完整版化工热力学标准答案第三版.docx
- 文档编号:23221807
- 上传时间:2023-05-15
- 格式:DOCX
- 页数:49
- 大小:44.36KB
完整版化工热力学标准答案第三版.docx
《完整版化工热力学标准答案第三版.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《完整版化工热力学标准答案第三版.docx(49页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
完整版化工热力学标准答案第三版
化工热力学课后答案(第三版)陈钟秀编著
2-1.使用下述方法计算Ikmol甲烷贮存在体积为0.1246m3、温度为50C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=0.1246m3/1kmol=124.6cm3/mol
查附录二得甲烷的临界参数:
Tc=190.6KPc=4.600MPa
Vc=99cm3/molw=0.008
(1)理想气体方程
P=RT/V=8.314>323.15/124.610-6=21.56MPa
(2)R-K方程
r2t2.5
a0.42748—
Pc
225
8.3142190.60.427486——
4.6106
3.222Pam6K0.5mol2
b0.08664空
Pc
0.08664日灿6
4.6
106
2.985105m3mol1
PRT
VbT0.5VV
8.314323.15
5
12.462.98510
3.222
0.5
323.15
55
12.461012.462.98510
=19.04MPa
(3)普遍化关系式
TrTTc323.15.190.6
1.695Vr
VVc1246991.259V2
•••利用普压法计算,
ZZ0
Z1
TPZRTPcPr
-Z齐
65
py4.61012.4610r
ZcPrPr0.2133Pr
RT8.314323.15
迭代:
令Zo=1—Pro=4.687又Tr=1.695,查附录三得:
Z°=0.8938
Z1=0.4623
ZZ0Z1=0.8938+0.0080.4623=0.8975
此时,P=PcPr=4.64687=21.56MPa
同理,取乙=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1480.7cm3/mol。
解:
查附录二得正丁烷的临界参数:
Tc=425.2KPc=3.800MPa
Vc=99cm3/molw=093
(1)理想气体方程
V=RT/P=8.314>510/2.5W6=1.696X0"3m3/mol
1.6961.4807“
误差:
100%14.54%
1.4807
(2)Pitzer普遍化关系式
对比参数:
TrT.Tc510425.21.199RP..巳2.53.80.6579—普维法
•B0
0.083
0.422
0.083
0.422
0.2326
T:
6
1.1991-6
B1
0.139
0.172
0.139
0.172
0.05874
Tr''2
1.1994-2
BPc
B0
b1=-0.2326+0.1930>5874=-0.2213
RTc
Z1Rp1誥戶-0.2213*579/1.199=0.8786
•••PV二ZRPV二ZRT/P=0.8786X8.314x510/2.5x6=1.49XQ-3m3/mol
^差
1.491.4807
1.4807
100%
0.63%
2-
76%(摩
3.生产半水煤气时,煤气发生炉在吹风阶段的某种情况下,
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M?
(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=132.9KPc=3.496MPaVc=93.1cm3/mol
3=0049Zc=0.295
二氧化碳
(2):
Tc=304.2KPc=7.376MPaVc=94.0cm3/mol
3=0225Zc=0.274
又y1=0.24,y2=0.76
•-
(1)由Kay规则计算得:
Tcm
yiTci
i
0.24132.90.76
304.2
263.1K
Rm
yiPci
i
0.243.4960.76
7.376
6.445MPa
Trm
TTcm
303263.11.15Prm
PPcm
0.1011.4450.0157普维法
利用真实气体混合物的第二维里系数法进行计算
B0
0.083
0.422
TrT
0.083
0.422
16
303132.9.
0.02989
B1
0.139
0.172
0.139
0.172
0.1336
4.2
303132.9
Bn
RTc1
8.314132.90.029890.0490.1336
3.496106
7.378106
B0
0.083
0.422
0.0830.422160.3417
303304.2.
b2
0.139
0.172
Tr『
0.139
0.172
右0.03588
303304.2.
I
B22
RTc2
P2
2B1
8.314彳04/0.34170.2250.03588
7.37610
6
119.9310
又Tcj
TciTcj
0.5
0.5
132.9304.2201.068K
Vcj
93.11394.0133
3
93.55cm/mol
Zcj
Zc1Zc2
2
°295°.2740.2845
cij
2
歿亜進0.137
ZcijRTcij/Vcij0.28458.314201.068/93.551065.0838MPa
TrijTTcij303201.0681.507
PrijPPcij0.10135.0838
0.0199
0.083
0.422
0.083气
1.507
0.136
0.139
0.172
T;;
0.139卫临
1.507
0.1083
…B12
RTc12
B;212B28314201.0680.1360.1370.1083
5.0838106
39.84106
2
Bmy1B112y1y2B12
y2B22
0.2427.37810620.240.7639.841060.762119.93106
84.27106cm3/mol
•沧1詈R-V=0.02486m3/mOl
•••V总=nV=100X103X81.38%/12@02486=168.58*
(2)Ry1PZc10.240.10130.2950.025MPa
Zm0.2845
P2y2PZ^20.760.10130.2740.074MPa
Zm0.2845
2-4.将压力为2.03MPa、温度为477K条件下的2.83m3NHs压缩到0.142m3,若压缩后温度448.6K,则其压力为若干?
分别用下述方法计算:
(1)VanderWaals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=405.6KPc=11.28MPa
Vc=72.5cm3/molw=250
(1)求取气体的摩尔体积
对于状态I:
P=2.03MPaT=447K、V=2.83m3
对于状态摩尔体积
T=448.6K
V=0.142m3/1501mol=9.458W5m3/mol
TrTTc477405.61.176PrPPc2.0311.280.18—普维法
•B0
0.083
0.422
T:
6
0.422
0.083百0.2426
1.176
B1
0.139
0.172
Tr''2
0.1390.17220.05194
1.176■
BPc
RTc
B0
B1
0.24260.250.051940.2296
Z1
BP
PV
1理巳fV=1.885Xl0"3m3/mol
RT
RT
RTcTr
•••n=2.83m3/1.885
W3m3/mol=1501mol
⑵VanderWaals方程
27R2T:
64巳
278.3142405.62
6411.28106
0.4253Pam6
mol
RTc
8Pc
8.314405.6
811.28106
3.737105m3mol
8.314448.60.4253
9.4583.737103.737105
17.65MPa
(3)Redlich-Kwang方程
0.42748工0.427488.3142逬62.5
Pc11.28106
8.679Pa
60.52
mKmol
0.08664RTc0.086648.31440566
11.28106
c
PC
2.59
53
10m
mol1
RT
8.314448.6
bT0.5VV~b9.4582.59__10^
8.679
0~55
448.6.9.458109.4582.59
10^
18.34MPa
Peng-Robinson方程
TTc
448.6.405.61.106
0.3746
2
1.542260.269920.37461.542260.250.26992
0.252
0.7433
acT
1Tr0.5
10.74331
1.1060.5$0.9247
22
RTc0.45724-
Pc
T0.45724
22
8.314405.6
60.92470.4262Pa
11.2810
62mmol
b0.07780RTc
Pc
0.07780
8.314405.6
6
11.2810
53.1
2.32610mmol
P空
VbVVbb
10
8.314448.60.4262
9.4582.3261059.4589.4582.32610102.3269.4582.32610
19.00MPa
(5)普遍化关系式
TVrV.Vc9.45810^7.251051.305V2适用普压法,迭代进行计
算,方法同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188C、6.888MPa条件下的体积。
已知
Bii=14cm3/mol,B22=-265cm3/mol,Bi2=-9.5cm3/mol。
解:
BmylB112yiy2B12y2B22
0.321420.30.79.50.72265132.58cm3/mol
Zm1巴—V(摩尔体积)=4.24*0"4m3/mol
RTRT
假设气体混合物总的摩尔数为n则
0.3nx28+0.7nx58=7—n=0.1429mol
v=nXV(摩尔体积)=0.14294.24海0-4=60.57cm?
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
3=004
(1)R-K方程的普遍化
R2Tc8.3142126.26
0.42748—0.4274861.5577Pam6
Pc3.394106
0.52
Kmol
0.08664匹0.086648.314仁丫2.678105m3mol
Pc3.394106
aPBbPAa1.5577
R2T2.5RTBbRT1.52.6781058.3142731.5
1.551
BbbP2.678105101.31061.1952①
Z
…h
ZVZRT
Z8.314273
Z丄△旦丄1.551止
1hB1h1h1h
①、②两式联立,迭代求解压缩因子
(2)SRK方程的普遍化
TrTTc273.126.22.163
m0.4801.574
0.176
2
0.4801.5740.040.1760.04
0.5427
1
1m1Tr
Tr
0.5
1
10.5427
2.163
12.1630.5$0.2563
0.42748
R2Tc2
Pc
0.42748
8.3142126.225
3.394106
0.25630.3992Pam6
0.52
Kmol
b0.08664RTc
Pc
0.08664
8.314126.2
6
3.39410
53
2.67810mmol
Aa
0.3992
BbRT
•••h-
b
bP
2.678
5
105101.3
1061
.1952
①
Z
V
zrt
Z
8.314273
Z
Z1
A
h
1
0.3975一
②
1
h
B
1h
1h
1
h
1~5
2.6781058.314273?
0.3975
①、②两式联立,迭代求解压缩因子Z
第三章
3-1.物质的体积膨胀系数和等温压缩系数k的定义分别为:
丄丄,k1_v。
试导出服从VanderWaals状态方程的和k的表V~PVPt
达式。
解:
Vanderwaals方程P
RTa
由Z=f(x,y)的性质上必丄/得
XyyzZx
所以
2a
RT
V
Vb
1
V3
2
Vb
TP
R
P2aRTpr
VtV3Vb2TVVb
RTV32aV
1VRV2Vb
RTV32aV
1V
V-Pt
3
RTV2aV
3-2.某理想气体借活塞之助装于钢瓶中,压力为34.45MPa,温度为93C,反抗一恒定的外压力3.45MPa而等温膨胀,直到两倍于其初
始容积为止,试计算此过程之U、H、S、A、G、TdS、pdV、
解:
理想气体等温过程,U=0、H=0
V2V1RT
Q=-W=pdVpdVdVRTln2=2109.2J/mol
ViV1V
•••W=-2109.2J/mol
又
dSCp^T
V
——dPTp
理想气体等温膨胀过程dT=0、
V
R
Tp
P
•dS
—dPP
二S
S2
dS
S1
P2
R
P1
dlnPRlnP
Rln2=5.763J/(molK)-
AUTS=-366>5.763=-2109.26J/(molK)•
GHTSA=-2109.26J/(molK)•
TdSTSA=-2109.26J/(molK)•
pdV
V2
ViPdV
2ViRT
RTdVRTln2=2109.2J/mol
V1V
3-3.试求算ikmol氮气在压力为10.13MPa、温度为773K下的内能、
焓、熵、Cv、Cp和自由焓之值。
假设氮气服从理想气体定律。
已知:
(1)在0.1013MPa时氮的Cp与温度的关系为
Cp27.220.004187TJ/molK;
(2)假定在0C及0.1013MPa时氮的焓为零;
(3)在298K及0.1013MPa时氮的熵为191.76J/(molK)。
3-4.设氯在27C、0.1MPa下的焓、熵值为零,试求227C、10MPa
下氯的焓、熵值。
已知氯在理想气体状态下的定压摩尔热容为
Cpg31.69610.144103T4.038106T2J/molK
解:
分析热力学过程
500K,10MPa
真实气体
300K,0.1MPa
真实气体
H=0,S=0
-H1R
H2R
-S1R
S2R
300K,0.1MPa
理想气体
H1、
Si
500K,10MPa
理想气体
查附录二得氯的临界参数为:
Tc=417K、Pc=7.701MPa、沪0.073
二
(1)300K、0.1MPa的真实气体转换为理想气体的剩余焓和剩余熵
Tr=T1/Tc=300/417=0.719
Pr=P1/Pc=0.1/7.701=0.013
—利用普维法计算
D00.422
B0.08316
Tr.
0.6324dB0
dTr
0.675T;6
1.592
B10.1390.172
Tr4.2
0.5485dB
dTr
0.722Tr5.2
4.014
HR0dB01dB1SdB°dB1
PrB0TrB1TrP
又RTcdTrdTrRdTrdTr
R
代入数据计算得甘=-91.41J/mol、$=-0.2037J/(mol•K)
(2)理想气体由300K、0.1MPa到500K、10MPa过程的焓变和熵变
T2.500,-o
H1CpgdT31.69610.144103T4.038106T2dT
1T1p300
=7.02kJ/mol
S1
%
T1T
500
300
31.696T10.14410
4.038106TdT
Rln
10
01
=-20.39J/(mol•K)
⑶500K、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=10/7.70仁1.299-利
用普维法计算
B00.083
0.422
0.2326型
dTr
0.675T;6
0.4211
1
B0.139
0.172
t4.2
r
dB1
0.05874——dTr
0.722Tr5.2
0.281
hr
PrB
又
RTc
TrdB0
dTr
Tr型丈P妲
rRdTr
dTr
dB1
dTr
代入数据计算得H
R
2=-3.41KJ/mol、
或=-4.768J/(mol•K)
H二H2-H1二H2=-h'+H1+h2=91.41+7020-3410=3.701KJ/mol
S=S2-S1二S2=-^+S1+S'=0.2037-20.39-4.768=-24.95J/(mol•K)
3-5.试用普遍化方法计算二氧化碳在473.2K、30MPa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8377J/mol,熵为-25.86J/(molK).•
解:
查附录二得二氧化碳的临界参数为:
Tc=304.2K、Pc=7.376MPa、
妒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:
hR0
RTc
sr
0.85170.296
R
HR1R0
Hs
1.7410.04662-
RTcR
hr
.•.由RTc
R0R1
srsr
RTc、R—厂计算得:
R0R1
HrHrsr
rT;
Hr=-4.377KJ/mol
Sr=-7.635J/(mol•K)
.H=Hr+Hig=-4.377+8.377=4KJ/mol
S=申+Sg=-7.635-25.86=-33.5J/(mol•K)
3-6.试确定21C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0.1013MPa0C的理想气体状态的H、S定为零。
乙炔的正常沸点为-84C,21C时的蒸汽压为4.459MP&
3-7.将10kg水在373.15K、0.1013MPa的恒定压力下汽化,试计算此过程中U、H、S、A和G之值。
3-8.试估算纯苯由0.1013MPa、80C的饱和液体变为1.013MPa、
180C的饱和蒸汽时该过程的V、H和S。
已知纯苯在正常沸点时
的汽化潜热为3.733J/mol;饱和液体在正常沸点下的体积为
95.7cm3/mol;定压摩尔热容Cpg16.0360.2357TJ/molK;第二维里
系数b=-781
T
2.4
103cm3/mol
解:
1.查苯的物性参数:
Tc=562.1K、Pc=4.894MPa、3=0.271
2.求△V
由两项维里方程
rPV
‘BP
P
2.4
c1—3
Z2
1
1
7810
RT
RT
RT
T
6
1.01310
8.314106453
2.4
78
1
453
103
0.8597
ZRT
~P~
0.85978.314
1.013
4533196.16cm3mol
卑T
理想气休
理想气休~
理想气体
ILlOIJMPa,4S3K
AS?
UH3MP;h4?
3K
VV2V1
3196.1695.7
3100.5cm'/mol
H
Hv
(出门Hj
HTdH2R
S
Sv
R..
(S,)S:
..R
SdS2
分析:
具体过程
饱和液体苯OJOBAPu,
AK,WAS
饱和蒸汽LUlJISWa
\1=9S,7cnr/niol
VVV
t
饱和蒸汽
3.计算每一过程焓变和
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 完整版 化工 热力学 标准答案 第三