以可忽略的速度进入一2?kgf/cm透平机的喷咀，并经绝热膨胀到1???，干度达0.96时离开喷咀，试计

算：?a?喷咀出口水蒸汽的速度；?b?当质量流量为10?kg/s?时总的喷咀出口面积。

解：?a?udu?vdp?0

2 积分之u2??2?vdp?2?vdp

1331在3ata、150℃时S=1.6927Kcal/kkg,??????????? Huatu

积分求得：?vdp=1.9406atam3/kg

31∴u2?2?vdp?2?1.9406?98100 13 =617.0m/s

?b?出口处蒸汽的比容：v2?1.6458m3/kg

m2?10kg/s ∴u2=m2v2/u2=10×1.6458/655.6 =0.0251m2

2?kgf/cm2-19 压力为8???和温度为250℃的水蒸汽，4?kg/s?的质量流量流2?kgf/cm进一个正在输送的，压力为8???，干度为0.9的水蒸汽总管内，在此压

力下，两股水蒸汽进行混合，其质量流量从而变为10.5?kg/s?，试求混合物的

2干度。如现让此混合物通过一个喷咀，绝热膨胀到压力为5??kgf/cm??和干度为

0.95时为止，试求离开喷咀时的水蒸汽速度。

解：8ata、250℃的过热蒸汽H1?704.8Kcal/kg

8cal?/k。kg s?1.683K

8ata饱和液体Hl=171.3，饱和蒸汽Hg=660.8，

干度=0.9时，H2=0.9×660.8+0.1×171.3=611.83Kcal/kg，经热混合后的比焓为H3，其干度为x3，则：

4×704.8+6.5×611.85=10.511=660.8+171.3（1-x） 解之 x3=0.9723 H3=647.3

混合后蒸汽的s3=0.9723×1.5922+（1-0.9772）×0.48672 =1.5616 Kcal/k?kg

?b?ut?2?vdp其中?vdp可以积分如下表：

5588

画图！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！！

积分之?vdp=1.0743atam3/kg

58 ut?2?1.0743?98100 =459.1m/s

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