化工考试题(2014年中国石油大学北京化工热力学在线考试)

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?

c4

b?0.08664RTc?0.08664?8.3146?364.9?5.7145?10?5

p.6?106?m3?mol?1?

c4

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第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。

理论循环的计算方法：

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。

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最优化问题；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方法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，结果表明此方法可行有效。

http://wenku.baidu.com/link?url=TRVCzS2uERBu7jHxBU2Etp5bwqrkOPtCkC-aUqckP78QSMc4BnDfWeknGC5VY-rvfKfZIAOIfVp8Uh2wDGlfORrCXwnDmMxcT1ZKpWSFCJC

化工题解答 题目如下

一、数学（考试期间，老师每人发一个小册子，里面有主要公式）含高数，线代、概率，内容广度与考研数一相当?24题?

高数18题（向量积，曲线，曲面，判断二次曲面，无穷级数条件收敛，各1道。其他主要集中在微分学，积分学（其中二重积分1题，曲线积分和三重积分没考），常微分），线数3题（求秩，线性相关性概念题，特征值）和概率3题（相互独立，求概率，距估计）?

二、普通物理12?

考试时虽然给出部分公式，但是一些简单重要的公式需记忆。热学部分与物理化学有重复，相对简单。波动学主要考了简谐波基本参数。光学，双缝干涉，单缝衍射，马吕斯定律等。?

三、普通化学12?

注：氧化还原与电化学，化学反应速率与化学平衡，与物化有重复，复习相对简单，而且重要。物质结构。物质结构：原子结构（SP,SP2,SP3杂化性质及代表物质），素性质变化（如电离能，元素周期表考试时给出）等。有机高分子化合物1题。?

四、理论力学13?

本门课比较难，重点是静力学和运动学，会通过列平衡方程（力平衡和力矩平衡）计算约束反力，内力，会求运动合成的速度和加速度，主要看一些课后模拟题，课本例题偏难。动力学会计算转动惯量及分析自由度等。?

五、材料力学15?

本章考试时会给出大部分公式，公式无需记忆，看懂基本概念会用就行。做部分题目练习一下。?

六、流体力学12?

本章考试时会给出大量公式，主要理解概念。重点静力学压力，动力学能量方程，层流和紊流，孔口和管嘴的流速和流量大小比较，明渠流，渗流，相似原理。?

七、计算机应用基础?10包含FORTRAN编程（与C语言差不多）?

八、电工电子技术12?

主要公式考试时给出，有道题没有相关内容，尽量看吧。?九、工程经济10?

看一下模拟题，理解相关概念，公式就行。?

以上是上午考的120题，每题1分，考试时间4个小时?

下午考的合计60题，每题2分，时间4个小时，分别为： 十、物理化学 12 主要公式考试时给出，基本上一章一个考点：热一律考了功，能，内能，焓的计算（如绝热刚性容器：△U=0）；热二律△G判据；给出Q,计算△S=△S(系统)+△S（环境）；稀溶液依数性（蒸汽压下降）；给出标准反应速率常数，判断反应方向；双组分温度组成图（判断气相组成和液相组成的大小），杠杆规则；极化：阳极更正，阴极更负；附加压力计算（特

殊情况空气中小气泡：△P=4σ/r）;温度对反应速率的影响（活化能）；胶体的ξ电势。 十一、化工原理 24 重要公式基本没有给出。需记忆公式。化工原理所占分量最大，有计算题和概念题。概念题如：1. 两台离心泵并联，工作效率变化吗？2.湿度一定，露点温度随温度变化吗？3. 流化床的不正常操作现象：腾涌和沟流。4.浸取的操作方式? 5. 相对挥发度等于1，分离难易？ 6.过滤的压力差指的是谁和谁之间的？通风机的性能参数？ 7.气膜控制和液膜控制。8.其他条件不变，进料组成提高，塔顶组成如何变化？8.节流流量计的测量原理。 计算题：主要集中在传热：圆壁热传导；对流传热总公式计算；辐射传热温度升高对辐射能力的影响。吸收：物料平衡计算；最小液气比计算；传质单元数的计算。精馏：双组分精馏的一系列计算，如操作线方程与回流比的关系式，逐板计算法计算到第二块塔板，给定F,W,D，xf,xd,xw中的一些量，计算其他的量。蒸发：沸点升高计算（考察了二次整汽对沸点升高的影响）。干燥：冷凝干燥的条件：低于露点温度还是湿球温度？比较难记的公式会

给出：如传质单元数的计算，给热系数α的计算。注意标准搅拌器的叶片直径是搅拌器直径的1/3，这在计算时不给出。 十二、化工过程控制 4 本课程只需把指定教材的模拟题看懂既可，毕竟就4道题，出题一般出重点，模拟题中重点都包括。主要有：1.被控对象的特性：给出微分方程，求放大系数（题12-11）。2.自动

调节仪表：积分时间和积分作用（题12-31）。3.简单控制系统的工艺设计（题12-44）. 十三、化工设计基础 8 本课程类似文科，主要看一下模拟题，对应课本找到就行。计算仅仅是转化率之类的。属记忆型的：1.设计容器压力的设计压力指的什么（题13-32）。2.化工选址重要的三个因素（13-34）3.车间布置（13-49）4.输送流体密度越小，经济流速越快（13-52）5.公用工程（13-54）

6.采用热泵技术和多股进料的目的（13-57）7.化工容器价格估算，如塔用质量，泵用功率等（13-61） 十四、化工污染控制基础 3

本课程也是重点在模拟题。考察了三道题：1.有机废水的生物处理：有关活性污泥的考点，如主要阶段。2.固体废物处理方法：污泥浓缩。3.酸雨由谁造成的？SO2 十五、化工热力学

6 基本上和物化差热力学部分一样。只是物化中对外做功为负，而化工热力学中对外做功为正，注意区别。对应着题目看看即可。 十六、职业法规 3 内容比较宽泛，模拟题目只考了一个。1.噪声污染必须向谁申请：公安机关（题16-28）。2.不交排污费，罚款多少？3.废物堆放：是最高水位线，还是最低水位线，以上还是以下？ 《中华人民共和国环境保护法、水污染防治法、固体废物污染环境防治法、大气污染防治法、环境噪音污染防治法》五部法规

上下午总计180题，满分240分，时间总计8个小时。

甲醇转化率X：（2.5m?×793.2-3.4m?×1095×7.85%）÷2.5m?×793.2=85.26%；

甲醛单程产率Y：（3.4m?×1095×36.7%×32）÷（2.5m?×793.2×30）=73.5%；

和催化剂的选择性S：（3.4m?×1095×36.7%×32）÷[（2.5m?×793.2-3.4m?×1095×7.85%）×30]=86.2%；

验算：Y=X×S=85.26%×86.2%=73.5%

注：式中的30和32分别是甲醛和甲醇的摩尔质量，其他的数都是题中给出的条件，你应该看得明白的。

另外想问一下：问问的那道题是你问的吗？