第五章 例题Word文档下载推荐.docx
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0,<
0,=0);
当和时,溶液是液液平衡
6.(相态),<
和称上(下)临界溶解温度,此时=0(>
0,=0)。
二、计算题
1.试用PR方程计算水的饱和热力学性质,并与附录C-1的有关数据比较(用软件计算)。
(a)在℃时的;
(b)在MPa时的(是沸点温度)。
解:
(a)
(b)
2.用PR方程计算甲烷
(1)-乙烷
(2)-丙烷(3)-丁烷(4)-丙烯(5)等摩尔液体混合物在P=3MPa下的泡点温度和气相组成(用软件计算)。
3.一个由丙烷
(1)-异丁烷
(2)-正丁烷(3)的混合气体,,,,若要求在一个30℃的冷凝器中完全冷凝后以液相流出,问冷凝器的最小操作压力为多少?
(用软件计算)
计算结果为最小操作压力0.8465MPa
4.在常压和25℃时,测得的异丙醇
(1)-苯
(2)溶液的汽相分压(异丙醇的)是1720Pa。
已知25℃时异丙醇和苯的饱和蒸汽压分别是5866和13252Pa。
(a)求液相异丙醇的活度系数(对称归一化);
(b)求该溶液的。
由得
同样有:
5.乙醇
(1)-甲苯
(2)体系的有关的平衡数据如下T=318K、P=24.4kPa、x1=0.300、y1=0.634,已知318K的两组饱和蒸汽压为kPa,并测得液相的混合热是一个仅与温度有关的常数,令气相是理想气体,求(a)液相各组分的活度系数;
(b)液相的和GE;
(c)估计333K、x1=0.300时的GE值;
(d)由以上数据能计算出333K、x1=0.300时液相的活度系数吗?
为什么?
(e)该溶液是正偏差还是负偏差?
(a)由得
(b)
(c)
积分得
(d)不能得到活度系数,因为没有GE的表达式。
(e)由于GE>0,故为正偏差溶液。
6.在总压101.33kPa、350.8K下,苯
(1)-正已烷
(2)形成x1=0.525的恒沸混合物。
此温度下两组分的蒸汽压分别是99.4KPa和97.27KPa,液相活度系数模型选用Margules方程,汽相服从理想气体,求350.8K下的汽液平衡关系和的函数式。
将低压下的二元汽液平衡条件与共沸点条件结合可以得
将此代入Margules方程
得
解出
由此得新条件下的汽液平衡关系
7.苯
(1)-甲苯
(2)可以作为理想体系。
(a)求90℃时,与x1=0.3的液相成平衡的汽相组成和泡点压力;
(b)90℃和101.325kPa时的平衡汽、液相组成多少?
(c)对于x1=0.55和y1=0.75的平衡体系的温度和压力各是多少?
(d)y1=0.3的混合物气体在101.325KPa下被冷却到100℃时,混合物的冷凝率多少?
查出Antoine方程常数
物质
A
B
C
苯
(1)
6.9419
2769.42
-53.26
甲苯
(2)
7.0580
3076.65
-54.65
,由Antoine方程得
同样得
由理想体系的汽液平衡关系得
(b)由
(c)由得
即
所以
(d),由Antoine方程得
设最初混合物汽相有10mol,即苯3mol,甲苯7mol。
冷凝后汽、液相分别为(10-a)和amol,则:
冷凝率:
8.用Wilson方程,计算甲醇
(1)-水
(2)体系的露点(假设气相是理想气体,可用软件计算)。
(a)P=101325Pa,y1=0.582(实验值T=81.48℃,x1=0.2);
(b)T=67.83℃,y1=0.914(实验值P=101325Pa,x1=0.8)。
已知Wilson参数Jmol-1和Jmol-1
(a)已知P=101325Pa,y1=0.582,属于等压露点计算,由于压力较低,气相可以作理想气体。
可以从
活度系数用Wilson方程计算,
其中
纯组分的液体摩尔体积由Rackett方程;
纯分的饱和蒸汽压由Antoine方程计算。
查得有关物性常数,并列于下表
纯组分的物性常数
纯组分
(i)
Rackett方程参数
Antoine常数
/K
/MPa
甲醇
(1)
512.58
8.097
0.2273
0.0219
9.4138
3477.90
-40.53
水
(2)
647.30
22.119
0.2251
0.0321
9.3876
3826.36
-45.47
用软件来计算。
输入独立变量、Wilson能量参数和物性常数,即可得到结果:
和
(b)已知T=67.83℃,y1=0.914,属于等温露点计算,同样由软件得到结果,
9.A-B混合物在80℃的汽液平衡数据表明,在0<
xB≤0.02的范围内,B组分符合Henry规则,且B的分压可表示为(kPa)。
另已知两组分的饱和蒸汽压为(kPa),求80℃和xB=0.01时的平衡压力和汽相组成;
若该液相是理想溶液,汽相是理想气体,再求80℃和xB=0.01时的平衡压力和汽相组成。
(1)0<
xB=0.01<0.02,B组分符合Henry规则
因为
低压下,,所以
(2)
10.25℃和101.33kPa时乙烷(E)在正庚醇(H)中的溶解度是,且液相的活度系数可以表示为,并已知25℃时的Henry常数:
(在P=101.32kPa时);
(在P=2026.4kPa时)。
计算25℃和2026.4kPa时乙烷在正庚醇中的溶解度(可以认为正庚醇为不挥发组分;
参考答案)。
由于乙烷在正庚醇中的溶解度很低,所以,液相是一个稀溶液,其中溶质(E)的活度系数适合采用不对称归一化,并将汽相作为理想气体看待,即,
在25℃和101.33kPa时,有
解出
在25℃和2026.4kPa时,有
解出
11.某一碳氢化合物(H)与水(W)可以视为一个几乎互不相溶的体系,如在常压和20℃时碳氢化合物中含水量只有,已知该碳氢化合物在20℃时的蒸汽压kPa,试从相平衡关系得到汽相组成的表达式,并说明是否可以用蒸馏的方法使碳氢化合物进一步干燥?
液相完全不相溶体系的汽液平衡关系式如下,并查出20℃时水的蒸汽压kPa
所以可以用蒸馏的方法使碳氢化合物进一步干燥。
12.测定了异丁醛
(1)-水
(2)体系在30℃时的液液平衡数据是。
(a)由此计算vanLaar常数(答案是);
(b)推算℃,的液相互溶区的汽液平衡(实验值:
kPa)。
已知30℃时,kPa。
(a)液液平衡准则
将vanLaar方程代入上式
再代入数据,解方程组得结果:
(b)℃,的液相活度系数是
设汽相是理想气体,由汽液平衡准则得
13.A-B是一个形成简单最低共熔点的体系,液相是理想溶液,并已知下列数据
组分
/Jmol-1
446.0
26150
420.7
21485
(a)确定最低共熔点(答案:
K)
(b)的液体混合物,冷却到多少温度开始有固体析出?
析出为何物?
每摩尔这样的溶液,最多能析多少该物质?
此时的温度是多少?
(答案:
析出温度437K,析出率0.785)。
由于液相是理想溶液,固体A在B中的溶解度随温度的变化曲线是
适用范围
同样,固体B在A中的溶解度随着温度的变化曲线是
最低共熔点是以两条溶解度曲线之交点,因为,试差法解出K,再代入任一条溶解度曲线得到
(b)到最低共熔点才有可能出现固体,
A先析出
所以,析出A78.5%
三、图示题
1.根据已知的二元体系的相图作出与之相对应的相图,并标出露点线、泡点线、相区、特殊点等
L
T-x1
VT-y1
L
LT-y1
VT-x1
P-x-y图
P
LT-x1
T-x1
T-x-y图
T
x-y图
1
描述下列二元图中的变化过程:
这是一个等压定(总)组成的降温过程。
A处于汽相区,降温到B点时,即为露点,开始有液滴冷凝,随着温度的继续下降,产生的液相量增加,而汽相量减少,当达到C点,即泡点时,汽相消失,此时,液相的组成与原始汽相组成相同。
继续降温到达D点。
这是一等温等压的变组成过程。
从A到B,是液相中轻组分1的含量增加,B点为泡点,即开始有汽泡出现。
B至C的过程中,系统中的轻组分增加,汽相相对于液相的量也在不断的增加,C点为露点,C点到D点是汽相中轻组分的含量不断增加。
T=常数
ABCD
2.将下列T-x-y图的变化过程A→B→C→D→E和P-x-y图上的变化过程F→G→H→I→J表示在P-T图(组成=0.4)上。
J
I
F
H
D
E
G
5
4
P/MPa3
2
1
100120140160180
T/℃
x1=y1=0.4
四、证明题
1.证明vdW流体的偏心因子为-0.303。
2.对于二元混合物,证明有下关系式成立。
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