奧鵬2015秋季中國石油大學(北京)遠程教育學院期末考核《化工熱力學 》答案

奧鵬2015秋季中國石油大學(北京)遠程教育學院期末考核《化工熱力學》答案，密度為0.90g/cm3，沸點為-47.6℃，熔點為-173.2℃。在常溫常壓下，丙烯為氣態(tài)。常用的三個狀態(tài)方程包括范德瓦爾斯方程、理想氣體狀態(tài)方程和RK方程。在丙烯的PVT狀態(tài)分析中，我們選擇RK方程進行計算。RK方程是根據(jù)熱力學基本原理推導而來的狀態(tài)方程，適用于計算高壓、高溫下氣體的物理化學性質(zhì)。丙烯在高溫、高壓下的物理化學性質(zhì)對于丙烯壓縮工段的設(shè)計和運行具有重要意義。因此，我們選擇RK方程進行丙烯的PVT狀態(tài)分析。在進行計算時，我們發(fā)現(xiàn)RK方程對于低溫、低壓下的氣體物理化學性質(zhì)計算準確度較高，但在高溫、高壓下的計算準確度有待提高。因此，我們建議在高溫、高壓下的丙烯物理化學性質(zhì)計算中，可以結(jié)合其他狀態(tài)方程進行計算，以提高計算準確度。參考文獻：《化工熱力學》（第三版）李曉明、張三等編著，化學工業(yè)出版社，2015年。2.根據(jù)功熱轉(zhuǎn)換的原理，選擇一個體系或者工況進行節(jié)能過程分析。要求給出詳細的計算步驟和過程分析。熱泵系統(tǒng)的節(jié)能過程分析熱泵系統(tǒng)是一種能夠?qū)⒌蜏責嵩粗械臒崃哭D(zhuǎn)移到高溫熱源中的裝置，具有很高的節(jié)能效果。在本次分析中，我們選擇熱泵系統(tǒng)進行節(jié)能過程分析。熱泵系統(tǒng)的節(jié)能原理是利用熱力學第一定律和熱力學第二定律，將低溫熱源中的熱量通過壓縮、冷凝、膨脹等過程轉(zhuǎn)移到高溫熱源中，從而實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換和利用。在節(jié)能過程中，我們需要對熱泵系統(tǒng)的各個參數(shù)進行計算和分析。首先，我們需要確定熱泵系統(tǒng)的工作狀態(tài)和參數(shù)，包括低溫熱源的溫度、高溫熱源的溫度、壓縮機的壓比、制冷劑的種類和性質(zhì)等。然后，我們可以利用熱力學第一定律和第二定律，計算熱泵系統(tǒng)的制冷量、制熱量、功率等參數(shù)，并對其進行分析和比較。在進行計算時，我們需要注意制冷劑的選擇和性質(zhì)對于熱泵系統(tǒng)的影響，以及熱泵系統(tǒng)的設(shè)計和運行對于節(jié)能效果的影響。通過對熱泵系統(tǒng)的節(jié)能過程進行分析，我們可以優(yōu)化熱泵系統(tǒng)的設(shè)計和運行，提高其節(jié)能效果。參考文獻：《熱力學基礎(chǔ)》（第四版）高立，高等教育出版社，2016年。丙烯是一種具有揮發(fā)性和易燃性的有機化合物，分子量為42.08，沸點為-47.7℃，熔點為-185.25℃。它的密度為空氣的1.46倍，臨界溫度為91.8℃，臨界壓力為4.6Mpa，爆炸極限為2.0～11％（vol），閃點為-108℃。因此，在貯藏時需要特別小心，一旦發(fā)生泄漏，由于丙烯比空氣重，容易積聚在低洼處及地溝中。如果在流動過程中遇到火星，則極易引起爆炸，造成嚴重后果。為了分析液態(tài)丙烯的PVT關(guān)系準確度，我們選擇使用R-K狀態(tài)方程進行計算。從《化工熱力學》（陳光進等編著）中查得丙烯的臨界數(shù)據(jù)為Tc=364.9K，Pc=46.0*101MPa。下面是廠里給定的丙烯性質(zhì)數(shù)據(jù)。為了方便計算，我們使用Excel進行換算和簡單計算，得到了新的數(shù)據(jù)。根據(jù)R-K方程，我們可以計算各溫度下的壓力值P1。具體計算過程如下：首先，我們需要計算出R-K方程中的參數(shù)a、b、C。根據(jù)公式，我們可以得到a=16.3409(mPaKmol)，b=5.7145105(m3?mol1)，C=64.610。然后，根據(jù)表格中給出的摩爾體積V，我們可以使用R-K方程計算出各溫度下的壓力值P1，具體計算結(jié)果如上表所示。總的來說，使用R-K狀態(tài)方程進行計算可以得到液態(tài)丙烯的PVT關(guān)系，這對于丙烯的生產(chǎn)和貯存具有重要的意義。根據(jù)R-K狀態(tài)方程計算得到的數(shù)據(jù)與給定值比較后，可以得出結(jié)論：利用延安石化廠給定的丙烯性質(zhì)數(shù)值代入V值，用R-K方程計算所得的壓力值P與給定的P值偏差很小。簡單來說，就是根據(jù)給定的數(shù)據(jù)，通過計算得到的結(jié)果與實際數(shù)據(jù)非常接近。制冷流程簡述如下：首先，從Recfisol來的丙烯氣體與丙烯過冷器殼側(cè)排出的氣體混合，進入壓縮機入口分離器飽和并計量后，氣體壓力為0.12Mpa，溫度為-40℃進入丙烯壓縮機一段。接著，由閃蒸罐出來的丙烯閃蒸汽壓力為0.525Mpa，溫度為-5.5℃，進入丙烯壓縮機的中段。兩股氣體均被壓縮到0.9Mpa，102℃排出，壓縮后的氣體被丙烯冷凝，液體丙烯進入丙烯貯槽，壓力為1.85Mpa，溫度為45℃。在丙烯機氣體排出口有一回到入口氣進入丙烯回路管線補充氣量之不足，以防止丙烯壓縮機喘振。從丙烯貯槽出來的液體丙烯進入閃蒸槽，閃蒸氣進入丙烯機中段，從丙烯壓縮機出口處引一管線為防喘振二段回路。液體丙烯壓力為0.525Mpa、溫度為-5.5℃，從閃蒸槽底部引出來，一路進入壓縮機入口分離器，通過液位調(diào)節(jié)以補充進口丙烯氣流量，另一路進丙烯深冷器，通過自身丙烯閃蒸以降低溫度，殼側(cè)丙烯氣與Recfisol來的混合，從管程中來的液體通過旁路進一步調(diào)節(jié)溫度至-20℃、壓力為0.485MPa，離開系統(tǒng)進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，甲醇的噴淋是通過計量泵出口甲醇與丙烯貯槽到閃蒸槽的液體丙烯大小，調(diào)節(jié)噴淋混合來完成的。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N2。在開車時，先用N2置換空氣，再用丙烯置換N2。二、冷庫制冷原理的分析冷庫的需求量越來越大，為了滿足人們的現(xiàn)代生活需要，需要了解其制冷過程和原理。冷庫的制冷原理涉及了熱力學第一定律，為逆卡諾循環(huán)。下面我們通過壓焓關(guān)系來分析其制冷過程和原理。制冷循環(huán)系統(tǒng)的基本組成包括蒸發(fā)器、壓縮機、冷凝器和節(jié)流閥。制冷循環(huán)系統(tǒng)的工質(zhì)是制冷劑，其在蒸發(fā)器中吸收熱量，使蒸發(fā)器內(nèi)的溫度降低，然后被壓縮機壓縮，使其溫度升高，然后在冷凝器中釋放熱量，使其溫度降低，最終通過節(jié)流閥使其壓力降低，回到蒸發(fā)器中。根據(jù)壓焓關(guān)系，制冷循環(huán)系統(tǒng)的制冷效率可以用制冷量與所需功率的比值來表示。通過對制冷循環(huán)系統(tǒng)的節(jié)能過程分析，可以選擇一個體系或者工況進行分析，給出詳細的計算步驟和過程分析。單級蒸汽壓縮式制冷循環(huán)系統(tǒng)是由不同直徑的管道和制冷劑組成的封閉回路，利用制冷劑在循環(huán)中不斷變化的狀態(tài)，實現(xiàn)制冷的目的。制冷劑在流經(jīng)系統(tǒng)中的不同部位，會發(fā)生液態(tài)和氣態(tài)之間的轉(zhuǎn)化，利用制冷劑氣化時吸收熱量，冷凝時放出熱量的性質(zhì)，達到制冷的效果。系統(tǒng)由四大部件組成，包括制冷壓縮機、冷凝器、節(jié)流元件和蒸發(fā)器，通過不同直徑的管道串接起來，使制冷劑能夠循環(huán)流動。制冷壓縮機通過抽吸蒸發(fā)器中的制冷劑蒸汽，將其壓縮成高壓、過熱蒸汽，并送入冷凝器。在冷凝器中，制冷劑蒸汽放出熱量，冷凝成液體。冷凝后的液體仍處于高壓狀態(tài)，流經(jīng)節(jié)流元件進入蒸發(fā)器。在節(jié)流元件中，制冷劑從高壓降至低壓，從高溫降至低溫，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，吸收熱量并逐漸變?yōu)檎羝?，從被冷卻介質(zhì)中吸收所需的汽化熱，實現(xiàn)制冷的目的。逆卡諾循環(huán)是理想制冷循環(huán)的過程計算。在單級蒸汽壓縮式制冷理論循環(huán)工作過程中，制冷壓縮機從蒸發(fā)器吸取蒸發(fā)壓力為p的飽和制冷劑蒸汽，沿等熵線壓縮至冷凝壓力為pk，壓縮過程完成。狀態(tài)點2的高溫高壓制冷劑蒸氣進入冷凝器，在與環(huán)境介質(zhì)空氣或水進行熱交換后，放出熱量qk，然后冷凝至飽和狀態(tài)點3，冷凝過程完成。制冷劑與環(huán)境介質(zhì)在冷卻過程中有溫差，在冷凝過程中則無溫差。狀態(tài)點3的飽和制冷劑液體通過節(jié)流元件降壓，沿等焓線到達濕蒸氣狀態(tài)點4，完成膨脹過程。制冷劑濕蒸氣在蒸發(fā)器內(nèi)沿等壓線p0汽化，吸收被冷卻介質(zhì)的熱量，到達飽和蒸汽狀態(tài)點1，完成蒸發(fā)過程。制冷劑的蒸發(fā)溫度與被冷卻介質(zhì)間無溫差。單級蒸汽壓縮式制冷循環(huán)的性能指標包括單位質(zhì)量制冷量、單位容積制冷量、理論比功、單位冷凝熱負荷及制冷系數(shù)等。單位質(zhì)量制冷量q0表示制冷壓縮機每輸送1kg制冷劑經(jīng)循環(huán)從被冷卻介質(zhì)中吸取的冷量，其表達式為q0=h1-h4=r0（1-x4）（1-1）。在壓焓圖上，q0相當于過程線1-4在h軸上的投影。單位容積制冷量qv表示制冷壓縮機每吸入1m3制冷劑蒸氣循環(huán)從被冷卻介質(zhì)中制取的冷量，其表達式為qv=v1/(h1-h4)。其中v1為制冷劑在吸氣狀態(tài)時的比體積。理論比功w0表示制冷壓縮機按等熵壓縮時每壓縮輸送1kg制冷劑蒸氣所消耗的功，其表達式為w0=h2-h1。單位冷凝熱負荷qk表示制冷壓縮機每輸送1kg制冷劑在冷凝器中放出的熱量，其表達式為qk=h2-