中国石油大学-化工热力学在线考试

1、word中国石油大学远程教育学院期末考试化工热力学学习中心： : 学号：关于课程考试违规作弊的说明1、提交文件中涉嫌抄袭容包括抄袭网上、书籍、报刊杂志与其他已有论文，带有明显外校标记，不符合学院要求或学生本人情况，或存在查明出处的容或其 他可疑字样者，判为抄袭，成绩为“ 0。2、两人或两人以上答题容或用语有 50犯上一样者判为雷同，成绩为“ 0。3、所提交试卷或材料没有对教师题目进展作答或提交容与该课程要求完全不相 干者，认定为“白卷或”错卷，成绩为“0。一、请学生运用所学的化工热力学知识， 从以下给定的题目中选择至少选择2个题目进展论述：总分100分1.在众多的状态方程中，写出三个常用的状态

2、方程。根据本人的工作或者生活选择一个体系、选择其中一个状态方程、对其 PVT关系的计算准确度进展分析，并提出改良的方向和意见。丙烯的PVT状态分析本人工作的单位通过对于单位甲醇中心工段的学习，了解到在甲 醇净化工段丙烯为利用最多的制冷剂，在学习丙烯压缩工段的同时对丙烯的物化性质也有了深入了解。丙烯的理化学性质：丙烯是一种无色略带甜味的易燃气体， 分子式为CHsCH=CHCCC,临界压力为 4.6Mpa,爆炸极限为2.011%1 / 10wordvol，闪点为-108C。因此，丙烯在贮藏时要特别小心，一旦发生 泄漏，因为它比空气重，容易积聚在低洼处与地沟中，假如在流动过 程中遇到火星，如此极易引

3、起爆炸，酿成严重后果。选择用R-K状态方程计算对液态丙烯的 PVT关系准确度进展分析，从化工热力学光进等编著中查得丙烯的临界数据为Tc=364.9K;Pc=46.0*0 1 MPa,下面是厂里给定的丙烯性质数据。_2_ 2.520.42748R Tc0.42748 8.3146a=6pC4.6 1062.5364.9=16.3409(m6?Pa?K0.5?mol 2)温度(C)-40-30-20-1001020304050压力(atm)1.4012.0973.0234.2575.7727.68510.04612.91116.30720.299体积(mL/g)129666404463934232

4、5691957151015101177922为了计算方便，用excel换算和简单计算得到新的数据如下:温度C-40-30-20-1001020304050温度K233243253263273283293303313323压力P1*10-1MPa摩尔体积V1*10-5m3/molR-K方程：p=K-Eh)10 5(m3 ?mol 1),0.08664RTC0.08664 8.3146 364.9b=6Pc4.6 10由上表又知道摩尔体积 V,故由M据R-K方程，用excel可分别计算得2 / 10word到各温度下的压力值P：温度 C-40-30-20-1001020304050压力P (1*1

5、0-1MPa)计算压力P1(1*10-1MPa )用R-K状态方程计算得数据与给定值比拟可得如下数据图:通过计算和上图的数据比照，可得结论：利用公司给定丙烯性质数值， 代入V值，用R-K方程计算所得的压力值Pi与给定的P值偏差很小。 即对制冷流程简述：从Recfisol来的丙烯气体与丙烯过冷器壳侧排出的气体混合，压 力为0.13Mpa,温度为-40C,进入压缩机入口别离器饱和并计量后， 气体压力为0.12Mpa,温度为-40C C,进入丙烯压缩机的中段，两股 气体均被压缩到0.9Mpa, 102c排出，压缩后的气体被丙烯冷凝，液 体丙烯进入丙烯贮梢，压力为 1.85Mpa,温度为45CC,从闪

6、蒸梢底 部引出来，一路进入压缩机入口别离器，通过液位调节以补充进口丙 烯气流量，另一路进丙烯深冷器，通过自身丙烯闪蒸以降低温度，壳 侧丙烯气与Recfisol来的会和，从管程中来的液体通过旁路进一步调节3 / 10word温度至-20C、压力为0.485MPa,离开系统进Recfisol,以提供低温甲醇洗所需冷量。为防止丙烯中微量水份在闪蒸过程中冻结， 还需向系 统注入少量甲醇，甲醇的喷淋是通过计量泵出口甲醇与丙烯贮梢到闪 蒸梢的液体丙烯大小，调节喷淋混合来完成的。由于丙烯易燃易爆，因此，在设备维修前后都必须用N2置换丙烯，然后用空气置换 M开车时先用N2置换空气，再用丙烯置换 N2。2,根据

7、功热转换的原理，选择一个体系或者工况进展节能过程分析。要求给出详细的计算步骤和过程分析。知识点提示：选择一个热工转换或者制冷、热泵系统，运用热力学第一定律、热力学第二定律进展过程计算。常见冷库的制冷原理日常生活中冷库对于我们来说非常常见， 下面我们用压给关系分 析其制冷过程和原理，冷库的空调制冷原理涉与了热力学第一定律， 为逆卡诺循环，以下是用理论制冷循环的分析和计算。、制冷循环系统的根本组成根据蒸汽压缩式制冷原理构成的单级蒸汽压缩式制冷循环系统，是由不同直径的管道和在其中制冷剂会发生不同状态变化的不见组成，串接成一个封闭的循环回路，在系统回路中装入制冷剂，制冷剂在这个循环回路中能够不停的循环

8、流动，即称为制冷循环系统。制冷剂在流经制冷循环系统的各相关部位， 将发生由液态变为气态，再由气态变为液态的重复性的不断变化。 利用制冷剂气化时吸收4 / 10word其他物质的热量，冷凝时向其他介质放出热量的性质，当制冷剂气化 吸热时，某物质必然放出热量而使其温度下降， 这样就达到了制冷的 目的。依照上述要求，蒸汽压缩式制冷循环系统如图 1所示。蒸汽压缩式制冷循环系统主要有四大部件组成，即压缩机、冷凝 器、节流元件和蒸发器，用不同直径的管道把他们串接起来，就形成 了一个能使制冷剂循环流动的封闭系统。图1单级蒸汽压缩式制冷循环系统1制冷压缩机 2 一冷凝器3 节流元件4 蒸发器、制冷循环过程制冷

9、压缩机由原动机拖动而工作，不断地抽吸蒸发器中的制冷剂 蒸汽，压缩成高压pk、过热蒸汽而排出并送人冷凝器，正是由于 这一高压寻在，使制冷剂蒸汽在冷凝器中放出热量，把热量传递给周 围的环境介质一水或空气，从而使制冷剂蒸汽冷凝成液体。冷凝后的液体仍处于高压状态，流经节流元件进入蒸发器。制冷 剂在节流元件中，从入口端的高压 pk降低至低压p0,从高温降低到 t0 ,并出现少量液体汽化为蒸汽。制冷剂液体流入蒸发器后吸收热量而沸腾汽化逐渐变为蒸汽，在/ 10word汽化过程中，制冷剂从被冷却介质中吸收吸收所需要的汽化热，使被冷却介质温度降低，实现制冷的目的。、逆卡诺循环一一理想制冷循环的过程计算根据理论制

10、冷循环的假设条件，单级蒸气压缩式制冷理论循环工作过程，在压给图上的表示如图2所示。图2单级蒸汽压缩式制冷循环理论在lgp-h图上的表示1制冷压缩机从蒸发器吸取蒸发压力为p0的饱和制冷剂蒸汽状态点1，沿等嫡线压缩至冷凝压力为 pk状态点2，压缩过 程完成。2状态点2的高温高压制冷剂蒸气进入冷凝器，经冷凝器与环 境介质空气或水进展热交换，放出热量qk后沿等压线pk冷却至饱和 蒸汽状态点2然后冷凝至饱和状态点3,冷凝过程完成。在冷却过 程2-2中制冷剂与环境介质由温差，在冷凝过程2 -3中制 冷剂与环境介质无温差。3状态点3的饱和制冷剂液体经节流元件节流降压，沿等给线节流过程中始值保持不变由冷凝压力

11、 pk降至蒸发压力p0,到达6 / 10word湿蒸气状态点4,膨胀过程完成。4状态点4的制冷剂湿蒸气进入蒸发器，在蒸发器吸收被冷却 介质的热量沿等压线p0汽化，到达饱和蒸汽状态点1,蒸发过程完 成。制冷剂的蒸发温度与被冷却介质间无温差。单级蒸汽压缩式制冷理论循环的性能指标有单位质量制冷量、单 位容积制冷量、理论比功、单位冷凝热负荷与制冷系数等。1、单位质量制冷量 制冷压缩机每输送1kg制冷剂经循环从 被冷却介质中吸取的冷凉称为单位质量制冷量，用 q0表示。其表达 式为：q0=h1-h4=r0 1-x4式中q0 一单位质量制冷量kJ/kg；h1与吸气状态对应的比给值kJ/kg；H4一节流后湿蒸

12、气的比始值kJ/kg；r0一蒸发温度下制冷剂的汽化潜热kJ/kg；X4一节流后气液两相制冷剂的干度。单位质量制冷量q0在压始图上相当于过程线1-4在h轴上的投 影（见图2）。2、单位容积制冷量制冷压缩机每吸入1m3制冷剂蒸气吸气状态计循环从被冷却介质中制取的冷量，称为单位容积制冷量， 用qv表不。其表达式为：qv=q0=h1 h4ViVi式中 qv 一单位容积制冷量k J/m3;7 / 10word一制冷剂在吸气状态时的比体积m3/kg;3、理论比功制冷压缩机按等嫡压缩时每压缩输送1kg制冷剂蒸气 所消耗的功，称为理论比功，用 w0表示。其表达式为：w0=h2-h1式中 w0 理论比功kJ/k

13、g;h2一压缩机排气状态制冷剂的比始值kJ/kg;hl压缩机吸气状态制冷剂的比始值kJ/kg;4、单位冷凝热负荷制冷压缩机每输送1kg制冷剂在冷凝器中放出的热量，称为单位冷凝热负荷，用 qk表示。其表达式为：qk=h2-h 2 +(h02- h3)= h2- h3式中qk 一单位冷凝热负荷kJ/kg；h不与冷凝压力对应的干饱和蒸气状态所具有的比始值kJ/kg;h3 一与冷凝压力对应的饱和液状态所具有的比始值kJ/kg;在压始图中，qk相当于等压冷却、冷凝过程线 2-2 -3在h轴上的 投影见图2。比拟式1-1、式1-3、式1-4和h4=h3可以看出，对于单级蒸气压缩式制冷理论循环，存在着如下关系qk=q0+w05、制冷系数单位质量制冷量与理论比功之比，即理论循环的收益的代价之比，称为理论循环制冷系数，用e 0表示，即0 奥=w0 h2 h1根据以上几个性能指标，可进一步求得制冷剂循环量、冷凝器中放出8 / 10word的热量、压缩机所需的理论功率等数据。.在众多的活度系数模型，请写出三个常用的活度系数模型摩尔过 量Gibbs自由能gE表达式以与对应的二元组分活度系数的表达 式。.为石油化工过程中的含有乙烯、乙烷、丙烯、丙烷、丁烷、丁烯-1的混合物的别离过程选择适宜的相平衡计算方法，给出详细的 计算过程和步骤，并对其结果进展分析和讨论。知识点提示：根据本体系的性质选择逸度