化工热力学课件

第二章流体的P-V-T关系VolumetricPropertiesofPureFluids2流体的P-V-T关系

流体指除固体以外的流动相（气体、液体）的总称。均匀流体一般分为液体和气体两类。2流体的P-V-T关系本章目的：

1.流体的P-V-T关系可直接用于设计如：1）一定T、P下，ρ？Vm?

2)管道直径的选取：流量

3）储罐的承受压力：P

2.利用可测的热力学性质（T，P，V，CP）计算不可测的热力学性质（H，S，G，f，

φ，α，γ）（将在第三、四章介绍）2流体的P-V-T关系本章要求：

1.了解纯物质的P-T图和P-V图

2.正确、熟练地应用R-K方程、两项维力方程计算单组分气体的P-V-T关系

3.正确、熟练地应用三参数普遍化方法计算单组分气体的P-V-T关系

4.了解计算真实气体混合物P-V-T关系的方法，并会进行计算。2流体的P-V-T关系2.1纯物质的P-V-T性质2.2气体的状态方程式2.3对比态原理及其应用2.4真实气体混合物的PVT关系2.5液体的PVT关系2.1纯物质的P-V-T性质

流体的PVT数据是化工生产﹑工程设计和科学研究最为基本的数据，它们是化工热力学的基础数据。这些数据是可以直接测量的，但是众多的数据都做测量，那么必然既浪费时间又不经济，是否能够找出物质或者混合物的PVT数据，运用热力学的基础理论将这些数据加以关联，提出日益精确的计算方法？要找到物质PVT之间的计算关系式，首先，我们就要搞清楚纯物质PVT行之间有何种数学关系。

三维立体图2-1是典型的纯物质的PVT关系图。2.1纯物质的P-V-T性质图2-1纯物质的PVT图（a）凝固时收缩2.1纯物质的P-V-T性质经过大量实验数据处理表明,纯物质的P-V-T之间实际上存在有这样的函数关系，即

f(P,V,T)=02.1纯物质的P-V-T性质2.1.1P-T图

2.1.2P-V图2.1.3PVT关系2.1纯物质的P-V-T性质2.1纯物质的P-V-T性质2.1.1P-T图

c点：临界点(CriticalPoint)，该点表示纯物质汽-液两相可以共存的最高温度Tc和最高压力Pc。在图中高于Tc和Pc，由虚线隔开的区域成为密流区，密流区的流体称超临界流体或简称流体，在这个区域流体的属性不同与气体也不同于液体，它具有特殊的属性。2.1纯物质的P-V-T性质2.1纯物质的P-V-T性质2.1.1P-T图

当P<Pc,T<Tc时，等温加压或等压降温均可液化，属于汽体；当P<Pc,T>Tc时，等温加压可变为流体，等压降温可液化，属于气体；当P=Pc,T=Tc时，两相性质相同；当T>Tc,P>Pc，即处于密流区时，既不符合气体定义，也不符合液体定义，若A点（液相状态）变化到B点（汽相状态），这个过程是一个渐变的过程，没有明显的相变化。2.1纯物质的P-V-T性质2.1纯物质的P-V-T性质该图分为四相区（固相区、液相区、气相区、超临界区）三线（熔化曲线、升华曲线、汽化曲线），二点（三相点，临界点）。根据相律：F=c-P+2一般区域：F=1-1+2=2有两变量可变平衡线上：F＝1－2＋2＝1只有一个变量可变三相点：F＝1－3＋2＝0

P、T均为定2.1纯物质的P-V-T性质2.1.2

P-V图2.1纯物质的P-V-T性质2.1.2P-V图从图中看出纯物质P-V图有三个特点：⑴体系汽-液两相的比容（体积）差随温度和压力的上升而减少，外延至ΔV=0点，求得Pc,Tc,Vc。2.1纯物质的P-V-T性质2.1.2P-V图

⑵在单相区，等温线为光滑的曲线或直线，高于临界温度的等温线光滑无转折点；低于临界温度的等温线有转折点，由三部分组成。2.1纯物质的P-V-T性质2.1.2P-V图

⑶等温线在临界点处出现水平拐点，该点的一阶导数和二阶导数皆为零斜率曲率2.1纯物质的P-V-T性质2.1.3PVT关系以上我们是将PVT性质两两分开进行讨论的，若将这三个性质合在一起用图表示，那么就需要用三维坐标才能体现出来。2.1纯物质的P-V-T性质2.1.3PVT关系2.1纯物质的P-V-T性质2.1.3PVT关系

对于纯物质而言，在单相区里，PVT三者之间存在着一定的函数关系，用数学式表示为：(隐函数关系）

f(P,V,T)=0

2流体的P-V-T关系

2.1纯物质的P-V-T性质2.2气体的状态方程式2.3对比态原理及其应用2.4真实气体混合物的PVT关系2.5液体的PVT关系2.2气体的状态方程式

对于纯物质而言，在单相区里，PVT三者之间存在着一定的函数关系，用数学式表示为：(隐函数关系）对1摩尔物质f(P,V,T)=0

对n摩尔物质f(P,V,T,n)=0

根据相律。纯流体的PVT性质中任意两个确定后，体系的状态就确定了，故f(P,V,T)=0称为状态方程（EOS）。

2.2气体的状态方程式EOS必要条件

1）满足临界条件

2）P→0（V→∞）符合理想气体定律获得EOS的途径

1）理论推导

2）实验数据归纳

3）半经验半理论

2.2气体的状态方程式EOS的价值1）精确地代表相当广泛范围内的PVT数据，大大减少实验测定工作量。2）可直接计算不做实验测定的其它热力学性质3）进行相平衡的计算但其通用性差，要在广泛的气体密度范围内即用于极性物质，又用于非极性物质，又要精度，很难做到。2.2气体的状态方程式2.2.1理想气体状态方程2.2.2立方型状态方程2.2.3多常数状态方程2.2.1理想气体状态方程

PV=nRT工

是表达式f(P,V,T)=0最简单的形式。

2.2.1理想气体状态方程（1）理想气体的两个假设（2）掌握理想气体气体状态方程需明确的三个问题2.2.1理想气体状态方程（1）理想气体的两个假设

A.气体分子间无作用力

B.气体分子本身不占有体积2.2.1理想气体状态方程（2）掌握理想气体气体状态方程需明确的三个问题：

A.理想气体本身是假设的，实际上是不存在的。但它是一切真实气体当P→0时可以接近的极限，因而该方程可以用来判断真实气体状态方程的正确程度，即：真实气体状态方程在P→0时，应变为：

PV=nRT2.2.1理想气体状态方程B.低压下的气体（特别是难液化的N2，H2，CO，CH4，…），在工程设计中，在几十个大气压（几个MPa）下，仍可按理想气体状态方程计算P、V、T：而对较易液化的气体，如NH3，CO2，C2H4（乙炔）等，在较低压力下，也不能用理想气体状态方程计算。2.2.1理想气体状态方程C.应用理想气体状态方程时要注意R的单位（第6页，表2-1）常用的是（SI制）当T（K），P（Pa），V（m3/mol）时，R=8.314J/molK

当T（K），P（Pa），V（m3/kmol）时，R=8.314×103J/kmolK2.2气体的状态方程式2.2.1理想气体状态方程2.2.2立方型状态方程2.2.3多常数状态方程2.2.2立方型状态方程

（1）Van

DerWaals方程

（2）R-K方程Redlich-Kwong

（3）S-R-K方程（4）Peng-Robinson方程2.2.2立方型状态方程（1）Van

DerWaals方程第一个有实验意义的状态方程是由Van

DerWaals在1873年提出的（原型）

a/V2:压力校正项b：体积校正项2.2.2立方型状态方程（1）Van

DerWaals方程显压型2.2.2立方型状态方程（1）VanDerWaals方程

常数a,b值的确定：在临界点处，函数的一阶导数和二阶导数都为零,可得2.2.2立方型状态方程（1）VanDerWaals方程

VDW方程实际上是由分子运动论提出的半理论、半经验的方程式，是立方型方程的基础。VDW尽管对理想气体状态方程式进行了修正，并将修正后的方程用于解决实际气体的PVT性质的计算，但其精确度不是太高，不能满足一些工程需要，只能用于估算2.2.2立方型状态方程（2）R-K方程Redlich-Kwong

1949年由Redlich和Kwong共同研究提出的

R-K方程的一般形式（显压型）（1摩尔）2.2.2立方型状态方程（2）R-K方程Redlich-Kwong便于计算机应用的形式其中：B=b/RT，A/B=a/bRT1.5即Z=f1(h),h=f2(Z)，通过试差即可计算出V

2.2.2立方型状态方程（2）R-K方程Redlich-KwonR-K方程的解法：①已知T，V，求P，显压型，直接计算，很方便。（P9，例2-1），在计算时，一定要注意单位，

1atm=0.101325×106Pa=0.101325MPa②已知P，T，求V，用上式试差求解，工程上最常用的情况，P，T易测③已知P，V，求T，如求操作温度，试差求解2.2.2立方型状态方程（2）R-K方程Redlich-KwonR-K方程的应用范围⑴适用于气体PVT性质的计算；⑵非极性、弱极性物质误差在2%左右，对于强极性物质误差在10-20%。2.2.2立方型状态方程（1）Van

DerWaals方程（2）R-K方程Redlich-Kwong（3）S-R-K方程（4）Peng-Robinson方程2.2.2立方型状态方程Soave是把R-K方程中的常数看作是温度的函数2.2.2立方型状态方程（1）Van

DerWaals方程（2）R-K方程Redlich-Kwong（3）S-R-K方程

（4）Peng-Robinson方程2.2.2立方型状态方程（4）Peng-Robinson方程是对VanderWaals和R-K方程的进一步修正2.2.2立方型状态方程

R-K方程经过修正后，应用范围拓宽，可用于两相PVT性质的计算，对于烃类计算，其精确度很高。2.2气体的状态方程式2.2.3多常数状态方程（1）

维里方程Virial

Equation（2）B-W-R方程（8常数）（3）M-H状态方程（9常数）2.2.3多常数状态方程（1）维里方程Virial

Equation（2）B-W-R方程（8常数）（3）M-H状态方程（9常数）2.2.3多常数状态方程（1）维里方程Virial

Equation（1）方程的提出（2）两项维里方程（3）应用范围与条件2.2.3多常数状态方程（1）维里方程Virial

Equation（1）方程的提出2.2.3多常数状态方程（1）维里方程Virial

Equation（1）方程的提出在气相区，等温线近似于双曲线形式，从图中可以看到当P升高时，V变小。

1907年，荷兰Leiden大学，Onness通过大量的实验数据，认为气体或蒸汽的PV乘积，非常接近于常数，于是，他提出了用压力的幂级数形式来表示PV得乘积

PV=a+bP+cP2+……2.2.3多常数状态方程（1）维里方程Virial

Equation（1）方程的提出用大量的实验数据来验证这个方程式，并且又从中发现了一些规律PV=a(1+B

'P+C

'P

2

+D

'P

3

＋

……)

其中：a,B

',C

',D

',

都是温度和物质的函数2.2.3多常数状态方程（1）维里方程Virial

Equation（1）方程的提出当压力趋于0时，PV=a；又理想气体状态方程PV=RT知，

a=RT2.2.3多常数状态方程（1）维里方程Virial

Equation

1）方程的提出可得到用压力表示的维里方程（显压型）PV=RT(1+B

'P+C

'P

2

+D

'P

3

+……)

2.2.3多常数状态方程（1）维里方程Virial

Equation

1）方程的提出把RT移到等式右边，可得到：

Z压缩因子

2.2.3多常数状态方程（1）维里方程Virial

Equation

1）方程的提出用体积作为显函数的维里方程为：2.2.3多常数状态方程（1）维里方程Virial

Equation

1）方程的提出用压力或体积表示的维里方程中的常数，都具有一定的物理意义：B,B

'：第二维里系数，它表示对一定量的真实气体，两个分子间的作用所引起的真实气体与理想气体的偏差。C,C

'：第三维里系数，它表示对一定量的真实气体，三个分子间的作用所引起的真实气体与理想气体的偏差。D,D

'：……维里系数=f(物质，温度)。2.2.3多常数状态方程（1）维里方程Virial

Equation

1）方程的提出当时对于这些常数，Onness也没有给出任何解释，直到统计热力学的出现，才对这些常数做出了比较满意的解释，统计热力学实际上就是维里方程的理论基础，因而我们才可以说，维里方程是具有理论基础的方程。2.2.3多常数状态方程（1）维里方程Virial

Equation

2）两项维里方程在实际中，我们常遇到两两分子作用，因此我们多采用两项维里方程2.2.3多常数状态方程（1）

维里方程Virial

Equation

2）两项维里方程常用的两项维里方程2.2.3多常数状态方程（1）

维里方程Virial

Equation

3）应用范围与条件维里方程是一个理论状态方程，其计算范围应该是很宽阔的，但由于维里系数的缺乏，使维里方程的普遍性和通用性受到了限制。在使用维里方程时应注意：⑴用于气相PVT性质的计算，对液相不适用；⑵P<1.5Mpa时，用（2-28a），（2-28b）计算,可满足工程要求；⑶1.5Mpa<P<5Mpa时，用（2-29）三项；⑷高压，精确度要求高时，可根据情况，多取几项。目前采用维里方程计算气体PVT性质时，一般最多采取三项。这是由于多于三项的维里方程中的常数奇缺，所以多于三项的维里方程一般不大采用。2.2.3多常数状态方程（1）

维里方程Virial

Equation（2）B-W-R方程（8常数）（3）M-H状态方程（9常数）2.2.3多常数状态方程（2）B-W-R方程（8常数）

Benedict-Webb-Rubin

(2-34)式2.2.3多常数状态方程（1）

维里方程Virial

Equation（2）B-W-R方程（8常数）（3）M-H状态方程（9常数）2.2.3多常数状态方程（3）M-H状态方程（9常数）优点：①计算精度高，气相1%，液相<5%；②常数易确定，仅需要临界点和常压下的数据；③可用于极性气体PVT性质的计算；④可用于VLE和液相性质的计算。问题：对液相极性物质计算的误差大，最大可达16%。2.3对比态原理及其应用

2.3.1气体的对比态原理2.3.2对比状态原理的应用2.3.1气体的对比态原理

通过大量的实验发现，许多物质的气体当接近临界点时，都显示出相似的性质，因而引出了对比参数的概念。2.3.1气体的对比态原理

对比参数

Pr=P/Pc

Vr=V/Vc

Tr=T/Tc

2.3.1气体的对比态原理

f(p,V,T)=0f′(Pr

,Vr

,Tr

)

=02.3.1气体的对比态原理理想气体PV=RT真实气体PV=ZRT

2.3.1气体的对比态原理

真实气体与理想气体的偏差集中反映在压缩因子Z上，人们发现所有气体的临界压缩因子ZC相近，表明所有气体在临界状态具有与理想气体大致相同的偏差。

2.3.1气体的对比态原理如果将各种物质的Zc视为相同的常数，则：各物质在相同的Pr，Tr（Vr）下，有相同的Z值。这就引出对比态原理。对比态原理：所有的物质在相同的对比态下，表现出相同的性质。即：组成、结构、分子大小相近的物质有相近的性质。2.3.1气体的对比态原理对比状态原理尽管不太严密，但在实际当中很有指导意义。2.3对比态原理及其应用2.3.2对比状态原理的应用

普遍化状态方程

普遍化关系式2.3.2对比状态原理的应用普遍化状态方程1

普遍化vanderWaal方程

把p=pcpr,V=VcVr,T=TcTr,Vc=3b，代入方程2.3.2对比状态原理的应用得

符合f(pr,Vr,Tr)=0且无a、b参数

2.3.2对比状态原理的应用普遍化状态方程

VanderWaals方程

R-K方程2.3.2对比状态原理的应用普遍化的方程只是一种计算方法，严格来讲并不一定准确。特别是在低压下不适用，这就暴露出它的局限性。已知在低压下大多数气体都遵守理想气体定律，即：

PV=RT2.3.2对比状态原理的应用对比参数来表示，则得是临界压缩因子，令=ZC，则得

2.3.2对比状态原理的应用

如果上式成立，则必须要求ZC是一个通用常数，但实测数据表明，各种气体的ZC是不一样的，即非常数（对一些单原子气体，ZC=0.27，其它的ZC在0.25-0.29之间），这就表明，上式在低压下不适用，只能近似成立。

2.3.2对比状态原理的应用普遍化状态方程表现为两点：⑴不含有物性常数，以对比参数作为独立变量；⑵可用于任何流体、任意条件下的PVT性质的计算。2.3.2对比状态原理的应用普遍化关系式1）三参数普遍化关系式

2）应用举例2.3.2对比状态原理的应用普遍化关系式1）三参数普遍化关系式

z=f(Pr,Tr,第三参数)

第三参数的特性：最灵敏反映物质分子间相互作用力的物性参数，当分子间的作用力稍有不同，就有明显的变化。2.3.2对比状态原理的应用普遍化关系式2）三参数普遍化关系式⑴偏心因子⑵普遍化的维里系数法（普维法）⑶普遍化的压缩因子法（普压法）⑷注意事项2）三参数普遍化关系式⑴偏心因子

1955年，K.S.Pitzer提出了以偏心因子作为第三因子的关系式

z=f(Pr,Tr,

ω

)

物质的偏心因子是根据物质的蒸汽压力定义的。

2）三参数普遍化关系式⑴偏心因子A、B为因物质而异的常数物质的偏心因子是根据物质的蒸汽压力定义的2）三参数普遍化关系式⑴偏心因子把饱和蒸汽压PS对比参数代入，得为直线方程蒸汽压曲线终止于临界点2）三参数普遍化关系式在临界点Tr=Pr=1，此时a=b，所以在临界点对比蒸气压曲线斜率为-a2）三参数普遍化关系式⑴偏心因子2）三参数普遍化关系式⑴偏心因子Pitzer对大量的物质进行了试验，并发现：①球形分子（非极性，量子）氩、氪、氙的斜率相同,且在Tr=0.7时，logPrs=－1②非球形分子的直线都位于球形分子的下面，物质的极性越大，其偏离程度也越大。1.01.21.41.61.8-1-2-3logPrs1/Tr

1

2Ar,Kr,Xe非球形分子1非球形分子22）三参数普遍化关系式⑴偏心因子2）三参数普遍化关系式⑴偏心因子

定义:Tr=0.7时，某一物质对比蒸气压的对数与惰性气体对比饱和蒸气压的对数之差。

2）三参数普遍化关系式⑴偏心因子偏心因子是具有物理意义的，它的物理意义为：其值的大小，是反映物质分子形状与物质极性大小的量度。

球形分子（Ar，Kr，Xe等）ω

=0；非球形分子ω>02）三参数普遍化关系式⑴偏心因子Pitzer提出了两个非常有用的普遍化关系式①以两项维里系数表示的普遍化关系式（简称为普维法）②以压缩因子的多项式表示的普遍化关系式（简称普压法）2.3.2对比状态原理的应用普遍化关系式2）三参数普遍化关系式⑴偏心因子⑵普遍化的维里系数法（普维法）⑶普遍化的压缩因子法（普压法）⑷注意事项2）三参数普遍化关系式⑵普遍化的维里系数法（普维法）普维法是以两项维里方程作为基础的，提出了用普遍化方法计算第二维里系数两项维里方程2）三参数普遍化关系式⑵普遍化的维里系数法（普维法）

是无因次数群，是温度的函数，普遍化第二维里系数要计算PVT性质，首先要计算出这一数群2）三参数普遍化关系式⑵普遍化的维里系数法（普维法）Pitzer提出了下面的计算方程式2）三参数普遍化关系式⑵普遍化的维里系数法（普维法）

这两个式子完全是经验关联式，是由大量实验数据关联的来的，没有特殊的物理意义。既然是关联式，式中的具体数据就不能更改。2.3.2对比状态原理的应用普遍化关系式2）三参数普遍化关系式⑴偏心因子⑵普遍化的维里系数法（普维法）⑶普遍化的压缩因子法（普压法）⑷注意事项2）三参数普遍化关系式⑶普遍化的压缩因子法（普压法）普压法是以多项式表示出来的方法：Z=Z0+ωZ1＋．．．．2）三参数普遍化关系式⑶普遍化的压缩因子法（普压法）一般取前两项，即能满足工程需要

z=z0+ωz'

z0=f1(Pr,Tr)

z'=f2(Pr,Tr)

2）三参数普遍化关系式⑶普遍化的压缩因子法（普压法）z0=f1(Pr,Tr)2）三参数普遍化关系式⑶普遍化的压缩因子法（普压法）

z'=f2(Pr,Tr)2）三参数普遍化关系式⑶普遍化的压缩因子法（普压法）普压法的计算过程TcPcVc

T,PTrPr查图或表Z0Z1式(2-38)ZTPV2.3.2对比状态原理的应用普遍化关系式2）三参数普遍化关系式⑴偏心因子⑵普遍化的维里系数法（普维法）⑶普遍化的压缩因子法（普压法）⑷注意事项2）三参数普遍化关系式⑷注意事项

①应用范围：以P18图2-9中的曲线为界，当Tr，Pr的对应点落在曲线上方时，用普维法；落在下方时用普压法；当求P时，Pr未知，用Vr判据，Vr

≥

2

，用普维法直接计算，而Vr<2时，用普压法迭代求取。选择合适的计算方法，这一点很重要，希望大家在运用三参数普遍化关系式计算时，一定要注意以上几点，在使用之前，一定要注意判断。2）三参数普遍化关系式⑷注意事项

图2－92）三参数普遍化关系式⑷注意事项②计算精度：选用方程进行计算时，精度的大小对于工程技术人员来说也是一个很重要的指标，三参数普遍化关系是能够很好的满足工程需要，一般对于非极性和弱极性物质，误差约3%，强极性物质为5-10%。2.3对比态原理及其应用2.3.2对比状态原理的应用普遍化状态方程

普遍化关系式三参数普维法普压法2.3对比态原理及其应2.3.2对比状态原理的应用普遍化关系式1）两参数普遍化压缩因子图2）三参数普遍化关系式

3）应用举例2.3对比态原理及其应用2.3.2对比状态原理的应用普遍化关系式3）应用举例

P18-19，例2-4例2-52.3.2对比状态原理的应用3）应用举例计算时要注意：①当Vr<2时，由T，V用普压法求P，要用迭代法计算。z=z0+ωz'

z0

=f1(Pr,Tr)

z'

=f2(Pr,Tr)

由P＝ZRT／VZRT/V=PcPr

P＝PcPr2.3.2对比状态原理的应用3）应用举例注意②用普维法计算P可以直接计算，不必迭代当Vr

≥

2时，由T，V求P，可以用两项维里方程，2.3.2对比状态原理的应用3）应用举例注意③在这里要提醒大家的是，在工作中要计算PVT性质时，首先必须会查找手册，查出实验数据，只有实验数据才是最为可靠的。如果确实找不到实验数据，就要进行计算，计算方法就是我们前面介绍的，但并不仅仅是这些，有些我们没有讲到的方法也是很有价值的。在选取方程式计算时，一定要注意你所选取的方程是否适用于你所研究的范围，切不可没有原则的乱用。2流体的P-V-T关系

2.1纯物质的P-V-T性质

2.2气体的状态方程式

2.3对比态原理及其应用

2.4真实气体混合物的PVT关系

2.5液体的PVT关系2.4真实气体混合物的PVT关系

真实气体混合物的非理想性，可看成是由两方面的原因造成的:

①由纯气体的非理想性②由于混合作用所引起的非理想性。2.4真实气体混合物的PVT关系

真实气体混合物PVT性质的计算方法，与纯组分PVT性质的计算方法是相同的，也有两种：

①状态方程法

②普遍化关系式法但由于混合物组分数的增加，使它的计算又具有特殊性。2.4真实气体混合物的PVT关系

对纯组分气体PV=zRT

对混合物气体PV=zmRT2.4真实气体混合物的PVT关系2.4.1普遍化关系式法2.4.2状态方程法2.4真实气体混合物的PVT关系2.4.1普遍化关系式法1）虚拟临界常数法2）道尔顿定律+z图3）阿玛格定律+z图4）应用举例2.4.1普遍化关系式法1）虚拟临界常数法

该法是由W.B.Kay提出的，其思想是把混合物人为地看作是一种纯物质，由于世界上的每一种纯物质，都具有相应的临界点，那么把混合物看作一种纯物质，就要找出它的临界常数,这些常数是通过一些混合规则将混合物中各组分的临界参数联系在一起，由于它不是客观上真实存在的，所以称其为虚拟临界常数2.4.1普遍化关系式法1）虚拟临界常数法Kay规则：虚拟对比参数2.4真实气体混合物的PVT关系2.4.1普遍化关系式法1）虚拟临界常数法2）道尔顿定律+z图3）阿玛格定律+z图4）三参数普遍化关系式法5）应用举例2.4.1普遍化关系式法2）道尔顿定律+z图

定义：混合物的总压力是各独立组分分别于混合物的温度和总体积下的纯组分压力之和。（混合气体中各组成气体的压力等于它在同温度下独占总体积的压力）2.4.1普遍化关系式法2）道尔顿定律+z图⑴要点:Zm=ΣyiZi

2.4.1普遍化关系式法2）道尔顿定律+z图

⑵注意点

道尔顿定律关键在于组分i的压缩因子zi的计算，而组分i的压缩因子的计算关键又在于Pi的计算，应用道尔顿定律时要注意以下几点：2.4.1普遍化关系式法2）道尔顿定律+z图

①zi是由Tr，Pr查两参数压缩因子图得来的

②Pi是纯组分的分压，不能称为分压；对理想气体混合物，分压力为对真实气体混合物，纯组分的压力为2.4真实气体混合物的PVT关系2.4.1普遍化关系式法1）虚拟临界常数法2）道尔顿定律+z图3）阿玛格定律+z图4）应用举例2.4.1普遍化关系式法3）阿玛格定律+z图定义：（假设阿玛格定律适用于真实气体混合物，则）气体混合物的总体积应该为各组分分别在混合物的温度和总压力下测得的体积之和。

2.4.1普遍化关系式法3）阿玛格定律+z图

阿玛格定律与压缩因子相结合，也可以计算真实气体混合物的PVT性质⑴要点2.4.1普遍化关系式法3）阿玛格定律+z图

⑵注意点：①zi是由查TriPri两参数压缩因子图得到,2.4.1普遍化关系式法3）阿玛格定律+z图与D-定律的区别主要表现在对zi的求取不同D-定律：zi是由Pi、T混决定，一般要试差或迭代，可用于低于5Mpa以下的体系A-定律：zi是由P混、T混决定，不需要试差或迭代，可用于高压体系，30Mpa以上2.4真实气体混合物的PVT关系2.4.1普遍化关系式法1）虚拟临界常数法2）道尔顿定律+z图3）阿玛格定律+z图4）应用举例2.4真实气体混合物的PVT关系2.4.1普遍化关系式法1）虚拟临界常数法2）道尔顿定律+z图3）阿玛格定律+z图4）应用举例2.4.1普遍化关系式法4）应用举例例：分别用下列方法计算含N240.1%、C2H4

59.9%（mol）的混合气体的600atm、323K下的摩尔体积（1）理想气体定律（2）Amagat定律及二能数压缩因子图（3）Dolton定律及二能数压缩因子图（4）虚拟临界参数法2.4真实气体混合物的PVT关系2.4.2状态方程法

1）混合物的维里方程

2）混合物的R-K方程2.4.2混合物的状态方程真实气体分子力作用力非常复杂，因此在真实气体状态方程中，这种分子韹相互作用通过不同的参数来表现除维里方程外，大多数状态方程至今没有从理论上建立混合规则，主要是经验或半经验的混合规则，各状态方程有其特定的混合规则，使用要配套。2.4.2混合物的状态方程混合规则：即为混合物的性质与Qm与纯物质性质及其组成之间的关系式。

如果有了混合规则，便可根据纯物质的参数及组成求出混合物的性质。2.4.2混合物的状态方程混合物参数Qm一般通过组成的二次型表达。

2.4.2混合物的状态方程1）混合物的维里方程①混合物的维里系数与组成间的关系对单组分气体对气体混合物2.4.2状态方程法1）混合物的维里方程①混合物的维里系数与组成间的关系

Bm是混合物的第二维里系数，它表示所有可能双分子效应的加和。2.4.2状态方程法1）混合物的维里方程①混合物的维里系数与组成间的关系

由于交叉维里系数是考虑分子1与分子2之间的相互作用力的，从文献上查不到，既然查不到，就要考虑是否可以通过式子计算得到。美国Prausnitz提出了交叉维里系数的计算法2.4.2状态方程法1）混合物的维里方程

②交叉维里系数的计算对于纯组分气体对于混合气体2.4.2状态方程法1）混合物的维里方程

②交叉维里系数的计算

由Prausnitz提出的经验式计算

P21（2-53）-（2-57）五个式子计算2.4真实气体混合物的PVT关系2.4.2状态方程法

1）混合物的维里方程

2）混合物的R-K方程2.4.2状态方程法2）混合物的R-K方程

③应用举例(P22,例2-7）2流体的P-V-T关系

2.1纯物质的P-V-T性质

2.2气体的状态方程式

2.3对比态原理及其应用

2.4真实气体混合物的PVT关系

2.5液体的PVT关系

2.5液体的PVT关系由于液体的体积（密度）易于测定，液体的PVT关系形成了另一套表示和关联方法。2.5液体的PVT关系2.5.1经验关联式2.5.2普遍化关联式2.5.1经验关联式（1）Tait方程该方程的表达式为

式中，D、E在给定温度下为常数；V0L和p0为指定温度下、该液体在对比态时的体积和压力。

2.5.1经验关联式（2）修正的雷克特方程其形式为：

VS为饱和液体的摩尔体积。ZRA值可查阅文献。只要有临界常数，就可求出不同温度下的饱和液体的摩尔体积VS，其误差一般为1-2%。

2.5液体的PVT关系2.5.1经验关联式2.5.2普遍化关联式2.5.2普遍化关联式计算液体密度的普通化关联式为：

式中ρr`为ZC＝0.27时液体的对比密度，可从图2－10中查取；ρr为ZC≠0.27时液体的对比密度；D为校正系数，可从图2－11中得到。

第六章

蒸汽动力循环与制冷循环EnginesandRefrigeration6蒸汽动力循环与制冷循环

目的：研究循环中热、功转换的效果及其影响因素，探求提高能量转换效果的途径。

内容：

1.讨论蒸汽动力循环的热效率、功以及循环中各工质状态的变化

2.制冷循环的热力学分析

要求：掌握工作原理、工质状态变化、能量转换计算、能量转换效果热力学分析6蒸汽动力循环与制冷循环

6.1蒸汽动力循环

6.2膨胀过程

6.3制冷循环6.1蒸汽动力循环

1）蒸汽动力循环与正向卡诺循环

2）蒸汽动力循环工作原理及T-S图

3）朗肯循环

4）提高朗肯循环热效率的措施

5）应用举例6.1蒸汽动力循环

1）蒸汽动力循环与正向卡诺循环

高温向低温传热是自发过程，是产功过程，正向卡诺循环是由两个可逆等温过程和两个可逆绝热过程组成的，用T-S图表示为6.1蒸汽动力循环

正向卡诺循环：

工质吸热温度大于工质排热温度

正向卡诺循环是动力循环，是最理想的情况，因为它产功最大。6.1蒸汽动力循环

卡诺循环产功最大，但实际上很难实现，问题在于：

①湿蒸汽对汽轮机和水泵有侵蚀作用，汽轮机带水量不能超过10%，水泵不能带入蒸汽进泵；

②绝热可逆过程实际难以实现。6.1蒸汽动力循环1）蒸汽动力循环与正向卡诺循环

2）蒸汽动力循环工作原理及T-S图

3）朗肯循环

4）提高朗肯循环热效率的措施

5）应用举例6.1蒸汽动力循环

2）蒸汽动力循环工作原理及T-S图

蒸汽动力循环的主要设备有：汽轮机、冷凝器、水泵、锅炉四部分，工作介质一般为水。6.1蒸汽动力循环

P1、T1的高温高压蒸汽进入汽轮机等熵膨胀到状态2，对外作功，2点状态为乏汽，从汽轮机流出进入冷凝器，乏汽在冷凝器中放出汽化潜热QL，而变为该压力下的饱和水，放出的热量QL由冷却水带走，达到状态3，饱和水经水泵压到P1进入锅炉，锅炉吸收热量QH，使工质变化到状态1，完成一个循环。6.1蒸汽动力循环1）蒸汽动力循环与正向卡诺循环2）蒸汽动力循环工作原理及T-S图3）朗肯循环4）提高朗肯循环热效率的措施5）应用举例6.1蒸汽动力循环

3）朗肯循环Rankine朗肯循环的原理：也是由四个部分组成6.1蒸汽动力循环朗肯循环的过程为：

1-2′：产功过程，在汽轮机中进行若忽略的工质的摩擦与散热，此过程可简化为可逆绝热膨胀（等熵膨胀）

2′-3：乏气放热过程，等温等压冷凝放热在冷凝器中进行，在冷凝器里，冷却水把工质的热量带走，使其转变为饱和液体

6.1蒸汽动力循环3-4：耗功过程，饱和液体水在水泵中升压，可认为可逆绝热压缩

4-1：工质吸热过程，等压升温、汽化过程。在锅炉中进行水

6.1蒸汽动力循环

朗肯循环过程热力学计算

⑴工质在锅炉中的吸热量

Q1

=ΔH=H1－H4

KJ/Kg⑵工质在冷凝器中排放的热量Q2=

ΔH

=

H3－H2

KJ/Kg6.1蒸汽动力循环⑶汽轮机中工质的单位产功量

WSR=H2－H1

KJ/KgWS=

ΔH

=H2′－H1

KJ/Kg∴∵6.1蒸汽动力循环⑷水泵中工质的单位耗功量

Wp=ΔH=H4－H3

KJ/Kg

由于液态水的不可压缩性，水泵中工质的耗功量可按下式进行计算

kJ/kg6.1蒸汽动力循环⑸热效率

定义：锅炉中所给的热量中转化为净功的量。6.1蒸汽动力循环

⑹气耗率

定义：输出1kwh的净功所消耗的蒸汽量

SSC（specificsteamconsumption）。显然，热效率越高，汽耗率越低，表明循环越完善

6.1蒸汽动力循环计算步骤：a.先将蒸汽动力循环过程在T-S图上表示出来b.确定各点的状态，并查出H,S值c.计算能量变化，热效率，汽耗率6.1蒸汽动力循环一般已知：p1，t1，p2各点H、S具体的确定方法如下：状态点1，根据p1、t1值查表得H1、S1值；状态点2，根据p2,,而S2=S1，根据p2时的饱和水和饱和水蒸汽的熵，计算出干度。可得H2、t2；状态点3，根据p3=p2，等压线与饱和液体线的交点，可确定H3、S3；状态点4，p4=p1，S4=S3；由p4、S4值可确定H4、S4值。

6.1蒸汽动力循环1）蒸汽动力循环与正向卡诺循环2）蒸汽动力循环工作原理及T-S图3）朗肯循环4）提高朗肯循环热效率的措施5）应用举例6.1蒸汽动力循环

4）提高朗肯循环热效率的措施

要提高朗肯循环的热效率，首先必须找出影响热效率的主要因素，从热效率的定义来看

对卡诺循环对朗肯循环6.1蒸汽动力循环提高热效率

⑴H2降低，H2一般受压力P2及对应压力下的饱和温度的限制，一般以大气温度为极限，t2不可能小于大气温度，况且，当P2一定，H3也就一定了。6.1蒸汽动力循环

⑵H1升高，因为水不可压缩耗功很少，一般可忽略不计，但H1增加，必须使P1、t1增加，P1太大会使设计的强度出现问题，从而使制造成本增加，提高效率的收益，并不一定能弥补成本提高的花费。6.1蒸汽动力循环

卡诺循环要求等温吸热和等温放热以及等熵膨胀和等熵压缩。在朗肯循环中，等温放热、等熵膨胀和等熵压缩这三各过程基本上能够与卡诺循环相符合，差别最大的过程是吸热过程。现在主要问题是如何能使吸热过程向卡诺循环靠近，以提高热效率。显然改造不等温吸热是提高热效率的关键，由此提出了蒸汽的再热循环和回热循环。6.1蒸汽动力循环①回热循环：利用蒸汽的热来加热锅炉给水，这样就大大减少了温差传热不可逆因素，从而使热效率提高，使该循环向卡诺循环靠近了一步。6.1蒸汽动力循环高压水6经锅炉加热至过热蒸汽1；过热蒸汽经汽轮机作功，抽出一部分蒸汽2

进回热器（

），其它蒸汽（1－

）在透平中继续作功，至湿蒸汽2，经冷凝器冷凝至饱和水3，经水泵加压至未饱和水4，进入回热器，与2

蒸汽交换至两者温度都达到较高水温5，经水泵加热至6经锅炉，完成一个循环。6.1蒸汽动力循环

为抽气系数，可通过对回热器的能量分析求得，不考虑散热损失。

ΔH＝Q+Ws=0

(H5－H2

)＋(1－

)(H5-H4）＝06.1蒸汽动力循环对于整个循环进行能量衡算：

ΔH＝0＝Q1+Q2+WS+WP

Q1=H1-H6WS=(1-

)(H2-H2

)+(H2

-H1)Q2＝(1－

)(H3-H2）6.1蒸汽动力循环在回热加热器中抽出的蒸汽与经过冷凝压缩后的未饱和水进行热量交换，从而提高了吸热温度，使热效率升高。回热循环的热效率为：小结：①减少了工质吸热过程的温差，由T1－T4减少到T1－T6②热效率提高，但设备成本也增加。6.1蒸汽动力循环②热电循环使高压蒸汽膨胀做功到某一压力，再提供乏气或乏气的热量，这种即提供动力又提供热量的循环称为热电循环。化工生产中，不仅需要动力，还需要不同品位的热量，所以既提供能量，又提供动力的热电循环更适用（Rankine循环只提供动力）6.1蒸汽动力循环③热电循环背压式汽轮机联合供电供热循环6.1蒸汽动力循环

背压式汽轮机联合供电供热循环

特点：

⑴冷凝器中冷却工质的介质为热用户的介质，不一定是冷却水，冷凝温度由供热温度决定，QL得以利用；

⑵排气压力受供热温度影响，较朗肯循环排气压力高6.1蒸汽动力循环⑶热电循环效率6.1蒸汽动力循环③热电循环抽气式汽轮机联合供电供热循环6.1蒸汽动力循环抽气式汽轮机联合供电供热循环

特点：⑴工质部分供热,部分作功；

⑵供热量与乏汽无关；

⑶热电循环效率为：WS=(1-

)(H3-H2)+(H2-H1)6.1蒸汽动力循环6蒸汽动力循环与制冷循环6.1蒸汽动力循环

6.2膨胀过程

6.3制冷循环6.2膨胀过程

膨胀过程在实际当中经常遇到，如：高压流体流经喷嘴、汽轮机、膨胀器及节流阀等设备或装置所经历的过程，都是膨胀过程。下面讨论膨胀过程的热力学现象。着重讨论工业上经常遇到的节流膨胀和绝热膨胀过程及其所产生的温度效应6.2膨胀过程1）节流膨胀过程

将高压流体经一节流阀迅速膨胀到低压的过程称为节流膨胀。

①特点：等焓过程

由热力学第一定律Q=0（来不及传热），Ws=0（不做功）若忽略掉动能、位能的影响∴ΔH=06.2膨胀过程②微分节流效应（焦汤效应）（Joule-Thomson）

定义：流体节流时，由于压力的变化而引起温度的变化称为节流效应。节流时微小压力的变化所引起的温度变化，称为微分节流效应。数学式为6.2膨胀过程

节流过程实际上是由于压力变化而引起温度变化的过程，是一个等焓过程6.2膨胀过程因节流前后的焓值不变，dH=0，上式可写为：

6.2膨胀过程6.2膨胀过程即6.2膨胀过程

③节流膨胀制冷的可能性a）对理想气体

说明理想气体在节流过程中温度不发生变化∵PV=RTV=RT/P6.2膨胀过程b）对真实气体

有三种可能的情况

由定义式μJ>0表示节流后温度下降，压力减小，温度降低致冷6.2膨胀过程μJ=0,节流后温度不变；μJ<0,节流后温度升高；6.2膨胀过程小结⑴节流过程的主要特征是等焓；⑵理想气体节流时温度不变，不能用于制冷或制热；⑶真实气体节流效应取决于气体的状态，在不同的状态下节流，具有不同的微分节流效应值。6.2膨胀过程

③转化点，转化曲线

由于真实气体的节流效应值随着状态的不同而发生变化，所以在实际当中，要产生制冷效应，必须选择适当的节流前状态，使其节流效应系数大于0。欲达到这一目的，首先要找到转化点。所谓转化点就是节流效应系数为0时的温度、压力所对应的点6.2膨胀过程

P144图6-8

转化曲线：将图上各转化点连接起来所组成的曲线就叫转化曲线。

转化曲线左侧，等焓线上，压力减小，温度降低，为制冷区；

转化曲线右侧，等焓线上，压力减小，温度升高，为制热区；转化曲线上，节流效应系数为零。6.2膨胀过程

④积分节流效应

实际节流时，压力变化为一有限值，由此所引起的温度变化称为积分节流效应6.2膨胀过程积分节流效应ΔTH的求法

⑴公式法

若压力变化不大，节流效应系数为常数

ΔTH=μJ(P2－P1)6.2膨胀过程

⑵T-S图法ΔTH=T2－T1

因此有了T-S图，

积分节流效应就

不必用公式计算，可直接算出来，这是最方便最可行的方法。.6.2膨胀过程

⑶经验公式估算

对于空气，当压力变化不大时，不考虑温度的影响，可按下式进行估算6.2膨胀过程2）对外作功的绝热膨胀

工程上，除了节流膨胀外，还有另外一种膨胀作功过程——绝热膨胀

对外作功的绝热膨胀，如果可逆进行，则为等熵过程，因而又称为等熵膨胀6.2膨胀过程2）对外作功的绝热膨胀

①可逆绝热膨胀

特点：等熵过程，要注意绝热过程是可逆的才能称为等熵过程

微分等熵膨胀效应系数

定义式6.2膨胀过程等熵膨胀制冷的可能性对函数dS=0,S=f(T,P)因为等熵过程，dS=0，上式可写为

6.2膨胀过程6.2膨胀过程

说明了任何气体在任何状态下经绝热膨胀，都可制冷，这与节流膨胀不同

∴μS恒大于06.2膨胀过程比较得

说明在相同条件下，等熵膨胀系数恒大于节流膨胀系数，因此等熵膨胀可获得比节流膨胀更好的制冷效果∴恒大于零.6.2膨胀过程积分等熵温度效应

等熵膨胀时，压力变化为有限值所引起的温度变化，称为积分等熵温度效应6.2膨胀过程计算积分等熵温度效应ΔTS的方法有⑴利用微分等熵温度效应计算(公式法)6.2膨胀过程⑵T-S图法

在有T-S图时，

最方便的方法是从图上读出

ΔTS6.2膨胀过程⑶用等熵、等焓节流效应计算若Cp为常数6.2膨胀过程

②不可逆对外作功的绝热膨胀

实际上对外作轴功的膨胀过程并不是可逆的，因此不是等熵过程，而是向熵增大的方向进行，其终态位置可由等熵效率计算确定。对活塞式膨胀机，温度小于等于30℃时，等熵效率近似等于0.65，温度高于30℃时，等熵效率近似等于0.7和0.75之间；对透平机，等熵效率在0.8和0.85之间不可逆对外作功的绝热膨胀的温度效应介于等熵膨胀效应和节流膨胀效应之间6.2膨胀过程3)等熵膨胀与节流膨胀的比较

①等熵膨胀与气体属性及状态无关，对任何气体任何状态都产生制冷效应。节流膨胀对理想气体不产生温度效应，真实气体视气体状态而定，若真实气体产生制冷效应，那么等熵膨胀的温度效应大于节流膨胀的温度效应，即6.2膨胀过程

②设备与操作

节流膨胀简单，针形阀；等熵膨胀复杂，需要低温润滑油

③操作条件与运行情况

一般大中型企业这两种都用，小型企业用节流膨胀。这两种膨胀过程是化工过程制冷的依据，也是气体液化的依据6.2膨胀过程

实例P146例6-5例6-66蒸汽动力循环与制冷循环

6.1蒸汽动力循环

6.2

膨胀过程

6.3

制冷循环6.3制冷循环

化工生产中常常需要将物系的温度降低到大气环境的温度以下，如：合成氨生产分离合成气中氨需要-30℃，气体分离液化空气需要-100℃以下的低温，在有机化工生产中，轻烃组分的分离都需要低温。在日常生活中，我们也经常遇到冷冻现象，如：空调机调温，电冰箱保存食物等。6.3制冷循环

冷冻温度高于-100℃称普通冷冻低于-100℃称为深度冷冻

要将物质冷却到大气环境温度以下，必须从被冷却物系取走能量，通常是以热的形式取出并排入大气或冷却水。因此，冷冻过程实质上是由低温物系向高温物系传热的过程，要用逆卡诺循环来达到制冷的目的。6.3制冷循环

1）制冷循环--逆向卡诺循环

2）蒸汽压缩制冷循环

3）制冷剂的选择与载冷体的选用

4）多级压缩制冷和复迭式制冷

5）吸收式制冷

6)热泵6.3制冷循环

1）制冷循环--逆向卡诺循环

低温向高温放热这一过程是非自发过程，是耗功过程，必须给它能量才能实现

理想的冷冻机是由两个等温过程和两个绝热过程构成的循环

逆向卡诺循环：工质吸热温度小于工质放热温度6.3制冷循环

1）制冷循环--逆向卡诺循环逆向卡诺循环的过程1→2绝热可逆压缩2→3等温冷凝过程3→4绝热可逆膨胀4→1等温蒸发过程6.3制冷循环热力计算

①工质吸热量

Q0=T1(S1－S4)

②放给环境的热量Q2=T2(S3－S2)6.3制冷循环③耗功量由热力学第一定律得

ΔH=∑Q+Ws

ΔH＝0Ws＝－∑Q＝（T2－

T1)(S1－S4)6.3制冷循环④制冷系数（效率）

制冷的技术经济指标6.3制冷循环即：理想制冷系数T2—制冷剂（循环工作介质）在高温放热温度T1—制冷剂在低温吸热温度6.3制冷循环

逆向卡诺循环是制冷循环最理想的情况，因为它耗功最小，但实际过程的耗功量都大于逆向卡诺循环，工业上现在广泛应用的是蒸汽压缩制冷循环。6.3制冷循环1）制冷循环--逆向卡诺循环

2）蒸汽压缩制冷循环

3）制冷剂的选择与载冷体的选用

4）多级压缩制冷和复迭式制冷

5）吸收式制冷

6)热泵6.3制冷循环

2）蒸汽压缩制冷循环

工作原理及T-S图

蒸汽压缩制冷循环的主要设备有：压缩机、冷凝器、膨胀机、蒸发器四部分6.3制冷循环

对于实际压缩制冷循环，过程如下所述：

1-2——对应于压缩机，如冰机、氨压机、制冷机；此为可逆绝热压缩过程应用稳流体系的能量方程，可得到压缩机消耗的功为：

Ws=H2－H1KJ/kg6.3制冷循环2-4——冷凝器进行，在冷凝器里，冷却剂把工质的热量带走，使其由高压气体变为高压液体；此为等压冷却、冷凝过程

Q2=H4－H2KJ/kg6.3制冷循环4-5——在节流阀内进行；节流膨胀过程

H4=H5KJ/kg5-1——蒸发器内进行。等温等压蒸发过程6.3制冷循环压缩制冷过程的热力学计算

⑴单位冷冻量：1Kg制冷剂在循环过程中所提供的冷量对蒸发器：

q0

=H1－H4

kJ/kg6.3制冷循环⑵冷凝器的单位热负荷（制冷剂的放热量）

Q2

=H4－H2

KJ/Kg

⑶压缩机单位耗功量

Ws

=H2－H1

KJ/Kg6.3制冷循环⑷制冷系数

⑸冰机的制冷能力（一般冰机能提供多少冷冻能力，铭牌上都有注释）

Q0=mq0

KJ/hm为制冷剂循环量。6.3制冷循环有时候制冷能力不是以KJ/h给出的，而是用冷冻吨，所谓冷冻吨就是：1冷冻吨=每天将273.16K的1吨水凝结为同温度的冰所需要移走的热量。由于1Kg水凝结为冰要放出334.5KJ的热量，所以

1冷冻吨=1×10

3×334.5/24=1.394×104

KJ/h6.3制冷循环

⑹制冷剂循环量

m=Q0

/q0

Kg/h⑺冷凝器的热负荷

QH

=mqH

KJ/hQH是设计冷凝器的基本依据。6.3制冷循环

⑻压缩机的轴功率

NT=mWs/3600

KW

Kw6.3制冷循环计算举例

P148-151

例6-7、6-8、6-96.3制冷循环1）制冷循环--逆向卡诺循环

2）蒸汽压缩制冷循环

3）制冷剂的选择与载冷体的选用

4）多级压缩制冷和复迭式制冷

5）吸收式制冷

6)热泵6.3制冷循环3）制冷剂的选择与载冷体的选用

能够作为制冷剂的物质很多，当确定了工艺条件后，就要选择合适的物质作为制冷剂，要求所选的制冷剂要安全、节省、又能满足工艺要求，选择原则详见课本149页。6.3制冷循环①

大气压力下沸点低，不仅可获得较低的制冷温度，而且在一定制冷温度下，蒸汽压力高于大气压，防止空气进入；②

常温下冷凝压力应尽量低，以降低冷凝器的耐压与密封要求；③

汽化潜热大,减少制冷剂的循环量，缩小压缩机尺寸；④

具有较高的临界温度与较低的凝固温度，使大部分放热过程在两相区进行；⑤

具有化学稳定性，不易燃，不分解，无腐蚀。6.3制冷循环常用制冷剂氨、R-11（CCl2F2),R-13（CClF3）、R-22（CHClF2）R-113（C2Cl3F3）、R-124（C2H3ClF2）甲烷R-50、乙烷R-170、乙烯R-1150蒙特利尔会议—氟氯烃中限制生产。

工业上一般选用冷冻盐水

MgCl2

,CaCl26.3制冷循环1、采用氨作致冷剂的蒸气压缩制冷循环，液体氨在－50℃下蒸发，由于冷损失使进入压缩机的氨气温度为－45℃（即过热5℃），冷凝器用冷却水冷却，水温为25℃，如果冷凝传热温差为5℃，假设压缩过程为等熵压缩，制冷剂的质量流量为85kg/h。（1）画出该制冷循环的T－S图（2）计算压缩机所消耗的功率（3）单位制冷量与制冷系数。

6.3制冷循环上边介绍的是一级压缩制冷循环，在工业生产中，有时需要更低的蒸发温度，这样冷凝温度和蒸发温度之差就会比较大，高低温差大就需要较高的压缩比，压缩比过大将会导致出口温度过高，蒸汽温度过高就会引起制冷剂的分解（如氨在120℃以上就会分解），在这种情况下，单级压缩不但不经济，甚至是不可能的，因此就必须采取措施进行改进。最好的办法就是采用多级压缩和级间冷却，这样不但可以降低功率消耗，而且还可以提供不同的制冷温度6.3制冷循环1）制冷循环--逆向卡诺循环

2）蒸汽压缩制冷循环

3）制冷剂的选择与载冷体的选用

4）多级压缩制冷和复迭式制冷

5）吸收式制冷

6)热泵6.3制冷循环

4）多级压缩制冷和复迭式制冷

在氨制冷机中，一般蒸发温度低于-30℃时，采用两级压缩；低于-45℃采用三级压缩。6.3制冷循环

4）多级压缩制冷和复迭式制冷

两级压缩制冷循环

工作原理及T-S图见课本P151

两级压缩、两级蒸发的优点：

⑴耗功小，节能；

⑵制冷量大；

⑶可同时得到不同温度的低温。6.3制冷循环多级压缩制冷的工作原理与两级相同，大家可以下去后自己思考一下三级压缩三级蒸发的原理图。多级压缩制冷除了可用同一种制冷剂外，还可以用不同的制冷剂构成各自的循环系统，复迭式制冷就属于不同的制冷剂各自完成不同的循环系统6.3制冷循环复迭式制冷

目的：为了获得更低的制冷温度

特点：⑴使用两种或两种以上的制冷剂

⑵各自构成独立的制冷循环

⑶低温度级的蒸发器是更低温度级的冷凝器6.3制冷循环

4）多级压缩制冷和复迭式制冷

工作原理及T-S图，见课本P1526.3制冷循环对两种制冷剂的要求（如氨、乙烯组成复迭式制冷）

⑴低温循环的制冷剂蒸发温度T>Ts（更低温度制冷剂的凝固温度）⑵更低温度循环制冷剂的蒸发温度小于低温循环的制冷剂的冷凝温度T<Tc⑶更低温度循环制冷剂的冷凝温度>低温制冷剂的蒸发温度6.3制冷循环1）制冷循环--逆向卡诺循环

2）蒸汽压缩制冷循环

3）制冷剂的选择与载冷体的选用

4）多级压缩制冷和复迭式制冷

5）吸收式制冷

6)热泵6.3制冷循环5）吸收式制冷

所谓吸收式制冷，不消耗机械功，靠消耗低温位的热能，使低压气变为高压气，以达到制冷目的。

P153图6-146.3制冷循环由蒸发器出来的低压氨气（通常含有少量水分），送入吸收塔，被塔顶喷下的稀氨水吸收，变为浓氨水，先经泵加压，再经换热器升温，最后送进解吸器，在其中汽化。解吸器实际是一分馏设备。由于氨比水容易汽化，因此从解析器顶部出来的是高压浓氨气，由底部出来的是高压稀氨水。浓氨气送入冷凝器，用天然水将其冷凝后，节流送向蒸发器制冷。解吸器底部出来的稀氨水先经换热器冷却，再经降压后送入吸收塔吸收氨气用。由于氨溶于稀氨水是吸热过程，因此要往解吸器中通入蒸汽进行加热6.3制冷循环将吸