化工热力学(第三版)陈钟秀课后习题答案

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第二章

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：甲烷的摩尔体积V=0.1246 m3/1kmol=124.6 cm3/mol

查附录二得甲烷的临界参数：Tc=190.6K Pc=4.600MPa Vc=99 cm3/mol ω=0.008 (1) 理想气体方程

P=RT/V=8.314×323.15/124.6×10-6=21.56MPa

(2) R-K方程

R2Tc2.5

a 0.427

Pc

b 0.08664

2.5

8.314 190.260.4 6

4.6 10

6

Pa3. 2m22 K0. 5mol

2

RTc8.314 190.6 53 1

0.08664 2.985 10m mol6

Pc4.6 10

∴P

RTa

0.5

V bTVV b8.314 323.153.222

12.46 2.985 10 5323.150.5 12.46 10 512.46 2.985 10 5

=19.04MPa (3) 普遍化关系式

Tr TTc 323.519 0.6

Z0 Z1

6 V1.9r5 Vc 99 1.259＜2

∴利用普压法计算，Z∵ ∴

ZRT

PcPr VPVZ cPr

RTP

6 5

PV4.6 10 12.46 10Z cPr Pr 0.2133Pr

RT8.314 323.15

迭代：令Z0=1→Pr0=4.687 又Tr=1.695，查附录三得：Z0=0.8938 Z1=0.4623

Z Z0 Z1=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

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=425.2K Pc=3.800MPa Vc=99 cm3/mol ω=0.193

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（1）理想气体方程

V=RT/P=8.314×510/2.5×106=1.696×10-3m3/mol

误差：

1.696 1.4807

100% 14.54%

1.4807

（2）Pitzer普遍化关系式 对比参数：Tr

Tc 510425.2 1.199 Pr Pc 2.3. 8

0.4220.422

0.0 0. 23261.6

Tr1.61.199

0.6—普维法579

∴

B0 0.083

B1 0.139

0.1720.172

0.139 0.05874 Tr4.21.1994.2

BPc

B0 B1=-0.2326+0.193×0.05874=-0.2213 RTcZ 1

BPBPP

1 crRTRTcTr

=1-0.2213×0.6579/1.199=0.8786

∴ PV=ZRT→V= ZRT/P=0.8786×8.314×510/2.5×106=1.49×10-3 m3/mol 误差：

1.49 1.4807

100% 0.63%

1.4807

2-3.生产半水煤气时，煤气发生炉在吹风阶段的某种情况下，76%（摩尔分数）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的吹风气若干立方米？（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=132.9K Pc=3.496MPa Vc=93.1 cm3/mol ω=0.049 Zc=0.295 二氧化碳(2)：Tc=304.2K Pc=7.376MPa Vc=94.0 cm3/mol ω=0.225 Zc=0.274 又y1=0.24，y2=0.76 ∴(1)由Kay规则计算得：

Tcm yiTci 0.24 132.9 0.76 304.2 263.1K

i

Pcm yiPci 0.24 3.496 0.76 7.376 6.445MPa

i

Trm Tcm 263.1 1.15 Prm Pcm 0.11.44 5

利用真实气体混合物的第二维里系数法进行计算

0.—普维法0157

B10 0.083

0.4220.422

0.083 0.02989 1.61.6

Tr1 0.1720.172

0.139 0.1336 4.2

Tr4.2 1

1

B1 0.139

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B11

RTc108.314 132.91 6

B B 0.02989 0.049 0.1336 7.378 10 111 6

Pc13.496 10

B2 0.083

0.4220.422

0.083 0.3417 1.61.6

Tr2 304.2 0.1720.172

0.139 0.03588 4.2

Tr4.2 304.2 2

1

B2 0.139

B22

又Tcij

RTc208.314 304.21

B2 2B2 0.3417 0.225 0.03588 119.93 10 6 6 Pc27.376 10 TciTcj

0.5

132.9 304.2

3

0.5

201.068K

3

Vc1 Vc2 93.13 94.01

Vcij 93.55cm3/mol 22 Zc1 Zc20.295 0.274

0.2845

22 20.295 0.225 cij 1 0.137

22Zcij

Pcij ZcijRTcij/Vcij 0.2845 8.314 201.068/ 93.55 10 6 5.0838MPa

∴

Trij TTcij 201.068 1.507 Prij Pci 38j0.1035.08

0.4220.422

0.083 0.136 1.61.6

Tr121.5070.1720.172

0.139 0.1083 4.2

Tr4.21.50712

01990.

B12 0.083

1B12 0.139

∴B12

RTc1208.314 201.0681 6

B12 12B12 0.136 0.137 0.1083 39.84 10 6

Pc125.0838 10

22

Bm y1B11 2y1y2B12 y2B22

0.242 7.378 10 6 2 0.24 0.76 39.84 10 6 0.762 119.93 10 6 84.27 10 6cm3/mol∴Zm

1

BmPPV

RTRT

→V=0.02486m3/mol

∴V总=n V=100×103×81.38%/12×0.02486=168.58m3 (2)

P1 y1P

Zc10.295 0.24 0.1013 0.025MPa Zm0.2845

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P2 y2P

Zc20.274

0.76 0.1013 0.074MPa Zm0.2845

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）Peng-Robinson方程；（4）普遍化关系式。

解：查附录二得NH3的临界参数：Tc=405.6K 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

Tr Tc 405.6 1.176 Pr PPc 0.18—普维法

∴B

0.083

0.4220.422

0.083 0.2426 1.61.6

Tr1.1760.1720.172

0.139 0.05194 Tr4.21.1764.2

B1 0.139

BPc

B0 B1 0.2426 0.25 0.05194 0.2296 RTcZ 1

BPPVBPP

1 crRTRTRTcTr

→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) Vander Waals方程

27R2Tc227 8.3142 405.62

a 0.4253Pa m6 mol 2 6

64Pc64 11.28 10

b

RTc8.314 405.6 3.737 10 5m3 mol 1 6

8Pc8 11.28 10

RTa8.314 448.60.4253

2 17.65MPa 2 5 5V bV9.458 3.737 10 3.737 10

P

(3) Redlich-Kwang方程

R2Tc2.58.3142 405.62.560.5 2

a 0.42748 0.42748 8.679Pa m K mol6

Pc11.28 10

b 0.08664

P

RTc8.314 405.6 53 1

0.08664 2.59 10m mol 6Pc11.28 10

RTa8.314 448.68.679 0.5 18.34MPa 50.5 5 5 …… 此处隐藏：13784字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……