1、中國(guó)石油大學(xué)（北京）遠(yuǎn)程教育學(xué)院期末考試化工熱力學(xué)學(xué)習(xí)中心：姓名：學(xué)號(hào)：關(guān)于課程考試違規(guī)作弊的說(shuō)明1、提交文件中涉嫌抄襲內(nèi)容（包括抄襲網(wǎng)上、書籍、報(bào)刊雜志及其他已有論文），帶有明顯外校標(biāo)記，不符合學(xué)院要求或?qū)W生本人情況，或存在查明出處的內(nèi)容或其他可疑字樣者，判為抄襲，成績(jī)?yōu)椤?”。2、兩人或兩人以上答題內(nèi)容或用語(yǔ)有50%以上相同者判為雷同，成績(jī)?yōu)椤?”。3、所提交試卷或材料沒(méi)有對(duì)老師題目進(jìn)行作答或提交內(nèi)容與該課程要求完全不相干者，認(rèn)定為“白卷”或“錯(cuò)卷”，成績(jī)?yōu)椤?”。一、請(qǐng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)的化工熱力學(xué)知識(shí)，從以下給定的題目中選擇至少選擇2個(gè)題目進(jìn)行論述：（總分100分）1.在眾多的狀態(tài)方程中,寫

2、出三個(gè)常用的狀態(tài)方程。根據(jù)本人的工作或者生活選擇一個(gè)體系、選擇其中一個(gè)狀態(tài)方程、對(duì)其PVT關(guān)系的計(jì)算準(zhǔn)確度進(jìn)行分析，并提出改進(jìn)的方向和意見。丙烯的PVT狀態(tài)分析本人工作的單位通過(guò)對(duì)于單位甲醇中心工段的學(xué)習(xí)，了解到在甲醇凈化工段丙烯為利用最多的制冷劑，在學(xué)習(xí)丙烯壓縮工段的同時(shí)對(duì)丙烯的物化性質(zhì)也有了深入了解。丙烯的理化學(xué)性質(zhì)：丙烯是一種無(wú)色略帶甜味的易燃?xì)怏w，分子式為CH3CH=CH2，分子量為42.08,沸點(diǎn)-47.7C,熔點(diǎn)為-185.25C,其密度為空氣的1.46倍，臨界溫度為91.8C，臨界壓力為4.6Mpa,爆炸極限為2.011%（vol）,閃點(diǎn)為-108C。（因此，丙烯在貯藏時(shí)要特別小

3、心，一旦發(fā)生泄漏，因?yàn)樗瓤諝庵?，容易積聚在低洼處及地溝中，若在流動(dòng)過(guò)程中遇到火星，則極易引起爆炸，釀成嚴(yán)重后果。）選擇用R-K狀態(tài)方程計(jì)算對(duì)液態(tài)丙烯的PVT關(guān)系準(zhǔn)確度進(jìn)行分析，從化工熱力學(xué)（陳光進(jìn)等編著）中查得丙烯的臨界數(shù)據(jù)為Tc=364.9K;Pc=46.0*10MPa,下面是廠里給定的丙烯性質(zhì)數(shù)據(jù)。溫度（C）-40-30-20-1001020304050壓力(atm)1.4012.0973.0234.2575.7727.68510.04612.91116.30720.299體積(mL/g)1296664044639342325691957151015101177922為了計(jì)算方便，用ex

4、cel換算和簡(jiǎn)單計(jì)算得到新的數(shù)據(jù)如下：溫度（C）-40-30-20-1001020304050溫度（K）233243253263273283293303313323壓力P(1*10-1MPa)1.41962.12483.06314.31345.84857.786810.179113.082116.523120.5680摩爾體積v(1*10-5m3/mol)54560.92826948.03219520.91214403.98410810.3528235.0566354.0806354.0804952.8163879.776R-K方程：p二竺-av-bT0-5v(v+b)=16.3409(m6P

5、aK0.5mol-2)a_0.42748R2T2.5_0.42748,8-31462,364.92-5a=c=p4.6,106Cb=.08664人=O.。8664x匕引46x364.9=5.7145,io-5(口3mol-1)p4.6,106C由上表又知道摩爾體積V,故根據(jù)R-K方程，用excel可分別計(jì)算得到各溫度下的壓力值P:1溫度(C)-40-30-20-1001020304050壓力P(1*10-iMPa)1.41962.12483.06314.31345.84857.786810.179113.082116.523120.5680計(jì)算壓力Pj1*10-iMPa)1.02882.170

6、63.11824.39036.06798.250511.441211.441215.146719.9288用R-K狀態(tài)方程計(jì)算得數(shù)據(jù)與給定值比較可得如下數(shù)據(jù)圖：通過(guò)計(jì)算和上圖的數(shù)據(jù)對(duì)比，可得結(jié)論：利用神華新疆公司給定丙烯性質(zhì)數(shù)值，代入V值，用R-K方程計(jì)算所得的壓力值P與給定的P1值偏差很小。即對(duì)制冷流程簡(jiǎn)述：從Recfisol來(lái)的丙烯氣體與丙烯過(guò)冷器殼側(cè)排出的氣體混合，壓力為0.13Mpa,溫度為-40C，進(jìn)入壓縮機(jī)入口分離器飽和并計(jì)量后，氣體壓力為0.12Mpa,溫度為-40C進(jìn)入，丙烯壓縮機(jī)一段，由閃蒸罐出來(lái)的丙烯閃蒸汽壓力為0.525Mpa,溫度為-5.5C，進(jìn)入丙烯壓縮機(jī)的中段，兩股

7、氣體均被壓縮到0.9Mpa,102C排出，壓縮后的氣體被丙烯冷凝，液體丙烯進(jìn)入丙烯貯槽，壓力為1.85Mpa,溫度為45C，為防丙烯壓縮機(jī)喘振，在丙烯機(jī)氣體排出口有一回到入口氣進(jìn)入丙烯回路管線補(bǔ)充氣量之不足。從丙烯貯槽出來(lái)的液體丙烯進(jìn)入閃蒸槽，閃蒸氣進(jìn)入丙烯機(jī)中段，從丙烯壓縮機(jī)出口處引一管線為防喘振二段回路。液體丙烯壓力0.525Mpa、溫度為-5.5C,從閃蒸槽底部引出來(lái),一路進(jìn)入壓縮機(jī)入口分離器，通過(guò)液位調(diào)節(jié)以補(bǔ)充進(jìn)口丙烯氣流量，另一路進(jìn)丙烯深冷器,通過(guò)自身丙烯閃蒸以降低溫度,殼側(cè)丙烯氣與Recfisol來(lái)的會(huì)和,從管程中來(lái)的液體通過(guò)旁路進(jìn)一步調(diào)節(jié)溫度至-20C、壓力為0.485MPa,離

8、開系統(tǒng)進(jìn)Recfisol,以提供低溫甲醇洗所需冷量。為防止丙烯中微量水份在閃蒸過(guò)程中凍結(jié),還需向系統(tǒng)注入少量甲醇,甲醇的噴淋是通過(guò)計(jì)量泵出口甲醇與丙烯貯槽到閃蒸槽的液體丙烯大小,調(diào)節(jié)噴淋混合來(lái)完成的。由于丙烯易燃易爆,因此,在設(shè)備維修前后都必須用N置換丙烯,2然后用空氣置換N開車時(shí)先用N置換空氣，再用丙烯置換N。2222.根據(jù)功熱轉(zhuǎn)換的原理,選擇一個(gè)體系或者工況進(jìn)行節(jié)能過(guò)程分析。要求給出詳細(xì)的計(jì)算步驟和過(guò)程分析。知識(shí)點(diǎn)提示：選擇一個(gè)熱工轉(zhuǎn)換或者制冷、熱泵系統(tǒng),運(yùn)用熱力學(xué)第一定律、熱力學(xué)第二定律進(jìn)行過(guò)程計(jì)算。常見冷庫(kù)的制冷原理日常生活中冷庫(kù)對(duì)于我們來(lái)說(shuō)非常常見,下面我們用壓焓關(guān)系分析其制冷過(guò)程和

9、原理,冷庫(kù)的空調(diào)制冷原理涉及了熱力學(xué)第一定律,為逆卡諾循環(huán),以下是用理論制冷循環(huán)的分析和計(jì)算。、制冷循環(huán)系統(tǒng)的基本組成根據(jù)蒸汽壓縮式制冷原理構(gòu)成的單級(jí)蒸汽壓縮式制冷循環(huán)系統(tǒng)，是由不同直徑的管道和在其中制冷劑會(huì)發(fā)生不同狀態(tài)變化的不見組成，串接成一個(gè)封閉的循環(huán)回路，在系統(tǒng)回路中裝入制冷劑，制冷劑在這個(gè)循環(huán)回路中能夠不停的循環(huán)流動(dòng)，即稱為制冷循環(huán)系統(tǒng)。制冷劑在流經(jīng)制冷循環(huán)系統(tǒng)的各相關(guān)部位，將發(fā)生由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，再由氣態(tài)變?yōu)橐簯B(tài)的重復(fù)性的不斷變化。利用制冷劑氣化時(shí)吸收其他物質(zhì)的熱量，冷凝時(shí)向其他介質(zhì)放出熱量的性質(zhì)，當(dāng)制冷劑氣化吸熱時(shí)，某物質(zhì)必然放出熱量而使其溫度下降，這樣就達(dá)到了制冷的目的。依照上述要

10、求，蒸汽壓縮式制冷循環(huán)系統(tǒng)如圖1所示。蒸汽壓縮式制冷循環(huán)系統(tǒng)主要有四大部件組成，即壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流元件和蒸發(fā)器，用不同直徑的管道把他們串接起來(lái)，就形成了一個(gè)能使制冷劑循環(huán)流動(dòng)的封閉系統(tǒng)。圖1單級(jí)蒸汽壓縮式制冷循環(huán)系統(tǒng)1制冷壓縮機(jī)2冷凝器3節(jié)流元件4蒸發(fā)器、制冷循環(huán)過(guò)程制冷壓縮機(jī)由原動(dòng)機(jī)拖動(dòng)而工作，不斷地抽吸蒸發(fā)器中的制冷劑蒸汽，壓縮成高壓（pk）、過(guò)熱蒸汽而排出并送人冷凝器，正是由于這一高壓尋在，使制冷劑蒸汽在冷凝器中放出熱量，把熱量傳遞給周圍的環(huán)境介質(zhì)水或空氣，從而使制冷劑蒸汽冷凝成液體。冷凝后的液體仍處于高壓狀態(tài)，流經(jīng)節(jié)流元件進(jìn)入蒸發(fā)器。制冷劑在節(jié)流元件中，從入口端的高壓pk降低至低壓

11、p0,從高溫降低到t0,并出現(xiàn)少量液體汽化為蒸汽。制冷劑液體流入蒸發(fā)器后吸收熱量而沸騰汽化逐漸變?yōu)檎羝?，在汽化過(guò)程中，制冷劑從被冷卻介質(zhì)中吸收吸收所需要的汽化熱，使被冷卻介質(zhì)溫度降低，實(shí)現(xiàn)制冷的目的。、逆卡諾循環(huán)理想制冷循環(huán)的過(guò)程計(jì)算根據(jù)理論制冷循環(huán)的假設(shè)條件，單級(jí)蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)工作過(guò)程，在壓焓圖上的表示如圖2所示。圖2單級(jí)蒸汽壓縮式制冷循環(huán)理論在lgp-h圖上的表示1）制冷壓縮機(jī)從蒸發(fā)器吸取蒸發(fā)壓力為p0的飽和制冷劑蒸汽（狀態(tài)點(diǎn)1）,沿等熵線壓縮至冷凝壓力為pk（狀態(tài)點(diǎn)2），壓縮過(guò)程完成。2）狀態(tài)點(diǎn)2的高溫高壓制冷劑蒸氣進(jìn)入冷凝器，經(jīng)冷凝器與環(huán)境介質(zhì)空氣或水進(jìn)行熱交換，放出熱量qk后

12、沿等壓線pk冷卻至飽和蒸汽狀態(tài)點(diǎn)2然后冷凝至飽和狀態(tài)點(diǎn)3，冷凝過(guò)程完成。在冷卻過(guò)程（2-2）中制冷劑與環(huán)境介質(zhì)由溫差，在冷凝過(guò)程（2-3）中制冷劑與環(huán)境介質(zhì)無(wú)溫差。3）狀態(tài)點(diǎn)3的飽和制冷劑液體經(jīng)節(jié)流元件節(jié)流降壓，沿等焓線（節(jié)流過(guò)程中焓值保持不變）由冷凝壓力pk降至蒸發(fā)壓力p0，到達(dá)濕蒸氣狀態(tài)點(diǎn)4，膨脹過(guò)程完成。4）狀態(tài)點(diǎn)4的制冷劑濕蒸氣進(jìn)入蒸發(fā)器，在蒸發(fā)器內(nèi)吸收被冷卻介質(zhì)的熱量沿等壓線P0汽化，到達(dá)飽和蒸汽狀態(tài)點(diǎn)1,蒸發(fā)過(guò)程完成。制冷劑的蒸發(fā)溫度與被冷卻介質(zhì)間無(wú)溫差。單級(jí)蒸汽壓縮式制冷理論循環(huán)的性能指標(biāo)有單位質(zhì)量制冷量、單位容積制冷量、理論比功、單位冷凝熱負(fù)荷及制冷系數(shù)等。（1）、單位質(zhì)量制冷

13、量制冷壓縮機(jī)每輸送1kg制冷劑經(jīng)循環(huán)從被冷卻介質(zhì)中吸取的冷涼稱為單位質(zhì)量制冷量，用q0表示。其表達(dá)式為：q0=h1-h4=r0（1-x4）式中q0單位質(zhì)量制冷量（kj/kg）；h1一與吸氣狀態(tài)對(duì)應(yīng)的比焓值（kj/kg）；H4節(jié)流后濕蒸氣的比焓值（kj/kg）；r0蒸發(fā)溫度下制冷劑的汽化潛熱（kj/kg）；X4節(jié)流后氣液兩相制冷劑的干度。單位質(zhì)量制冷量q0在壓焓圖上相當(dāng)于過(guò)程線1-4在h軸上的投影（見圖2）。（2）、單位容積制冷量制冷壓縮機(jī)每吸入1m3制冷劑蒸氣（吸氣狀態(tài)計(jì)）循環(huán)從被冷卻介質(zhì)中制取的冷量，稱為單位容積制冷量，用qv表示。其表達(dá)式為：qv=qo二hh4vv11式中qv一單位容積制冷

14、量（kJ/m3）;制冷劑在吸氣狀態(tài)時(shí)的比體積（m3/kg）;（3）、理論比功制冷壓縮機(jī)按等熵壓縮時(shí)每壓縮輸送1kg制冷劑蒸氣所消耗的功，稱為理論比功，用w0表示。其表達(dá)式為：w0=h2-h1式中w0一理論比功（kJ/kg）;h2壓縮機(jī)排氣狀態(tài)制冷劑的比焓值（kJ/kg）;hl壓縮機(jī)吸氣狀態(tài)制冷劑的比焓值（kJ/kg）;（4）、單位冷凝熱負(fù)荷制冷壓縮機(jī)每輸送lkg制冷劑在冷凝器中放出的熱量，稱為單位冷凝熱負(fù)荷，用qk表示。其表達(dá)式為：qk=（h2-h2）+（h02-h3）=h2-h3式中qk單位冷凝熱負(fù)荷（kJ/kg）；h2與冷凝壓力對(duì)應(yīng)的干飽和蒸氣狀態(tài)所具有的比焓值（kJ/kg）;h3與冷凝壓

15、力對(duì)應(yīng)的飽和液狀態(tài)所具有的比焓值（kJ/kg）;在壓焓圖中，qk相當(dāng)于等壓冷卻、冷凝過(guò)程線2-2-3在h軸上的投影（見圖2）。比較式（IT）、式（1-3）、式（1-4）和h4=h3可以看出，對(duì)于單級(jí)蒸氣壓縮式制冷理論循環(huán)，存在著下列關(guān)系qk=q0+w0（5）、制冷系數(shù)單位質(zhì)量制冷量與理論比功之比，即理論循環(huán)的收益的代價(jià)之比，稱為理論循環(huán)制冷系數(shù)，用0表示，即q_hh4wh2一h01根據(jù)以上幾個(gè)性能指標(biāo)，可進(jìn)一步求得制冷劑循環(huán)量、冷凝器中放出的熱量、壓縮機(jī)所需的理論功率等數(shù)據(jù)。在眾多的活度系數(shù)模型，請(qǐng)寫出三個(gè)常用的活度系數(shù)模型摩爾過(guò)量Gibbs自由能gE表達(dá)式以及對(duì)應(yīng)的二元組分活度系數(shù)的表達(dá)式。為石油化工過(guò)程中的含有乙烯、乙烷、丙烯、丙烷、丁烷、丁烯-1的混合物的分離過(guò)程選擇合適的相平衡計(jì)算方法，給出詳細(xì)的計(jì)