化工热力学相平衡答案（两相达到平衡,系统的热力学性质表述中错误的是）

hacker 黑客接单 2022-08-17 86 2 化工热力学相平衡答案

化工热力学相平衡的题目

对于理想气体在没有相变没有化学变化时ΔG=ΔH-Δ(TS)、ΔF=ΔU-Δ(TS)，而理想气体等温过程的ΔH=0，ΔU=0。所以二者相等是正确的但是△G=0成立的条件是等温等压可逆相变物理化学中公式都是有适用条件的，条件合适才能用。

《化工热力学》第三版课后习题答案，陈钟秀顾飞燕胡望明编著，化学工业出版社

第二章

2-1.使用下述 *** 计算1kmol甲烷贮存在体积为0.1246m3、温度为50℃的容器中产生的压力：（1）理想气体方程；（2）R-K方程；（3）普遍化关系式。

解：甲烷的摩尔体积V=0.1246 m3/1kmol=124.6 cm3/mol

查附录二得甲烷的临界参数：Tc=190.6K Pc=4.600MPa Vc=99 cm3/mol ω=0.008

(1) 理想气体方程

P=RT/V=8.314×323.15/124.6×10-6=21.56MPa

(2) R-K方程

∴

=19.04MPa

(3) 普遍化关系式

＜2

∴利用普压法计算，

∵

∴

迭代：令Z0=1→Pr0=4.687 又Tr=1.695，查附录三得：Z0=0.8938 Z1=0.4623

=0.8938+0.008×0.4623=0.8975

此时，P=PcPr=4.6×4.687=21.56MPa

同理，取Z1=0.8975 依上述过程计算，直至计算出的相邻的两个Z值相差很小，迭代结束，得Z和P的值。

∴ P=19.22MPa

2-2.分别使用理想气体方程和Pitzer普遍化关系式计算510K、2.5MPa正丁烷的摩尔体积。已知实验值为37017.5px3/mol。

解：查附录二得正丁烷的临界参数：Tc=425.2K Pc=3.800MPa Vc=99 cm3/mol ω=0.193

（1）理想气体方程

V=RT/P=8.314×510/2.5×106=1.696×10-3m3/mol

误差：

（2）Pitzer普遍化关系式

对比参数： —普维法

∴

=-0.2326+0.193×0.05874=-0.2213

=1-0.2213×0.6579/1.199=0.8786

∴ PV=ZRT→V= ZRT/P=0.8786×8.314×510/2.5×106=1.49×10-3 m3/mol

误差：

2-3.生产半水煤气时，煤气发生炉在吹风阶段的某种情况下，76%（摩尔分数）的碳生成二氧化碳，其余的生成一氧化碳。试计算：（1）含碳量为81.38%的100kg的焦炭能生成1.1013MPa、303K的吹风气若干立方米？（2）所得吹风气的组成和各气体分压。

解：查附录二得混合气中各组分的临界参数：

一氧化碳(1)：Tc=132.9K Pc=3.496MPa Vc=93.1 cm3/mol ω=0.049 Zc=0.295

二氧化碳(2)：Tc=304.2K Pc=7.376MPa Vc=94.0 cm3/mol ω=0.225 Zc=0.274

又y1=0.24，y2=0.76

∴(1)由Kay规则计算得：

—普维法

利用真实气体混合物的第二维里系数法进行计算

又

∴

∴→V=0.02486m3/mol

∴V总=n V=100×103×81.38%/12×0.02486=168.58m3

(2)

2-4.将压力为2.03MPa、温度为477K条件下的2.83m3NH3压缩到0.142 m3，若压缩后温度448.6K，则其压力为若干？分别用下述 *** 计算：（1）Vander Waals方程；（2）Redlich-Kwang方程；（3）Peng-Robinson方程；（4）普遍化关系式。

解：查附录二得NH3的临界参数：Tc=405.6K Pc=11.28MPa Vc=72.5 cm3/mol ω=0.250

(1) 求取气体的摩尔体积

对于状态Ⅰ：P=2.03 MPa、T=447K、V=2.83 m3

—普维法

∴

→V=1.885×10-3m3/mol

∴n=2.83m3/1.885×10-3m3/mol=1501mol

对于状态Ⅱ：摩尔体积V=0.142 m3/1501mol=9.458×10-5m3/mol T=448.6K

(2) Vander Waals方程

(3) Redlich-Kwang方程

(4) Peng-Robinson方程

∵

∴

(5) 普遍化关系式

∵ ＜2 适用普压法，迭代进行计算， *** 同1-1（3）

2-6.试计算含有30%（摩尔分数）氮气（1）和70%（摩尔分数）正丁烷（2）气体混合物7g,在188℃、6.888MPa条件下的体积。已知B11=350px3/mol，B22=-6625px3/mol，B12=-9.125px3/mol。

解：

→V(摩尔体积)=4.24×10-4m3/mol

假设气体混合物总的摩尔数为n，则

0.3n×28+0.7n×58=7→n=0.1429mol

∴V= n×V(摩尔体积)=0.1429×4.24×10-4=60.57 cm3

2-8.试用R-K方程和SRK方程计算273K、101.3MPa下氮的压缩因子。已知实验值为2.0685

解：适用EOS的普遍化形式

查附录二得NH3的临界参数：Tc=126.2K Pc=3.394MPa ω=0.04

（1）R-K方程的普遍化

∴ ①

②

①、②两式联立，迭代求解压缩因子Z

（2）SRK方程的普遍化

∴ ①

②

①、②两式联立，迭代求解压缩因子Z

第三章

3-1. 物质的体积膨胀系数和等温压缩系数的定义分别为：，。试导出服从Vander Waals状态方程的和的表达式。

解：Van der waals 方程

由Z=f(x,y)的性质得

又

所以

故

3-2. 某理想气体借活塞之助装于钢瓶中，压力为34.45MPa，温度为93℃，反抗一恒定的外压力3.45 MPa而等温膨胀，直到两倍于其初始容积为止，试计算此过程之、、、、、、、Q和W。

解：理想气体等温过程，=0、=0

∴ Q=-W==2109.2 J/mol

∴ W=-2109.2 J/mol

又理想气体等温膨胀过程dT=0、

∴

∴ =5.763J/(mol·K)

=-366×5.763=-2109.26 J/(mol·K)

=-2109.26 J/(mol·K)

=2109.2 J/mol

3-3. 试求算1kmol氮气在压力为10.13MPa、温度为773K下的内能、焓、熵、、和自由焓之值。假设氮气服从理想气体定律。已知：

（1）在0.1013 MPa时氮的与温度的关系为；

（2）假定在0℃及0.1013 MPa时氮的焓为零；

（3）在298K及0.1013 MPa时氮的熵为191.76J/(mol·K)。

3-4. 设氯在27℃、0.1 MPa下的焓、熵值为零，试求227℃、10 MPa下氯的焓、熵值。已知氯在理想气体状态下的定压摩尔热容为

解：分析热力学过程

-H1R H2R

-S1R S2R

查附录二得氯的临界参数为：Tc=417K、Pc=7.701MPa、ω=0.073

∴(1)300K、0.1MPa的真实气体转换为理想气体的剩余焓和剩余熵

Tr= T1/ Tc=300/417=0.719 Pr= P1/ Pc=0.1/7.701=0.013—利用普维法计算

又

代入数据计算得=-91.41J/mol、=-0.2037 J/( mol·K)

(2)理想气体由300K、0.1MPa到500K、10MPa过程的焓变和熵变

=7.02kJ/mol

=-20.39 J/( mol·K)

(3) 500K、10MPa的理想气体转换为真实气体的剩余焓和剩余熵

Tr= T2/ Tc=500/417=1.199 Pr= P2/ Pc=10/7.701=1.299—利用普维法计算

又

代入数据计算得=-3.41KJ/mol、=-4.768 J/( mol·K)

∴=H2-H1= H2=-++=91.41+7020-3410=3.701KJ/mol

= S2-S1= S2=-++=0.2037-20.39-4.768=-24.95 J/( mol·K)

3-5. 试用普遍化 *** 计算二氧化碳在473.2K、30 MPa下的焓与熵。已知在相同条件下，二氧化碳处于理想状态的焓为8377 J/mol，熵为-25.86 J/(mol·K).

解：查附录二得二氧化碳的临界参数为：Tc=304.2K、Pc=7.376MPa、ω=0.225

∴ Tr= T/ Tc=473.2/304.2=1.556 Pr= P/ Pc=30/7.376=4.067—利用普压法计算

查表，由线性内插法计算得出：

∴由、计算得：

HR=-4.377 KJ/mol SR=-7.635 J/( mol·K)

∴H= HR+ Hig=-4.377+8.377=4 KJ/mol

S= SR+ Sig=-7.635-25.86=-33.5 J/( mol·K)

3-6. 试确定21℃时，1mol乙炔的饱和蒸汽与饱和液体的U、V、H和S的近似值。乙炔在0.1013MPa、0℃的理想气体状态的H、S定为零。乙炔的正常沸点为-84℃,21℃时的蒸汽压为4.459MPa。

3-7. 将10kg水在373.15K、0.1013 MPa的恒定压力下汽化，试计算此过程中、、、和之值。

3-8. 试估算纯苯由0.1013 MPa、80℃的饱和液体变为1.013 MPa、180℃的饱和蒸汽时该过程的、和。已知纯苯在正常沸点时的汽化潜热为3.733 J/mol；饱和液体在正常沸点下的体积为95.7 cm3/mol；定压摩尔热容；第二维里系数。

解：1.查苯的物性参数：Tc=562.1K、Pc=4.894MPa、ω=0.271

2.求ΔV

由两项维里方程

3.计算每一过程焓变和熵变

（1）饱和液体（恒T、P汽化）→饱和蒸汽

ΔHV=30733KJ/Kmol

ΔSV=ΔHV/T=30733/353=87.1 KJ/Kmol·K

（2）饱和蒸汽（353K、0.1013MPa）→理想气体

∵

点（Tr、Pr）落在图2-8图曲线左上方，所以，用普遍化维里系数法进行计算。

由式（3-61）、（3-62）计算

∴

（3）理想气体（353K、0.1013MPa）→理想气体（453K、1.013MPa）

（4）理想气体（453K、1.013MPa）→真实气体（453K、1.013MPa）

点（Tr、Pr）落在图2-8图曲线左上方，所以，用普遍化维里系数法进行计算。

由式（3-61）、（3-62）计算

∴

4.求

3-9. 有A和B两个容器，A容器充满饱和液态水，B容器充满饱和蒸气。两个容器的体积均为1L，压力都为1MPa。如果这两个容器爆炸，试问哪一个容器被破坏的更严重？假定A、B容器内物质做可逆绝热膨胀，快速绝热膨胀到0.1 MPa。

3-10. 一容器内的液体水和蒸汽在1MPa压力下处于平衡状态，质量为1kg。假如容器内液体和蒸汽各占一半体积，试求容器内的液体水和蒸汽的总焓。

解：查按压力排列的饱和水蒸汽表，1MPa时，

根据题意液体和蒸汽各占一半体积，设干度为x

则

解之得：

所以

3-11. 过热蒸汽的状态为533Khe 1.0336MPa，通过喷嘴膨胀，出口压力为0.2067MPa，如果过程为可逆绝热且达到平衡，试问蒸汽在喷嘴出口的状态如何？

3-12. 试求算366K 、2.026MPa 下1mol乙烷的体积、焓、熵与内能。设255K 、0.1013MPa时乙烷的焓、熵为零。已知乙烷在理想气体状态下的摩尔恒压热容

3-13. 试采用RK方程求算在227℃、5 MPa下气相正丁烷的剩余焓和剩余熵。

解：查附录得正丁烷的临界参数：Tc=425.2K、Pc=3.800MPa、ω=0.193

又R-K方程：

∴

试差求得：V=5.61×10-4m3/mol

∴

3-14. 假设二氧化碳服从RK状态方程，试计算50℃、10.13 MPa时二氧化碳的逸度。

解：查附录得二氧化碳的临界参数：Tc=304.2.2K、Pc=7.376MPa

∴

又

∴

迭代求得：V=294.9cm3/mol

∴

∴f=4.869MPa

3-15. 试计算液态水在30℃下，压力分别为（a）饱和蒸汽压、（b）100×105Pa下的逸度和逸度系数。已知：（1）水在30℃时饱和蒸汽压pS=0.0424×105Pa；（2）30℃，0～100×105Pa范围内将液态水的摩尔体积视为常数，其值为0.01809m3/kmol；（3）1×105Pa以下的水蒸气可以视为理想气体。

解：（a）30℃，Ps=0.0424×105Pa

∵汽液平衡时，

又1×105Pa以下的水蒸气可以视为理想气体，Ps=0.0424×105Pa＜1×105Pa

∴30℃、0.0424×105Pa下的水蒸气可以视为理想气体。

又理想气体的fi=P

∴

（b）30℃，100×105Pa

∵

∴

3-16. 有人用A和B两股水蒸汽通过绝热混合获得0.5MPa的饱和蒸汽，其中A股是干度为98％的湿蒸汽，压力为0.5MPa，流量为1kg/s；而B股是473.15K，0.5MPa的过热蒸汽，试求B股过热蒸汽的流量该为多少？

解：A股：查按压力排列的饱和水蒸汽表， 0.5MPa（151.9℃）时，

B股： 473.15K，0.5MPa的过热蒸汽

根据题意，为等压过程，

忽略混合过程中的散热损失，绝热混合 Qp = 0，所以混合前后焓值不变

设B股过热蒸汽的流量为 x kg/s，以1秒为计算基准，列能量衡算式

解得：

该混合过程为不可逆绝热混合，所以混合前后的熵值不相等。

只有可逆绝热过程，

因为是等压过程，该题也不应该用进行计算。

第四章

4-1. 在20℃、0.1013MPa时，乙醇（1）与H2O（2）所形成的溶液其体积可用下式表示：

。试将乙醇和水的偏摩尔体积、表示为浓度x2的函数。

解：由二元溶液的偏摩尔性质与摩尔性质间的关系：

得：

又

所以

4-2. 某二元组分液体混合物在固定T及P下的焓可用下式表示：。式中，H单位为J/mol。试确定在该温度、压力状态下（1）用x1表示的和；（2）纯组分焓H1和H2的数值；（3）无限稀释下液体的偏摩尔焓和的数值。

解：（1）已知（A）

用x2=1- x1带入（A），并化简得：（B）

由二元溶液的偏摩尔性质与摩尔性质间的关系：

，

得：，

由式（B）得：

所以（C）（D）

（2）将x1=1及x1=0分别代入式（B）得纯组分焓H1和H2

（3）和是指在x1=0及x1=1时的和，将x1=0代入式（C）中得：，将x1=1代入式（D）中得：。

4-3. 实验室需要配制30000px3防冻溶液，它由30%的甲醇（1）和70%的H2O（2）（摩尔比）组成。试求需要多少体积的25℃的甲醇与水混合。已知甲醇和水在25℃、30%（摩尔分数）的甲醇溶液的偏摩尔体积：，。25℃下纯物质的体积：，。

解：由得：

代入数值得：V=0.3×38.632+0.7×17.765=24.03cm3/mol

配制防冻溶液需物质的量：

所需甲醇、水的物质的量分别为：

则所需甲醇、水的体积为：

将两种组分的体积简单加和：

则混合后生成的溶液体积要缩小：

4-4. 有人提出用下列方程组表示恒温、恒压下简单二元体系的偏摩尔体积：

式中，V1和V2是纯组分的摩尔体积，a、b只是T、P的函数。试从热力学角度分析这些方程是否合理？

解：根据Gibbs-Duhem方程得

恒温、恒压下

或

由题给方程得（A）

（B）

比较上述结果，式（A）≠式（B），即所给出的方程组在一般情况下不满足Gibbs-Duhem方程，故不合理。

4-5.试计算甲乙酮（1）和甲苯（2）的等分子混合物在323K和2.5×104Pa下的、和f。

4-6.试推导服从van der waals 方程的气体的逸度表达式。

4-9.344.75K时，由氢和丙烷组成的二元气体混合物，其中丙烷的摩尔分数为0.792，混合物的压力为3.7974MPa。试用RK方程和相应的混合规则计算混合物中氢的逸度系数。已知氢-丙烷系的kij=0.07, 的实验值为1.439。

解：已知混合气体的T=344.75K P=3.7974MPa，查附录二得两组分的临界参数

氢（1）： y1=0.208 Tc=33.2K Pc=1.297MPa Vc=65.0 cm3/mol ω=-0.22

丙烷（2）：y1=0.792 Tc=369.8K Pc=4.246MPa Vc=203 cm3/mol ω=0.152

∴

∵

∴

①

②

联立①、②两式，迭代求解得：Z=0.7375 h=0.09615

所以，混合气体的摩尔体积为：

∴

分别代入数据计算得：

4-10.某二元液体混合物在固定T和P下其超额焓可用下列方程来表示：HE=x1x2(40x1+20x2).其中HE的单位为J/mol。试求和（用x1表示）。

4-12.473K、5MPa下两气体混合物的逸度系数可表示为：。式中y1和y2为组分1和组分2 的摩尔分率，试求、的表达式，并求出当y1 =y2=0.5时，、各为多少？

4-13.在一固定T、P下，测得某二元体系的活度系数值可用下列方程表示：（a）

（b）

试求出的表达式；并问（a）、（b）方程式是否满足Gibbs-Duhem方程？若用（c）、（d）方程式表示该二元体系的活度数值时，则是否也满足Gibbs-Duhem方程？

（c）

（d）

4-17.测得乙腈（1）—乙醛（2）体系在50℃到100℃的第二维里系数可近似地用下式表示：

式中，T的单位是K，B的单位是cm3mol。试计算乙腈和乙醛两组分的等分子蒸气混合物在0.8×105Pa和80℃时的与。

例1.某二元混合物在一定T、P下焓可用下式表示：。其中a、b为常数，试求组分1的偏摩尔焓的表示式。

解：根据片摩尔性质的定义式

又

所以

例2.312K、20MPa条件下二元溶液中组分1的逸度为，式中x1是组分1的摩尔分率，的单位为MPa。试求在上述温度和压力下（1）纯组分1 的逸度和逸度系数；（2）组分1 的亨利常数k1；（3）活度系数与x1的关系式（组分1的标准状态时以Lewis-Randall定则为基准）。

解：在给定T、P下，当x1=1时

根据定义

（2）根据公式

得

（3）因为

所以

例3.在一定的T、P下，某二元混合溶液的超额自由焓模型为（A）式中x为摩尔分数，试求：（1）及的表达式；（2）、的值；（3）将（1）所求出的表达式与公式相结合，证明可重新得到式（A）。

解：（1）

∴

同理得

（2）当x1→0时得

当x2→0时得

（3）

例4已知在298K时乙醇（1）与甲基叔丁基醚（2）二元体系的超额体积为，纯物质的体积V1=58.63cm3·mol-1, V2=118.46cm3·mol-1,试问当1000 cm3的乙醇与500 cm3的甲基叔丁基醚在298K下混合时其体积为多少？

解：依题意可得

n1=1000/58.63=17.056mol

n2=500/118.46=4.221mol

n=n1+n2=17.056+4.221=21.227mol

∴ x1= n1/n=17.056/21.227=0.802

x2= n2/n=4.221/21.227=0.198

由于x1+x2=1，所以

=0.802×0.198×[-0.806×0.802-1.264×0.198]

=-0.142 cm3·mol-1

混合时体积Vt=n1V1+n2V2+nVE

=1000+500+21.227× (-0.142)

=1496.979 cm3

若将两种组分的体积简单加和，将为1500 cm3，而形成溶液时则为1496.979 cm3，体积要缩小0.202%。

求化工热力学导论课后答案 ([美] J.M.Smith)

答案家论坛有这答案，在大学答案的热学栏目下面就可以看到了

《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

.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。 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，运用热力学之一定律、热力学第二定律进行过程计算。 3.为含苯酚的水溶液处理过程选择合适的相平衡计算 *** ，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 *** 的选择给出依据，并进行准确的计算。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 *** ，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 *** 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 *** ，要求有详细的 *** 、步骤、结论。知识点提示：利用第六章的吉布斯-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。

化工热力学相平衡答案（两相达到平衡,系统的热力学性质表述中错误的是）

2014年中国石油大学北京化工热力学在线考试(主观题)

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。

丙烯的PVT状态分析

近期我正在新疆五家渠一家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、陈光进等编著》中查得丙烯的临界数据为Tc=364.9K;pc=46.0*10-1MPa,

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:

温度

-40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 压力

atm） 1.401 2.097 3.023 4.257 5.772 7.685 10.046 12.911 16.307 体积

mL/g） 12966 6404 4639 3423 2569 1957 1510 1510 1177 50 20.299 922 （℃）（（

温度

-40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40

（℃）

温度（K） 233 243 253 263 273 283 293 303 313 压力P

1.4196 2.1248 3.0631 4.3134 5.8485 7.7868 10.1791 13.0821 16.5231

（1*10-1MPa）

摩尔体积v

54560.928 26948.032 19520.912 14403.984 10810.352 8235.056 6354.080 6354.080 4952.816

(1*10-5m3/mol)

R-K方程：pRT

vba

T0.5vvb

0.42748R2T2.52.5

ac0.427488.3146364.916.3409m6PaK0.5

p.6106mol2

b0.08664RTc0.086648.3146364.95.7145105

p.6106m3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P1：

温度

（℃） -40 -30 -20 -10 0 10 20 30 40 压力P

1*10-1MPa） 1.4196 2.1248 3.0631 4.3134 5.8485 7.7868 10.1791 13.0821 16.5231 20.5680 计算压力

P-11.0288 2.1706 3.1182 4.3903 6.0679 8.2505 11.0602 11.4412 15.1467 19.9288

1(1*10MPa)

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： 50 323 20.5680 3879.776 50 （

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。

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。

空调制冷原理

空调在日常生活中随处可见，下面分别用温熵关系和压焓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之一定律和热力学第二定律，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—理想制冷循环的功能计算：

图1 温熵图

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T0，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T0，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情况下进行的。其循环过程为：

首先工质在T0下从冷源（即被冷却介质）吸取热量q0，并进行等温膨胀4-1，然后通过绝热压缩1-2，使其温度由T0升高至环境介质的温度Tk, 再在Tk下进行等温压缩2-3，并向环境介质放出热量qk, 最后再进行绝热膨胀3-4，使其温度由Tk 降至T0即使工质回到初始状态4，从而完成一个循环。

对于逆卡诺循环来说，由图可知：

q0=T0(S1-S4）

qk=Tk(S2-S3)=Tk(S1-S4）

w0=qk-q0=Tk(S1-S4)-T0(S1-S4)=(Tk-T0)(S1-S4）

则逆卡诺循环制冷系数εk 为：εk = w0/ qk=(Tk-T0) / 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 T0 和热源（即环境介质）的温度 Tk；降低 Tk，提高 T0 ，均可提高制冷系数。此外，由热力学第二定律还可以证明：“在给定的冷源和热源温度范围内工作的逆循环，以逆卡诺循环的制冷系数为更高”。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变化过程：

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，就形成了一个能使制冷剂循环流动的封闭系统。制冷压缩机由原动机如电机拖动而工作，不断地抽吸蒸发器中的制冷剂蒸气，压缩成高压（pk）、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，把热量传递给周围的环境介质，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一定要高于周围介质的温度。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pk降低到低压p0，从高温tk降低到t0，并出现少量液体汽化变为蒸气。

二：逆卡诺循环—理想制冷循环的过程计算

根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，在压焓图上的表示如图2所示。

图2 理论制冷循环压焓图

1）制冷压缩机从蒸发器吸取蒸发压力为p0的饱和制冷剂蒸气（状态点1），沿等熵线压缩至冷凝压力pk（状态点2），压缩过程完成。

2）状态点2的高温高压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qk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，沿等焓线（节流过程中焓值保持不变）由冷凝压力pk降至蒸发压力p0，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，在蒸发器内吸收被冷却介质的热量沿等压线p0汽化，到达饱和蒸气状态点1，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 *** ：

1、单位质量制冷量制冷压缩机每输送1kg制冷剂经循环从被冷却介质中制取的冷量称为单位质量制冷量，用q0表示。

q0=h1-h4=r0（1-x4）（1-1）

式中 q0单位质量制冷量（kJ/kg）；

h1与吸气状态对应的比焓值（kJ/kg）；

h4节流后湿蒸气的比焓值（kJ/kg）；

r0蒸发温度下制冷剂的汽化潜热（kJ/kg）；

x4节流后气液两相制冷剂的干度。

单位质量制冷量q0在压焓图上相当于过程线1-4在h轴上的投影（见图1-2）。

2、单位容积制冷量制冷压缩机每吸入1m3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qv表示。

qvq0h1h4v1v1 （1-2）

式中 qv单位容积制冷量（kJ/m3）；

v1制冷剂在吸气状态时的比体积（m3/kg）。

3、理论比功制冷压缩机按等熵压缩时每压缩输送1kg制冷剂蒸气所消耗的功，称为理论比功，用w0表示。

w0=h2-h1 （1-3）

式中 w0理论比功（kJ/kg）；

h2压缩机排气状态制冷剂的比焓值（kJ/kg）；

h1压缩机吸气状态制冷剂的比焓值（kJ/kg）。

4、单位冷凝热负荷制冷压缩机每输送1kg制冷剂在冷凝器中放出的热量，称为单位冷凝热负荷，用qk表示。

qk=（h2-h2）+（h2-h3）=h2-h3 （1-4）

式中 qk单位冷凝热负荷（kJ/kg）；

h2与冷凝压力对应的干饱和蒸气状态所具有的比焓值（kJ/kg）； h3与冷凝压力对应的饱和液状态所具有的比焓值（kJ/kg）；

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在压焓图中，qk相当于等压冷却、冷凝过程线 2-2-3 在h轴上的投影（见图2）。

比较式（1-1）、式（1-3）、式（1-4）和h4=h3可以看出，对于单级蒸气压缩式制冷理论循环，存在着下列关系

qk = q0 +w0 （1-5）

5、制冷系数单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0表示，即

q0h1h4w0h2h1 （1-6） 0

根据以上几个性能指标，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。

3.为含苯酚的水溶液处理过程选择合适的相平衡计算 *** ，给出详细的计算过程和步骤，并对其结果进行分析和讨论。

建立了一种混合电解质溶液相平衡计算的混合整数非线性规划模型，并提出用遗传算法求解。首先基于Gibbs自由能最小化原理，通过对液相、固相析出盐种类编码的处理，建立了电解质体系相平衡计算模型，将相平衡计算问题转化为有约束的更优化问题；其次用遗传算法求解，通过对优化变量采取动态边界的可行域编码 *** 和序贯收敛技术保证了算法的有效实施，可实现固液平衡计算并得到析出的晶体数、盐的种类、固体的量以及液相组成；最后对多种体系进行了计算，结果表明此 *** 可行有效。