中國(guó)石油大學(xué)-化工熱力學(xué)在線考試

1、word中國(guó)石油大學(xué)遠(yuǎn)程教育學(xué)院期末考試化工熱力學(xué)學(xué)習(xí)中心： : 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容包括抄襲網(wǎng)上、書(shū)籍、報(bào)刊雜志與其他已有論文，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，或存在查明出處的容或其 他可疑字樣者，判為抄襲，成績(jī)?yōu)椤?0。2、兩人或兩人以上答題容或用語(yǔ)有 50犯上一樣者判為雷同，成績(jī)?yōu)椤?0。3、所提交試卷或材料沒(méi)有對(duì)教師題目進(jìn)展作答或提交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)展論述：總分100分1.在眾多的狀態(tài)方程中，寫出三個(gè)常用的狀態(tài)

2、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)展分析，并提出改良的方向和意見(jiàn)。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CHsCH=CHCCC,臨界壓力為 4.6Mpa,爆炸極限為2.011%1 / 10wordvol，閃點(diǎn)為-108C。因此，丙烯在貯藏時(shí)要特別小心，一旦發(fā)生 泄漏，因?yàn)樗瓤諝庵?，容易積聚在低洼處與地溝中，假如在流動(dòng)過(guò) 程中遇到火星，如此極易引

3、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)展分析，從化工熱力學(xué)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*0 1 MPa,下面是廠里給定的丙烯性質(zhì)數(shù)據(jù)。_2_ 2.520.42748R Tc0.42748 8.3146a=6pC4.6 1062.5364.9=16.3409(m6?Pa?K0.5?mol 2)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)129666404463934232

4、5691957151015101177922為了計(jì)算方便，用excel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K233243253263273283293303313323壓力P1*10-1MPa摩爾體積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由上表又知道摩爾體積 V,故由M據(jù)R-K方程，用excel可分別計(jì)算得2 / 10word到各溫度下的壓力值P：溫度 C-40-30-20-1001020304050壓力P (1*1

5、0-1MPa)計(jì)算壓力P1(1*10-1MPa )用R-K狀態(tài)方程計(jì)算得數(shù)據(jù)與給定值比擬可得如下數(shù)據(jù)圖:通過(guò)計(jì)算和上圖的數(shù)據(jù)比照，可得結(jié)論：利用公司給定丙烯性質(zhì)數(shù)值， 代入V值，用R-K方程計(jì)算所得的壓力值Pi與給定的P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)入口別離器飽和并計(jì)量后， 氣體壓力為0.12Mpa,溫度為-40C C,進(jìn)入丙烯壓縮機(jī)的中段，兩股 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)入丙烯貯梢，壓力為 1.85Mpa,溫度為45CC,從閃

6、蒸梢底 部引出來(lái)，一路進(jìn)入壓縮機(jī)入口別離器，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)3 / 10word溫度至-20C、壓力為0.485MPa,離開(kāi)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梢到閃 蒸梢的液體丙烯大小，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N2置換丙烯，然后用空氣置換 M開(kāi)車時(shí)先用N2置換空氣，再用丙烯置換 N2。2,根據(jù)

7、功熱轉(zhuǎn)換的原理，選擇一個(gè)體系或者工況進(jìn)展節(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)展過(guò)程計(jì)算。常見(jiàn)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(jiàn)， 下面我們用壓給關(guān)系分 析其制冷過(guò)程和原理，冷庫(kù)的空調(diào)制冷原理涉與了熱力學(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)的根本組成根據(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(jiàn)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)

8、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4 / 10word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 一冷凝器3 節(jié)流元件4 蒸發(fā)器、制冷循環(huán)過(guò)程制冷

9、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)一水或空氣，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?，? 10word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)一一理想制冷循環(huán)的過(guò)程計(jì)算根據(jù)理論制

10、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，在壓給圖上的表示如圖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，沿等嫡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)展熱交換，放出熱量qk后沿等壓線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，沿等給線節(jié)流過(guò)程中始值保持不變由冷凝壓力

11、 pk降至蒸發(fā)壓力p0,到達(dá)6 / 10word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)荷與制冷系數(shù)等。1、單位質(zhì)量制冷量 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 一單位質(zhì)量制冷量kJ/kg；h1與吸氣狀態(tài)對(duì)應(yīng)的比給值kJ/kg；H4一節(jié)流后濕蒸

12、氣的比始值kJ/kg；r0一蒸發(fā)溫度下制冷劑的汽化潛熱kJ/kg；X4一節(jié)流后氣液兩相制冷劑的干度。單位質(zhì)量制冷量q0在壓始圖上相當(dāng)于過(guò)程線1-4在h軸上的投 影（見(jiàn)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表不。其表達(dá)式為：qv=q0=h1 h4ViVi式中 qv 一單位容積制冷量k J/m3;7 / 10word一制冷劑在吸氣狀態(tài)時(shí)的比體積m3/kg;3、理論比功制冷壓縮機(jī)按等嫡壓縮時(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 理論比功kJ/k

13、g;h2一壓縮機(jī)排氣狀態(tài)制冷劑的比始值kJ/kg;hl壓縮機(jī)吸氣狀態(tài)制冷劑的比始值kJ/kg;4、單位冷凝熱負(fù)荷制冷壓縮機(jī)每輸送1kg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-h 2 +(h02- h3)= h2- h3式中qk 一單位冷凝熱負(fù)荷kJ/kg；h不與冷凝壓力對(duì)應(yīng)的干飽和蒸氣狀態(tài)所具有的比始值kJ/kg;h3 一與冷凝壓力對(duì)應(yīng)的飽和液狀態(tài)所具有的比始值kJ/kg;在壓始圖中，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(jiàn)圖2。比擬式1-1、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)，存在著如下關(guān)系qk=q0+w05、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e 0表示，即0 奧=w0 h2 h1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8 / 10word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)式以與對(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的混合物的別離過(guò)程選擇適宜的相平衡計(jì)算方法，給出詳細(xì)的 計(jì)算過(guò)程和步驟，并對(duì)其結(jié)果進(jìn)展分析和討論。知識(shí)點(diǎn)提示：根據(jù)本體系的性質(zhì)選擇逸度