学生 实验八 介孔分子筛的制备及其催化性质

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1、介孔分子筛的制备及其对羟化反应的催化性质的研究一实验目的：1. 了解介孔分子筛的基本知识及合成机理；2. 掌握介孔分子筛的一般合成过程及其结构特征；3. 了解介孔分子筛的功能性质二实验原理：介孔分子筛是指孔径在250nm的分子筛，通常是以表面活性剂为模板剂，利用溶胶-凝胶（Sol-gel）、乳化 （emulsion）或微乳（microemulsion）等化学过程制备的，通过有机物和无机物之间的界面作用组装生成的一类孔径在2 50nm之间、孔分布窄且具有规则孔道结构的无机多孔材料。它的出现以1992年Mobil公司的研究人员首次使用烷基 季铵盐型阳离子表面活性剂为模板剂成功地合成出 MCM-41

2、 型介孔分子筛为标志。有序介孔材料之所以引人注目在于它具有一些其它多孔材料所不具备的特性：1）具有高度有序的孔道结构，基于微观尺度上的高度孔道有序性；2）孔径呈单一分布，且孔径尺寸可以在很宽的范围内调控（1.3-30nm）3）可以具有不同的结构、孔壁组成和性质，介孔可以具有不同的形状；4）经过优化合成条件或后处理，可以具有很好的热稳定性和水热稳定性；5）无机组分的多样性；6）高比表面，高孔隙率；7）颗粒可能具有规则外形，可以具有不同形体外貌，并且可以控制；8）在微结构上，介孔材料的孔壁多为无定形，这与微孔分子筛的有序骨架结构有很大的差别。无定形的介孔材料具 有较低的水热稳定性，现在已经有多种改

3、善的方法。MCM-41 的一般合成过程为将表面活性剂和无机硅源混合溶液置于反应釜中水热晶化一段时间，过滤、洗涤、干燥，再 通过焙烧或萃取除去模板剂，就得到了有序介孔分子筛. 其原理是以表面活性剂形成的超分子结构为模板，利用溶胶-凝 胶技术，通过有机物和无机物之间的界面定向导引作用组装成一类孔径约在1.5 nm至约30 nm之间，孔径分布窄且有规 则孔道结构的无机多孔材料，其过程如下图：图 1 介孔分子筛的合成过程示意图介孔分子筛的结构和性能介于无定形无机多孔材料 （如无定形硅铝酸盐）和具有晶体结构的无机多孔材料 （如沸石 分子筛）之间，其主要特征为具有规则的孔道结构；比表面积大，可高达2000

4、 m2/g ；孔径分布窄，且在250nm之间 可以调节；经过优化合成条件或后处理,可具有很好的热稳定性和一定的水热稳定性；颗粒具有规则外形，且可在微米尺 度内保持高度的孔道有序性。由于这类介孔材料大大超出了常规分子筛（孔径 1.5nm）的孔径范围且稳定性好，因此它的 研究对催化作用、膜分离技术、化学传感、精细化工以及分子工程等众多领域均有显著意义。近年来，介孔材料科学已 经成为国际上化学、物理、材料等多学科的交叉前沿领域之一。三实验试剂和设备：浓氨水，十六烷基三甲基溴化铵（CTMABr），正硅酸乙酯（TEOS），25%的四甲基氢氧化铵，搅拌器，加热圈，烧杯，pH试纸，马弗炉，坩埚；X-射线粉末

5、衍射（XRD），N或CO的吸附脱附分析，红外光谱（IR），透射电镜（TEM）22四实验步骤：（一）纯硅分子筛 MCM-41 的合成1，称取1.5克的CTMABr，加热使其完全溶解于30ml的去离子水中，得到澄清含丰富泡沫的溶液A。2，量取4.66 ml的TEOS用滴液漏斗缓慢滴加到溶液A中，同时以中等速度搅拌，滴加完毕，继续搅拌半小时。3，用25%的四甲基氢氧化铵溶液将上述混合溶液的pH值调整到12-13；4，继续搅拌2-3小时，得到白色沉淀，得到没有去除模板的MCM-41材料，在80 C下干燥（此材料要进行红外光谱的测定）；5，焙烧除去模板；在马弗炉中将产品以1 /min从100 C焙烧至5

6、00 C，得到去除模板的MCM-41纯硅分子筛，样品（二）分子筛Cu-MCM-41的合成将 CuCl、NH H 0、CTMABr 和 HO 按照 1.0 SiO /0.14 CTMABr/0.025 Cu（NH） 2+/9.4 NH 0H/70100 H O 的摩2 32223 442尔比例充分混合，然后在不断搅拌下加入TEOS，将混合物继续搅拌4h后转移至装有聚四氟乙烯内衬的不锈钢反应 釜中，密封后于100oC加热4h。将产物冷却后抽滤、洗涤至中性，烘干得Cu-MCM-41原粉。将所得分子筛原粉于 60O oC焙烧5h除去有机表面活性剂，得样品2。五分子筛的结构测定：5.1焙烧前后的纯硅分子

7、筛MCM-41的IR光谱分析5.2 XRD 表征图2. MCM-41典型的小角度XRD光谱图NtsuaqL-aAR船-PH2Theta (degrees)图3. MCM-41典型的大角度XRD光谱图sample图 4. MCM-41 典型的透射电镜照片5.4 N2吸附脱附分析0IIII0.0204 g 0.81.0Relative Pressure （丹弔Por&Diamet&r (nm)5. MCM-41典型的N吸附脱附曲线及其孔径分布图2六介孔分子筛对羟化反应的催化性能邻苯二酚和对苯二酚等都是重要的化工原料，70年代以后，工业上开始以氏仇和苯酚为原料均相反应制备二酚。但是，均相反应有众多不

8、利之处，人们又开发了用多相催化制备二酚。但是，目前已用于工业生产的铁硅分子筛等分子筛催化剂，由于孔道较小，反应物和产物在孔道中扩散的速度较慢，不利于工业生产。介孔分子筛在此方面有很好的应用前景。孙建敏等的研究表明，采用MCM-41形成过程中协同自组装的特点，在合成过程中引入配合物Cu（NH）2+，经高温焙烧34后，过渡金属Cu与配体NH分离，制得Cu-MCM-41,Cu-MCM-4 1具有很高的苯酚羟化活性，与TS-1分子筛的催化效果相当，对 3萘酚的羟化活性也较高。马辉等利用MCM-41骨架组成的可调性，直接将过渡金属Fe、Cr、Ni和Ti等引人到MCM-41骨架中， 发现Ti-MCM-41

9、表现出很高的苯羟化反应催化活性。本实验利用纯MCM-41和Cu-MCM-4 1介孔分子筛作为催化剂分别对苯酚 进行羟基化反应。实验内容：羟化反应在配有恒温回流和磁力搅拌装置的自制反应器中进行。先将反应物、催化剂和溶剂依次加入反应器内，启动搅拌器及恒温回流装置，待设置温度恒定后加入计量的H0。典型的苯酚羟化反应物用量为苯酚1.67g，催化剂220.08g，30% HO 0.06ml，水15ml，于80 C反应4h。催化反应结果在装有毛细管柱的气相色谱仪上分析，FID检测器。程22序升温起始温度100oC，终止温度180oC，升温速度10oC/min，载气线速度28 cm/min。实验步骤：将MC

10、M-41/CU-MCM-41催化剂分别放入到按照上述比例装有苯酚、双氧水和水的两个100ml的烧杯中，并在磁力搅拌 下于80C水浴中反应，随着反应的进行，观察哪个烧杯中的溶液最先变粉红色？（苯醌的颜色），继续观察反应10分钟后， 比较哪个烧杯在这段时间颜色变化的更明显?七. MCM-41介孔分子筛的其他催化性能（了解）7.1 MCM-41介孔分子筛的催化裂化性能Koch等的研究表明，对正十六烷烃的裂化介孔AI-MCM-41与Y沸石相比没有什么优点，但用1,3,5-三异丙基苯为原料 时（其动力学直径为0.9 nm），表明MCM-41裂解活性高于Y沸石。但是，由于催化裂化催化剂的再生温度近800C

11、而且有水 蒸气存在，而在此条件下介孔分子筛M CM-41的骨架倒塌，所以限制了它作裂解催化剂。但是对于一些不需要强酸，对水 热要求不高的反应可采用介孔MCM-41催化剂，如烷基化、加氢异构、加氢裂解等反应。但是，也需要对其进行修饰和改 性。7.2 MCM-41介孔分子筛对烷基化和酞基化反应的催化性能以Al-MCM-41为催化剂已成功的实现了付-克烷基化、酞化反应。AI-MCM-41对2,4-二叔丁基苯酚与肉桂醇的烷基化反应具有选择性。金英杰等在合成纯硅及含铝MCM-41介孔分子筛基础上，制备负载PW ,SiW ,PMO杂多酸的催化剂。研究了12 12 12杂多酸固载化对MCM-41载体孔结构、

12、晶体结构的影响。发现，介孔分子筛负载杂多酸后，其对苯与卜十二烯烷基化催化 活性及选择性明显提高。Umamaheswari等研究了乙苯和叔丁醇在Al-MCM-41介孔分子筛上的气相烷基化反应行为。董文国 等CuCI,单层负载于M CM-41上,然后再将AIC l负载于CuCI, 上,制得催化剂。井将该催化剂应用于异丁烷和丁烯的烷基化2 3 2反应中，显示了较高的活性。7.3 MCM-41介孔分子筛对聚合反应与异构化反应的催化性能Hulea等研究表明在150C,25MP的压力下，Ni交换AI-MCM-41是催化乙烯低聚反应的良好催化剂。何静等采用浸渍 法制得负载型Cr/MCM-41,并将之用于乙烯

13、聚合反应。RT-IR和Raman光谱表征表明，在Cr/MCM-41上不仅发生了乙烯聚合 过程，而且形成的聚乙烯以结晶和无定形两种形态存在。乙烯聚合的活性不仅与反应参数有关，而且与Cr的负载量密切 相关，用于乙烯聚合后，Cr/MCM-41催化剂仍保持其特征的晶体结构和一维孔道结构。Kumar等研究了 Cu-H-MCM-41,H-MCM-41和Na-MCM-41介孔分子筛对1-丁烯异构化生成异丁烯的催化行为，发现Cu-H-MCM-41的1-丁烯转化 率和异丁烯的收率高于H-MCM-41和Na-MCM-41，用合成气或氢气预处理Cu-H-MCM-41后发现用合成气处理后的 Cu-H-MCM-41-O

14、X催化剂1-丁烯的活性、异丁烯的收率和异构选择性高于氢气予处理的Cu-H-MCM-41-Redo7.4 MCM-41对NOx的处理等氧化还原反应催化性能Pau等用Fe(II)配合物浸渍M CM-41后，又进一步用Pd(NH)Cl处理，处理后孔道内的Na+被Pd(NH) 2+交换而制得催化3 23 4剂，并考察了催化剂对用NOx、CO和HC模仿发动机尾气的催化性能。大量的相关研究工作表明，负载贵金属或磷酸盐的 MCM-41介孔分子筛催化还原模拟发动机尾气中的NO有良好的效果，表明MCM-41介孔分子筛有望成为处理发动机尾气的良 好催化剂。Ziolek等用NH+和CU2+离子修饰MCM-41，并考

15、察了NO分解、NO在NH存在下的还原和在H 0存在下氧化硫醚等反应4 32 2的性能。Jenrys等的研究表明负载过渡金属的MCM-41在水蒸气存在下具有很高的NO催化还原活性，说明负载过渡金属的 2MCM一41有希望成为凡0催化分解和还原的催化剂。7.5 MCM-41介孔分子筛在加氢反应中的催化行为Albertazzi、Park等负载贵金属MCM-41萘加氢的催化性能表明，负载贵金属MCM-41萘加氢的催化性能较高，并且 MCM-41的表面酸性对催化活性有影响。Wojcismk等51 研究了Ni负载介孔分子筛MCM-41和Al-MCM-41对苯加氢反应的催化活 性表明催化剂的制备方法和Al的

16、含量都影响催化活性。Eland等52研究双金属Pt-Pd簇负载MCM-41介孔分子筛的正葵烷加 氢反应表明，Pt-Pd/MCM-41在相对低的温度下有较高的正葵烷加氢活性，其活性高于纳米金属Pd和Pt催化剂。7.6 MCM-41介孔分子筛的光催化反应性能Reddy等用溶胶-凝胶法将Ti02负载于Cd-MCM-41上，并研究了其紫外光照射下的光催化活性发现25%TiO2/Cd-MCM-41光 催化降解甲酸的活性高于25%TiO/MCM-41 o Liu等54对Zr-MCM-41光催化裂解水产生氢气的研究发现，Zr-MCM-41比普通ZrO22的活性提高2.5倍，在MCM-41无定形孔壁上高分散的

17、ZrO改变了导带和禁带问的带隙，证实了在MCM-41无定形孔壁上高分2散的光催化剂如何影响水光裂解活性。TiO/SO具有高的光催化活性已被证实，担载HO/SO2-的MCM-41亦可能具有更高的 2224光催化活性。7.7 MCM一41对手性合成等反应的催化性能Kim等制备了在MCM-41上固定的新型Mn(salen)复合物，并研究了对苯乙烯不对称环氧化的催化活性。Piagglo等人 用手性Salen配体(R,R)-(-)N,N-双(3,5-二叔丁基邻羟苯亚甲基)环己烷-1,2-二胺改性锰交换的Al-MCM-41制得了非均 相立体选择性环氧化催化剂。在亚碘酰苯作为氧授体的条件下催化环氧化（Z）-

18、l,2-二苯乙烯得到反式氧化物，取得了与 均相催化剂相似的立体选择性（70% ee）。Zhou等人将Cr（III）联萘Shiff碱复合物固载于改性的MCM-41，得到了有效的未 官能化烯烃不对称环氧化催化剂。除将预先形成的配体固载于MCM-41介孔分子筛的方法之外，多步接枝法也是一种能够 将官能团与Salen配体结合的方法。该法可在MCM-41载体上通过逐步官能化形成具有各种手性金属Salen复合物的有机-无 机杂化催化剂。使用（3-氨丙基）三甲氧基硅烷和2,6-二甲酰基-4-叔丁基苯酚多步接枝合成的非均相手性催化剂在1,2-二 苯乙烯和a-1,2二苯乙烯环氧化中表现了很高的立体选择性。Joh

19、nson等人将Pd（II）的活性1,1 -双（二苯基膦）二茂铁 （dppf）配体接枝于介孔分子筛MCM-41的内表面，并用适当的方法使载体外表面失活，制得的手性催化剂用于不对称烯丙 基胺化乙酞肉桂醇醋反应，取得了远优于与其相应的均相催化剂的立体选择性。车辆制冷与空调第二次作业参考答案车辆隔热壁、制冷方法与制冷剂、蒸汽压缩式制冷一简答题1. 什么是隔热壁的传热系数？它的意义是什么？答：隔热壁的传热系数指车内外空气温度相差1C时，在一小时内，通过一 平方米热壁表面积所传递的热量。可以概括为单位时间、单位面积、单位温差传 递的热量。它可以表示出车体隔热壁允许热量通过的能力，愈大，在同样的传热面积与

20、车内外温差的情况下，通过的热量就愈大，隔热性能就愈差。2. 热量是如何从隔热壁一侧的空气中传至另一侧空气的？ 答：热量从隔热壁一侧的空气中传至另一侧的空气中，其传热过程可以分为：1）表面吸热热量从一侧的空气中传至隔热壁的一侧表面；2）结构透热热量从隔热壁的一侧表面传至另一侧表面；3）表面放热热量从隔热壁另一侧表面传至另一侧的空气中。3. 如何改善隔热壁的性能？ 答：（1）尽可能减少热桥；（2）不同材料必须完全密贴；（3）减少漏泄；（4） 选用隔热性能较好的材料。4. 蒸汽压缩制冷循环系统主要由哪些部件组成，各有何作用？ 答：在蒸汽压缩制冷循环系统中，蒸发器、冷凝器、压缩机和节流阀是制冷系统中必

21、不可少的四大件。蒸发器是输送冷量的设备。制冷剂在其中吸收被冷却物体的热量实现制冷。 压缩机是心脏，起着吸入、压缩、输送制冷剂蒸汽的作用。冷凝器是放出热量的设备，将蒸发器中吸收的热量连同压缩机功所转化的热 量一起传递给冷却介质带走。节流阀对制冷剂起节流降压作用、同时控制和调节流入蒸发器中制冷剂液体 的数量，并将系统分为高压侧和低压侧两大部分。实际制冷系统中，除上述四大件之外，常常有一些辅助设备，如电磁阀、分 配器、干燥器、集热器、易熔塞、压力控制器等部件组成，它们是为了提高运行 的经济性，可靠性和安全性而设置的。5. 蒸发器内制冷剂的汽化过程是蒸发吗？蒸发与沸腾有什么区别？ 答：是。蒸发是汽化的

22、一种形式，只在液体表面发生，而沸腾是汽化的又一种形式是在液体内部和表面同时发生的。液体蒸发在任何温度下都能进行,且只在液体表面进行。 液体沸腾是在一定温度下发生的剧烈的汽化现象。液体沸腾时要吸热，但液 体温度保持不变。6. 制冷剂在蒸汽压缩制冷循环中，热力状态是如何变化的？答：制冷剂蒸汽由蒸发器的末端进入压缩机吸气口时，压力越高温度越高， 压力越低温度越低。制冷剂蒸汽在压缩机中被压缩成过热蒸汽，压力由蒸发压力 P0升高到冷凝压力Pk。为绝热压缩过程。外界的能量对制冷剂做功，使得制冷 剂蒸汽的温度再进一步升高，压缩机排出的蒸汽温度高于冷凝温度。过热蒸汽进入冷凝器后，在压力不变的条件下，先是散发出

23、一部分热量，使 制冷剂过热蒸汽冷却成饱和蒸汽。饱和蒸汽在等温条件下，继续放出热量而冷凝 产生了饱和液体。饱和液体制冷剂经过节流元件，由冷凝压力Pk降至蒸发压力p0,温度由tk 降至t0。为绝热膨胀过程。以液体为主的制冷剂，流入蒸发器不断汽化，全部汽化变时，又重新流回到 压缩机的吸气口，再次被压缩机吸入、压缩、排出，进入下一次循环。7. 制冷剂在通过节流元件时压力降低，温度也大幅下降，可以认为节流过程近 似为绝热过程（即与外界没有热量交换），那么制冷剂降温时的热量传给了 谁？用于干什么？ 答：这个过程中热量传给了自身，使部分制冷剂液体汽化成蒸汽。8. 单级蒸汽压缩式制冷理论循环有哪些假设条件？

24、答：理论循环假定： 假设进入压缩机的为饱和蒸汽，进入节流阀的为饱和液体； 假设压缩过程是等熵过程，节流过程是等焓过程； 假设蒸发与冷凝过程无传热温差； 假设除两大换热器外，系统与外界无热交换； 假设制冷剂无流阻损失。9. 什么叫液体过冷？液体过冷对循环各性能参数有何影响？、答：过冷液体：当冷凝剂在冷凝器中被冷凝成液体后，如果液体继续向外放 热，制冷剂的温度就会低于饱和温度（对应于冷凝压力的冷凝温度），低于饱和 温度的制冷剂液体称为过冷液体。液体过冷对循环各性能参数的影响： 使单位制冷量增大； 使单位容积制冷量增大； 单位功保持不变； 使制冷系数增大。总之，制冷剂液体的过冷有利于制冷循环，可提高

25、制冷循环经济性。10. 试写出制冷剂R11、R115、R32和R12、R12B1的化学式。答：Rll: CFCL3R115: C2F5CL （注意区分：R1150： C2H4）R32: CH2F2R12: CF2Cl2Rl2B1：CF2CLBr11. 试写出 CF3C1、CH4、CHF3、C2H3F2C1、H2O、CO2 的编号。答： CF3CL：R13CH R504:CHF3：R23C2H3F2Cl: R142BH2O：R718CO2：R74412. 写出与下列制冷剂的符号规定式相对应的化学分子式(要求写出过程)(1)R22(2)R134答：(1) R22符号规定式通式为R (m-1) (n

26、+1) xm-1=2n+1=2x=2所以 m=1n=1x=2符号规定式通式为：CHFCIm n x yy=2m+2-n-x=2+2-1-2=1所以R22的符号规定式为CHCIF2(2) R134 符号规定式通式为 R(m-1)(n+1) xm-1=1n+1=3x=4所以 m=2n=2x=4符号规定式通式为： CHFCIm n x yy=2m+2-n-x=4+2-2-4=0所以R134的符号规定式为CHF22413. 单级蒸汽压缩式制冷实际循环与理论循环有何区别？ 答：单级蒸汽压缩式制冷实际循环与理论循环的区别：在实际循环中存在：( 1 )制冷剂在流动过程中会产生阻力压降；( 2 )蒸发器出口蒸

27、汽过热( 3 )冷凝器出口液体过冷；( 4 )压缩机压缩空气的过程不等熵。与理论循环相比，实际循环单位实际压缩功增大，而压缩机实际输气量减小14. 什么叫有效过热？什么叫有害过热？有效过热对哪些制冷剂有利，对哪 些制冷剂不利？答：有效过热：即吸入蒸汽的过热量全部来自冷藏货物间内的吸热。如果吸 入蒸汽的过热发生在蒸发器本身的后部，或者发生在安装于被冷却室内的吸气管 道上，或者发生在二者皆有的情况下，那么因过热而吸收的热量来自被冷却空间， 如吸入蒸汽的过热热全部来自冷藏货物间或客车室内的西热，因而产生了有用的 制冷效果。这种过热称之为“有效”过热。有效过热对R502 R600a R290 R134

28、a等制冷剂有利，而对R22和Nh3等制冷 剂不利。有害过热：吸入蒸汽的过热全部来自冷藏货物间外。由蒸发器出来的低温制 冷剂蒸汽，在通过吸入管道进入压缩机前，从周围环境中（如冷藏货物间之外） 吸取热量而过热，制冷剂所增加的吸热量AqOr并没有对冷却对象产生任何制冷 效应，即没有提高制冷装置的有效制冷量，习惯上称这种过热为“无效”过热。 在这种吸气过热时，过热度越大，制冷系数和单位容积制冷量降低越多，冷凝器 的热负荷也增加越多，故称之为有害过热。蒸发温度越低，有害过热越大。15. 什么是回热循环？它对制冷循环有何影响？ 答：回热循环就是让蒸发器出来的制冷剂蒸汽和高温制冷剂液体在热交换器中进 行热交

29、换，使液体过冷，气体过热的循环。回热循环对制冷循环的影响：（1）可以保证制冷装置的压缩机运转安全；（2）可以减小节流热损失。16. 蒸汽有害过热对循环各性能参数有何影响？减小蒸汽有害过热的措施是 什么？答：蒸汽过热对循环各性能参数的影响：单位质量制冷量 q0 不变；单位理论功增大；制冷系数减小；单位容积制冷量减小；冷凝器的热负荷增加。减小蒸汽有害过热的措施：吸气管路用隔热材料包扎起来。17. 什么叫过冷度？什么叫过热度？ 答：过冷度：饱和温度与过冷液体的温度之差称为过冷度。过热度：过热蒸汽的温度与饱和蒸汽的温度之差称为过热度。18. 蒸汽压缩制冷用制冷剂是如何分类的？答：按化学结构分有：无机化

30、合物（如R717等）；碳氢化合物（R600a、R290等）。氟里昂（R22、R134a等）；多元混合溶液（非共沸溶液有R407C等，共沸溶液有R502等）； 按蒸发温度和冷凝压力分有：高温低压制冷剂；中温中压制冷剂；低温高 压制冷剂。按可然性和毒性分，分不可然、可然、易燃、低毒、高毒等组合类别。19. 何为CFC类物质？为何要限制和禁用CFC类物质？答：CFC类物质就是不含氢的氟里昂。CFC物质对大气忠的臭氧和地球高空 的臭氧层有严重的破坏作用，会导致地球表面的紫外线辐射强度增加，破坏人体 免疫系统。还会导致大气温度升高，加剧温室效应。因此，减少和禁用 CFC 类 物质的使用和生产，已经成为国

31、际社会环保的紧迫任务。20. 冷凝温度变化和蒸发温度变化分别对蒸汽压缩式制冷系统有何影响？ 答：当蒸温度一定时，随着冷凝温度的升高，则节流损失增大，制冷量减少而轴功率增大，制冷系数降低；冷凝温度下降，则节流损失减小，制冷量增加， 功耗减少，制冷系数提高。当冷凝温度一定时，随着蒸发温度的下降，压缩机制冷量减少，而轴功率 与制冷系数视情况而变。也减少。冷凝温度不变时，制冷机在不同蒸发温度下轴 功率是变化的，而且与未变化前的蒸发温度有关。当t由室温逐渐下降时，制冷 机的轴功率逐渐增大，t下降到一定值时，轴功率会达到最大值。如果蒸发温度 et继续下降，轴功率逐渐减小。e二. 画图及说明1画出制冷系统的

32、基本原理图及单级蒸汽压缩式制冷循环的理论循环压 焓图和T-S,并说明其循环过程。答：制冷系统的基本原理图间图 1。 压缩机的可逆绝热过程是等熵过程，节流过程常可看作为等焓过程，则循环 可用如下P-H和T -S图表示。图2为单级蒸汽压缩式制冷循环的理论循环压恰 图和 T-S。蒸发器冷凝器压缩机F节流阀图12画出蒸汽压缩制冷回热循环的P-H图和T-S图。解：单级蒸汽压缩制冷回热循环的P-H图和T-S图如下图所示:Qb)三. 计算题1.假定循环为单级压缩蒸汽制冷的理论循环，蒸发温度tO=15C,冷凝温 度为30C,工质为R12,试对该循环进行热力计算。（根据R12的热力性质图表，査出有关状态参数值：

33、h1=345.8 kJ/kg v1=0.09145 m3/kg h3=h4=228.6 kJ/kg h2=375.1 kJ/kg t2=57C） 解：该循环的压焓图如下所示：1 单位质量制冷量2 单位容积制冷量4 单位理论功5 制冷系数6 冷凝器单位热负荷q=h h =345.8-228.6=117.2 kJ/kg 0 1 5 q= q/ v1=117.2/0.09145=1281.6 kJ/M3V 0 1w=h2 h1=375.1-345.8=29.3 kJ/kg 08 = q / w =117.2/29.3=4.000q=h h=375.1-228.6=146.5 kJ/kgk 232 有

34、一氨压缩制冷机组，制冷能力Q0为4.0X104KJ h-i,在下列条件工作： 蒸发温度为-25C,进入压缩机的是干饱和蒸汽，冷凝温度为20C,冷凝过冷5C。 试计算：（1）单位重量制冷剂的制冷能力；（2）每小时制冷剂循环量；（3）冷凝器中制冷剂放出热量；（4）压缩机的理论功率；（5）理论制冷系数。解：查表得到制冷剂氨在-25 C时的PO=1.51585 X 105 pa, 20C时的压力为 Pc=0.85737 Mpa, 15C时的压力为 0.728785 Mpa。首先在PH图（或TS图）上按照已知条件定出各状态点。 查得 H=1430KJ kg-1H2=1680KJ kg-1冷凝出来的过冷液

35、体（过冷度为5C）状态3的决定：假设压力对液体的 焓值几乎没有影响，从状态3沿着饱和液体线向下过冷5C,找到3 ，用此 点的焓值近似代替3的焓值，由于过冷度是有限的，实际上3和3 很接 近，不会造成太大的偏差。3-4仍为等焓膨胀过程，H3=H=270kJ kg-1制冷能力 q0=H1-H4=1430-270=1160KJ kg-1制冷剂循环量 G 二 二 4 X104 二 34.5kg - h-1q 11600冷凝过程即 2-3，放出热量 Q=（H3-H2）G=34.5（270-1690）=-48645KJ h-1G（H - H ） 34.5（1680 -1430）压缩机功率 N =21 =

36、2.40kW36003600H - H制冷系数g二一一4H -H21I430 270 二 1160 二 4.641680 -14302503 有人设计了一套装置用来降低室温。所用工质为水，工质喷入蒸发器内部分 汽化，其余变为5C的冷水，被送到使用地点，吸热升温后以13C的温度回到 蒸发器，蒸发器中所形成的干度为 98%的蒸汽被离心式压气机送往冷凝器中， 在32C的温度下凝结为水。为使此设备每分钟制成750kg的冷水，求1) 蒸发器和冷凝器中的压力；2) 制冷量(kJ/h)；3) 冷水循环所需的补充量；4) 每分钟进入压气机的蒸汽体积。解：(1) 从饱和水和饱和蒸汽表查得：蒸发器内5C水的饱和蒸

37、汽压 p1=0.00872x105Pa，冷凝器的温度为32C水的饱和压力p2=0.0468x105Pa(2) 本装置依靠5C的冷水从室内吸热，从而升温至13C来降低室温，故本装 置的制冷量为Q0=G2( H5H6) =G2CP( T5T6)=750x4.184x (13-5)=25 1 04 ( kJ/min ) =1506240kJ/h( 3) 对蒸发器作质量衡算G1=G3G2(1)对蒸发器再作能量衡算G1H5=G3H1G2H6(2)联立方程(1)和(2)求得G3,即为冷水循环所需的补充量750(H - H )G=513 H - H15 从饱和水和饱和蒸汽表查得H1 (t=5C，x=0.98) =2460kJ/kg, H5 (t=13C的饱和水)=54. (kJ/kg)因此 1 5=10.48kg/min)25104G =B 2460 - 54.6(4)从饱和水和饱和蒸汽表查得：5C时的饱和蒸汽比容ug=147.12m3/kg； 5C时饱和水的比容uf=0.001m3/kg，则干度为0.98的蒸汽比容u=ux+uf (1-x) =147.12x0.98 + 0.001x (1-0.98) =144.18 (m3/kg)最后得到每分钟进入压气机的蒸汽体积为V=G3u=10.48x144.18=1511 (m3/min)