化工热力学主观题考核答案.docx

中国石油高校（北京）远程教化学院期末考核（化工热力学一、请学生运用所学的化工热力学学问，从以下给定的题目中选择至少选择2个题目进行论述I（总分100分）1.教材中给出了众多的状态方程，请依据本人的工作或者生活选择一个体系、选择一个状态方程、对其PVT关系的计算精确度进行分析，并提出改进的方向和看法。丙烯的PVT状态分析近期我正在中海石油中捷石化甲醉车间进行培训，在甲解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仃了深化了解“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CH5CH=CH:,分子量为42.08,沸点-477C,烙点为-185.25C,其密度为空气的1.46倍，临界温度为91.8C,临界压力为4.6MPa,爆炸极限为2.01.1.%（vo1.）.闪点为/08C。（因此，丙烯在贮藏时要特殊当心，假如发生泄漏，因为它比空气重，积聚在低洼处及地沟中，如在流淌过程中遇到火星，则极易引起爆炸，粮成严峻后果。）选择用R-K状态方程计算对液态丙烯的PVT关系计算精确度进行分析,从&化工热力学、陈光进等编著中查得丙烯的临界数据为TC=364.9K：p,-1.6.0*10iMPa,湿度-40-30-20-1001020304050（）下面是中海石油中她石化给定的丙烯性质数据。压力<at«)1.4012.0973.0234.2575.7727.68510.01612.91116.30720.299体枳(1.g)1296664014639342325691957151015101177922为了计.算便利，用CXCd换算和荷洁计算得到新的数据如F都度(T)-IO-30-20-IOOIO20304050M(K)233243253赳2732832933CG313SZJ长力P<1.*IO,UPa>1.41962.)2183.(»H4.31347.7蝴10.179113.0621161.S23120.56S)摩尔体枳Y<1.>n'n7n1.>53).!I2R2K94K.0321.St>2H2I4KO.9MII11K10.3S2K2X>.0G663S1.OHOfs.ownOKI8163M79.776R-K方程：P=-V-/zTvv+)=042748=处噢出华受空=16.3409(/PK""产)pr4.6×106八7,0.08664RTt0.086M8.3146×364.9.,n.sj,.1b=；=5.7145XIOIzn"IP,4.6XIO6由上表又知道摩尔体积，故依据RK方程，用exce1.可分别计尊得到各温度下的压力值P”温度(C)-40-30-20-1001020301050压力P(1*10'MPa)1.41962.12483.06314.31345.84857.786810.179113,082116.523120.5680计算压力P.<1*1OYPa)1.02882.17063.11824.39036.06798.250511.060211.441215.146719.9288用R-K状态方程计算得数据与给定值比较可得如卜数据图:放据分析通过计算和上图的数据对比，可得结论：利用*中海石油中槌石化绐定丙烯性质数值及代入V值，用R-K方程计算所得的压力值P1.与给定的P值偏差很小。即对于气态丙烯，利用R-K状态方程计鸵其PVT关系式很牢罪的。制冷流程简述：从Rccfiso1.来的丙烯气体与丙烯过冷器壳侧扑出的气体混合，压力为0.13Mpa,温度为<0C,进入压缩机入口分别罂饱和并计量后，气体压力为0.2Mpa温度为-4()C进入，丙烯压缩机一段，由闪蒸罐出来的丙烯闪蒸汽压力为O525Mpa温度为55C,进入丙烯压缩机的中段,两股气体均被压缩到1.9Mpa,102C排出，压缩后的气体被丙烯冷凝器冷凝，液体丙烯进入丙烯贮槽，压力为1.85即“温度为45<0,为防丙烯压缩机喘振，在丙烯机气体排出口有一回到入口分别落回路管线补充气量之不足。从丙烯贮槽出来的液体丙烯进入闪蒸槽，闪蒸气进入丙烯机中段，从丙烯压缩机出口处C引一管线为防喘振二段回路.液体丙烯压力0.52511网温度为-5.5,从闪蒸槽底部引出来，一路进入压缩机入门分别器，通过液位调整以补充进口丙烯气流量，另路进丙烯深冷胧,通过自身丙烯闪蒸以降低温度，壳健丙烯气与ReC尔O1.来的全合，从管程中来的液体通过旁路进一步调整温度至-20C,压力为0.185Vpa,离开系统进RCCfiSo1.,以供应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醉，甲醉的喷淋是通过计量泵出口甲醇与丙烯贮槽到闪蒸槽的液体丙烯大小，调整喷淋混合来完成的。由丙烯易燃易爆，因此，在设备修理前后都必需用Nz置换丙烯，然后用空气置换Ni开车时先用Nz置换空气，再用丙烯置换N2。2.依据功热转换的原理，选择一个体系或者工况进行节能过程分析。要求给出具体的计算步骤和过程分析。空调制冷原理空调在日常生活中随处可见，下面分别用温燃关系和压始关系分析其制冷过程和原理。空调制冷原理涉及了了热力学第肯定律和热力学其次定律，为逆卡诺循环，以下是用理论制冷循环的分析和计算。一：逆卡诺循环一志向制冷循环的功能计算，图1温燧图它由两个等温过程和两个绝热过程组成。假设低温热源(即被冷却介质)的温度为T»,高温热源(即环境)的温度为Tk.则工质的温度在吸热过程中为To,在放热过程中为Tk,就是说在吸热和放热过程中工质与冷源及高温热源之间没有温差，即传热是在等温下进行的，压缩和膨胀过程是在没有任何损失状况下进行的。其循环过程为：首先工质在TD下从冷源(即被冷却介质)吸取热星qo,并进行等温膨胀4-1.然后通过绝热压缩1-2,使其温度由To上升至环境介质的温度T1.再在Tk下进行等温压缩2-3,并向环境介质放出热量qk.最终再进行绝热膨张34,使其温度由Tk降至To即使工旗回到初始状态4,从而完成一个循环。对于逆卡诺循环来说，由图可知：q0=TXS-S4)qk=Tk(S2-S3)三Tk(S1-S4)w<>=qk-qo=Tk(S1-S)-T<(S-S4)=(Tk-T0)(S-S4)则逆卡诺循环制冷系数次为：U=w<<k=(Tk-To)/Tk由上式可见，逆卡诺循环的制冷系数与工质的性质无关，只取决于冷源(即被冷却物体）的温度To和热源（即环境介质）的温度Tk;降低Tr提淘TD,均可提高制冷系数。此外，由热力学其次定律还可以证明：“在给定的冷源和热源温度范网内工作的逆循环,以逆卡诺循环的制冷系数为最高”。任何实际制冷循环的制冷系数都小于逆卡诺循环的制冷系数。制冷系统四大部件及制冷剂的改变过程：蒸气压缩制冷循环系统主要由四大部件组成，即压缩机、冷凝器、节流元件和蒸发器，用不同直径的管道把它们串接起来，就形成了个能使制冷剂循环流淌的封闭系统。制冷压缩机由原动机如电机掩动而工作，不断地抽吸蒸发器中的制冷剂蒸气，压缩成高压（）、过热蒸气而排出并送入冷凝器，正是由于这一高压存在，使制冷剂蒸气在冷凝器中放出热量,把热量传递绐四周的环境介质.从而使制冷剂蒸气冷凝成液体，当然，制冷剂蒸气冷凝时的温度肯定要高丁四周介质的温度。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P卜降低到低压加，从高温G降低到珀，并出现少属液体汽化变为蒸气。二：逆卡诺循环一志向制冷循环的过程计售依据理论循环的假设条件，单级蒸气压缩式制冷理论循环工作过程，在压焙图上的表示如图2所示。图2理论制冷循环压地图I）制冷压缩机从蒸发器吸取蒸发压力为的饱和制冷剂蒸气（状态点1）,沿等烟线压缩至冷凝压力舛（状态点2）,压缩过程完成。2）状态点2的高温高乐制冷剂蒸气进入冷凝器.经冷凝器与环境介质空气或水进行热交换，放出热量外后，沿等压线Pk冷却至饱和蒸气状态点2）然后冷凝至饱和液状态点3,冷凝过程完成。在冷却过程（2-2'）中制冷剂与环境介质有温差，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，沿等焰线（节流过程中焰值保持不变）由冷炭用力也降至蒸发压力/却,到达湿蒸气状态点4.膨胀过程完成。4）状态点4的制冷剂湿蒸气进入蒸发器，在蒸发器内汲取被冷却介质的热量沿等压线内汽化，到达饱和蒸气状态点I，蒸发过程完成。制冷剂的蒸发温度与被冷却介质间无温差。理论循环的计算方法：1、单位质量制冷量制冷压缩机每输送Ikg制冷剂经循环从被冷却介质中制取的冷量称为单位质盘制冷量，用家表示。qo=h-fu=m（I-X1.）（I-I）式中供单位质量制冷量（kJ/kg）；1.吸气状态对应的比焰值<kJ/kg）；/M节流后湿蒸气的比燧值（kJ/kg）：n.蒸发温度下制冷剂的汽化潜热（kJ/kg）：,V4一节流后气液两相制冷剂的干度。单位质量制冷量W在压焰图上相当于过程线14在力轴上的投影（见图1-2）。2、单位容积制冷员制冷压缩机每吸入Im'制冷剂蒸气（按吸气状态计）经循环从被冷却介质中制取的冷量，称为单位容积制冷量，用价表示.q='v'v'（1-2）式中小单位容积制冷量（kJ/m3）；V1制冷剂在吸气状态时的比体积（mVkg）。3、理论比功制冷压缩机按等炳压缩时每压缩输送Ikg制冷剂蒸气所消耗的功，称为理论比功，用Hi）表示.wx=n-j（1-3）式中»«>理论比功（kJ/kg）：2-压缩机排气状态制冷剂的比培值（kJ/kg）；/n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Ikg制冷剂在冷凝器中放出的热量,称为单位冷凝热负荷，用G表示。供=<hz-hz-）+（h2-h3）=2-3（1-4）式中伊单位冷凝热负荷（kJ/kg）：也冷凝压力对应的干饱和蒸气状态所具有的比焰值（kkg）;加冷凝压力对应的饱和液状态所具有的比培值<kJ/kg）：在压培图中，外相当于等压冷却、冷凝过程线22-3在轴上的投影(见图2)。比较式(1-1).式(1-3)、式(1-4)和儿=用可以看出，对于单级蒸气压缩式制冷理论循环，存在若下列关系(k+t(1-5)5,制冷系数堆位质量制冷量与理论比功之比，即理论循环的收益和代价之比，称为理论循环制冷系数，用功表示，即6OTH明年一九(1-6)依据以上几特性能指标，可进一步求得制冷剂循环量、冷凝器中放出的热量、压缩机所需的理论功率等数据。