化工热力学作业解答2019-第二章-流体的pVT关系.pptx

化工热力学第二章作业解答作业2-1 、将下列纯物质经历的过程表示在p-V图上：1）过热蒸汽等温冷凝为过冷液体；2）过冷液体等压加热成过热蒸汽；3）饱和蒸汽可逆绝热膨胀；4）饱和液体恒容加热；5）在临界点进行的恒温膨胀1）过热蒸汽等温冷凝为过冷液体；2）过冷液体等压加热成过热蒸汽；3）饱和蒸汽可逆绝热膨胀；4）饱和液体恒容加热；5）在临界点进行的恒温膨胀PC5413(T降低)2V作业2-2 在4L的刚性容器中装有50℃、2kg水的饱和气液混合物，已知50℃时水的饱和液相体积Vsl=1.0121cm3·g-1,饱和气相体积VSV=12032cm3·g-1。现在将水慢慢加热，使得饱和气液混合物变成了单相，问此单相是什么？如果将容器换为400L，最终答案是什么？解：如附图所示。（1）若刚性容器的体积为4L，则容器中水的饱和气液混合物的单位质量为：VslV1Vc，即A1点位于饱和液相体积与临界体积之间的汽液共存区内。由于刚性容器体积保持不变，因此加热过程在等容线上变化，到达B1时，汽液共存相变为液相单相；继续加热，当TTc，则最终单相为超临界流体，即C1点。（2）同理，容器体积为400L时，VcV2VSV，当水慢慢加热后，则状态从位于汽液共存区的A2，变为气相单相B2，继续加热，当TTc，则最终单相为超临界流体C2。作业2-3 试分别用（1）Van der Walls, (2) RK方程计算273.15K时将CO2压缩到比体积为550.1cm3·mol-1所需要的压力。实验值为3.090MPa。已知CO2的临界参数和偏心因子为：Tc=304.2K pc=7.376MPa ω=0.225解：（1）Van der Walls方程：(2) RK方程=4.3639547×106-1.226560×106=3.317393×106Pa=3.317393MPa作业2-4 (P31,2-1) 使用下述方法计算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:（1）理想气体方程 (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作业2-5 (P32,2-8) 试用R-K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=126.2Kpc=3.394MPa ω=0.04（1）R-K方程的普遍化 ∴ ①②①、②两式联立，迭代求解压缩因子Z作业2-6 (P31,2-4) 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？分别用下述方法计算：（1）Vander Waals方程；（2）Redlich-Kwang方程；（3）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) Van der Waals方程(3) Redlich-Kwang方程(4)普遍化关系式∵ ＜2 适用普压法，迭代进行计算，方法同1-1（3） 作业2-7 (P32,2-6) 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=14cm3/mol，B22=-265cm3/mol，B12=-9.5cm3/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