石大远程在线考化工热力学

石大远程在线考化工热力

学

Final approval draft on November 22, 2020

中国石油大学（北京）远程教育学院

期末考核

《化工热力学》

一、请学生运用所学的化工热力学知识，从以下给定的题目中选择至少选择2个题目进行论述：（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行分析，并提出改进的方向和意见。

2.根据功热转换的原理，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、热力学第二定律进行过程计算。

3.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g E表达式以及对应的二元组分活度系数的表达式。

4.为石油化工过程中的含有乙烯、乙烷、丙烯、丙烷、丁烷、丁烯

-1的混合物的分离过程选择合适的相平衡计算方法，给出详细的计算过程和步骤，并对其结果进行分析和讨论。

知识点提示：根据本体系的性质选择逸度系数法或者活度系数法进行相平衡的计算，一定要对方法的选择给出依据，并进行准确的计算。

5.通过实验测定了一系列的相平衡数据，请给出判定该数据有无大

的错误的方法，要求有详细的方法、步骤、结论。

知识点提示：利用吉布斯-杜亥姆方程进行讨论。

二、要求：

1、首先给出分析这一问题的化工热力学基础知识

2、给出详细的计算步骤

3、对问题进行详细的分析

4、字数不少于2000字或者篇幅不少于2页。

5、写出你所应用的文献的出处。

中国石油大学远程教育《化工热力学》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个题目进行论述：（总分100分）

1.教材中给出了众多的状态方程，请根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关系的计算准确度进行分析，并提出改进的方向和意见。

答：丙烯的PVT状态分析近期我正在新疆五家渠一家（改成延长石油）焦化厂甲醇车间进行培训，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CH3CH=CH2，分子量为42.08，沸点-47.7℃，熔点为-185.25℃，其密度为空气的1.46倍，临界温度为91.8℃，临界压力为4.6Mpa，爆炸极限为2.0~11％（vol）,闪点为-108℃。（因

此，丙烯在贮藏时要特别小心，如果发生泄漏，因为它比空气重，积聚在低洼处及地沟中，如在流动过程中遇到火星，则极易引起爆炸，酿成严重后果。）选择用R-K状态方程计算对液态丙烯的PVT关系计算准确度进行分析，从《化工热力学、陈光进等编着》中查得丙烯的临界数据为T c=364.9 K; P c=46.0*10-1 MPa,下面是上海焦化厂给定的丙烯性质数据。为了计算方便，用excel换算和简单计算得到新的数据如下:

R-K方程：

bvvTa bvRTp 5.0

由上表又知道摩尔体积v，故根据R-K方程，用excel可分别计算

得到各温度下的压力值P1：用R-K状态方程计算得数据与

给定值比较可得如下数据图：温度（℃） -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 温度（K） 233 243 253 263 273 283 293 303 313 323 压力P （1*10-1 MPa） 1.4196 2.1248 3.0631

4.3134

5.8485 7.7868 10.1791 13.0821 1

6.5231 20.5680 摩尔体积v (1*10-5m3/mol) 54560.928 26948.032 19520.912 14403.984 10810.352 8235.056 6354.080 6354.080

4952.816 3879.776 温度（℃） -40 -30 -20 -10 0 10 20

30 40 50 压力P （1*10-1 MPa） 1.4196 2.1248 3.0631 4.3134 5.8485 7.7868 10.1791 13.0821 16.5231 20.5680 计算压力P1(1*10-1MPa) 1.0288 2.1706 3.1182 4.3903

6.0679 8.2505 11.0602 11.4412 15.1467 19.9288

通过计算和上图的数据对比，可得结论：利用《上海焦化厂给定

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状态方程计算其

PVT关系式很可靠的。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-40℃，进入压缩机入口分离器饱和并计量后，气体压力为

0.12Mpa温度为-40℃进入，丙烯压缩机一段，由闪蒸罐出来的丙烯闪蒸汽压力为0.525Mpa温度为-5.5℃，进入丙烯压缩机的中段，两股气体均被压缩到1.9Mpa，102℃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1.85Mpa温度为45℃，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离器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℃引一管线为防喘振二段回路。液体丙烯压力0.525Mpa温度为-5.5，从闪蒸槽底部引出来，一路进入压缩机入口分离器，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来的会合，从管程中来的液体通过旁路进一步调节温度至-20℃，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槽到闪蒸槽的液体丙烯大小，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N2，开车时先用N2置换空气，再用丙烯置换N2。