中国石油大学-《化工热力学》在线考试

中国石油大学（北京）远程教育学院

期末考试

《化工热力学》

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关于课程考试违规作弊的说明

1、提交文件中涉嫌抄袭内容（包括抄袭网上、书籍、报刊杂志及其他已有论文），带有明显外校标记，不符合学院要求或学生本人情况，或存在查明出处的内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内容或用语有50%以上相同者判为雷同，成绩为“0”。

3、所提交试卷或材料没有对老师题目进行作答或提交内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。

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，一旦发生泄漏，因为它比空气重，容易积聚在低洼处及地沟中，若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 关系准确度进行分

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;Pc=46.0*110-MPa,下面是厂里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：p=

b v RT --)(5.0b v v T a +

a=C C p T R 5.2242748.0=65.2210

6.49.3643146.842748.0⨯⨯⨯=16.3409(m 6•Pa •K 5.0•mol 2-) b=C

C p RT 08664.0=6106.49.3643146.808664.0⨯⨯⨯=5.7145⨯105-(m 3• •mol 1-)

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P 1：

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：

05

10

15

20

25

233243253263273283293303313323通过计算和上图的数据对比，可得结论：利用神华新疆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P 1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-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0.9Mpa, 102℃排出，压缩后的气体被丙烯冷凝，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气进入丙烯

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来的会和,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N

2

置换丙烯，

然后用空气置换N

2开车时先用N

2

置换空气，再用丙烯置换N

2

。

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。

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，下面我们用压焓关系分析其制冷过程和原理，冷库的空调制冷原理涉及了热力学第一定律，为逆卡诺循环，以下是用理论制冷循环的分析和计算。

①、制冷循环系统的基本组成

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—冷凝器 3—节流元件 4—蒸发器②、制冷循环过程

制冷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