Реферат: Термодинамический расчет заданной смеси
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
Самарский государственный технический университет
Кафедра: «Технология органического и нефтехимического синтеза»
КУРСОВАЯ РАБОТА
ПО КУРСУ:
«Физико-химические свойства растворов»
Выполнил: студент III – ХТ – 2 Степанов В. Н.
Принял: к. х. н., доцент Саркисова В. С.
Cамара, 2005 г.
Исходные данные:
Tb, К
Tc(эксп)К
Pc(эксп),bar
Vc(эксп), см3/моль
W(эксп)
Zc
yi
2.3-диметилбутан
331.13
499.98
31.27
358
0.247
0.270
0.37
цис-1,2-диметилциклогексан
402.90
606.00
29.3
461,73
0.22
метил-третбутиловый эфир
328.30
497.10
34.3
334
0.1
индан
451.10
684.90
39.5
389
0.31
Задание:
Для четырехкомпонентной смеси заданного состава рассчитать энтальпию, энтропию, теплоемкость в стандартном состоянии при заданной температуре.
Псевдокритические свойства: температуру, давление, объем, ацентрический фактор и коэффициент сжимаемости.
Плотность:
Ненасыщенной газовой и жидкой смеси при температуре, соответствующей приведенной температуре 0,95 в диапазоне приведенных давлений от 0,01 до 1. Построить график зависимости.
Плотность жидкой смеси на линии насыщения в диапазоне температур от 298К до критической с шагом 25К. Построить график зависимости.
Энтальпию, энтропию, теплоемкость смеси при заданной температуре в диапазоне приведенных давлений от 0,01 до 10. Построить график зависимости соответствующего свойства от давления.
Энтальпию испарения в стандартном состоянии при давлении отличном от 1 атм для диапазона температур для диапазона температур от 298К до критической с шагом 25К.
«Кажущуюся» стандартную энтальпию образования смеси в жидком состоянии />.
Вязкость смеси при температуре 730 К и приведенном давлении 10.
Теплопроводность смеси при температуре 730К и приведенном давлении 10.
Решение:
Для расчета т/д характеристик смеси нужно знать параметры компонентов этой смеси.
Для 2,3-диметилбутана при вычислении />используем следующую формулу:
/>
где для диапазона температур />:
/>и т.д.
Значения />, />и />рассчитаны по табличным данным методом Бенсона.
При расчете />используем уже найденные значения />для диапазонов температур:
/>
/>
При расчете />получаем: />.
Для цис-1,2-диметилциклогексана при вычислении />используем следующую формулу:
/>где для диапазона температур />:
/>и т.д.
Значения />, />и />рассчитаны по табличным данным методом Бенсона.
При расчете />цис-1,2-диметилциклогексана используем уже найденные значения />для диапазонов температур:
/>
/>
При расчете />цис-1,2-диметилциклогексана получаем: />.
Для метил-третбутилового эфира при вычислении />используем следующую формулу:
/>где для диапазона температур />:
/>
и т.д.
Значения />, />и />рассчитаны по табличным данным методом Бенсона.
При расчете />используем уже найденные значения />для диапазонов температур:
/>
/>При расчете />получаем: />.
Для индана при вычислении />используем следующую формулу:
/>где для диапазона температур />:
/>
--PAGE_BREAK--и т.д.
Значения />, />и />рассчитаны по табличным данным методом Бенсона.
При расчете />используем уже найденные значения />для диапазонов температур:
/>
/>.
При расчете />получаем: />.
Для смесей в состоянии идеального газа энтальпия, энтропия и теплоемкость рассчитываются аддитивно с учетом переменной состава:
/>;
/>;
/>.
Псевдокритический объем смеси определяется, как функция от состава смеси и критических объемов чистых компонентов смеси: />, при этом получена матрица:
1
2
3
4
1
392.0816
265.4731
102.3749
342.5268
2
265.4731
178.7814
69.4187
231.5124
3
102.3749
69.4187
26.7200
89.4788
4
342.5268
231.5124
89.4788
299.0632
Псевдокритическая температура рассчитывается, как функция от критической температуры, критического объема и состава смеси:
/>
При этом получена следующая матрица:
1
2
3
4
1
196032.9584
146127.9295
51037.78151
200440
2
146127.9295
108341.532
38100.82371
149150.3
3
51037.78151
38100.82371
13282.512
52210.23
4
200440.0092
149150.2849
52210.23284
204828.4
Ацентрический фактор смеси рассчитывается аддитивно: />.
Ацентрические факторы чистых компонентов смеси рассчитываются по уравнению:
/>,
/>/>, где: />, Рс – критическое давление, атм.
Псевдокритическое давление смеси рассчитывается через уравнение: />, где: />– псевдокритический коэффициент сжимаемости, определяемый с помощью таблиц Ли-Кесслера и разложения Питцера.
Плотность ненасыщенной газовой и жидкой смеси определяем по формуле:/>, где:
/>— молекулярная масса смеси, определяемая по правилу аддитивности.
/>— объем смеси, определяемый по уравнению Менделеева-Клапейрона:
/>,
/>— фактор сжимаемости смеси, определяемый с помощью разложения Питцера и таблиц Ли-Кесслера.
Для диапазона приведенных давлений от 0,01 до 1 имеем:
Pr
P, атм
z(0)
z(1)
z
Vm, см3/моль
ρm, г/см3
0.01
0.3316
0.9961
-0.0012
0.9958
135736.7088
0.00075
0.05
1.6578
0.9803
-0.0062
0.9787
26680.6560
0.00382
0.10
3.3156
0.96
-0.0126
0.9567
13040.6132
0.00782
0.20
6.6312
0.9174
-0.0262
0.9105
6205.5229
0.01644
0.40
13.2624
0.8206
-0.0589
0.8051
2743.5055
0.03719
0.60
19.8936
продолжение--PAGE_BREAK----PAGE_BREAK----PAGE_BREAK--
668.02
0.60
19.8936
0.1554
0.0872
670.89
0.80
26.5248
0.2112
0.1114
672.76
1.00
33.1559
0.2688
0.1322
674.09
1.20
39.7871
0.3282
0.1492
675.08
1.50
49.7339
0.4198
0.1682
676.13
2.00
66.3119
0.5772
0.1876
677.17
3.00
99.4678
0.8622
0.2396
678.06
5.00
165.7797
1.1740
0.5794
678.97
7.00
232.0916
1.2792
0.9490
680.08
10.00
331.5594
1.3168
1.3508
681.85
График зависимости />имеет вид:
/>
Расчет теплоемкости ведем по формуле:
/>
Для теплоемкости в диапазоне приведенных давлений от 0,01 до 10 получаем:
Pr
P, атм
C(0)
C(1)
Cp, Дж/(К∙моль)
0.01
0.3316
0.0064
0.0068
297.50
0.05
1.6578
0.0318
0.0348
297.77
0.10
3.3156
0.0648
0.0698
298.12
0.20
6.6312
0.1328
0.1384
298.84
0.40
13.2624
0.2790
0.2726
300.34
0.60
19.8936
0.4402
0.3988
301.96
0.80
26.5248
0.6186
0.5118
303.69
1.00
33.1559
0.8152
0.6074
305.54
1.20
39.7871
1.0304
0.6812
307.49
1.50
49.7339
1.3866
0.7450
310.59
2.00
66.3119
2.0330
0.7616
316.00
3.00
99.4678
3.0174
1.2050
325.16
5.00
165.7797
3.0630
3.5034
330.57
7.00
232.0916
2.5654
4.4436
328.50
10.00
331.5594
2.0500
4.5874
324.53
График зависимости />имеет вид:
/>
Энтальпию испарения смеси в стандартном состоянии и при давлении, отличном от 1атм рассчитываем по уравнению Менделеева-Клапейрона:
/>, где:
при стандартном состоянии />=1, при давлении, отличном от 1атм для определения />используется выражение:
/>;
/>;
/>;
продолжение--PAGE_BREAK--
/>,
/>
давление насыщенных паров определяется по корреляции Ли-Кесслера:
/>, где:
/>,/>. />.
/>,
/>,/>.
Для диапазона температур от 298 до 573К:
Т, К
Тr
f(0)
f(1)
Pvpr
∆Zv
∆vH, Дж/моль
∆vH0, Дж/моль
298
0.5139
-5.0752
-6.2981
0.00119
0.9956
37254.7001
37418.78
323
0.5570
-4.2589
-5.0156
0.00377
0.9890
36071.81517
36471.57
348
0.6001
-3.5658
-3.9893
0.00988
0.9769
34737.17427
35559.11
373
0.6432
-2.9702
-3.1614
0.02229
0.9572
33212.48933
34697.05
398
0.6863
-2.4528
-2.4888
0.04465
0.9284
31478.11583
33906.18
423
0.7295
-1.9985
-1.9385
0.08130
0.8891
29531.02569
33213.72
448
0.7726
-1.5956
-1.4850
0.13709
0.8383
27373.36201
32654.6
473
0.8157
-1.2346
-1.1076
0.21726
0.7744
24991.39522
32273.04
498
0.8588
-0.9077
-0.7895
0.32763
0.6948
22319.37859
32124.32
523
0.9019
-0.6083
-0.5165
0.47499
0.5938
19164.33515
32276.68
548
0.9450
-0.3306
-0.2762
0.66803
0.4566
14981.04654
32813.54
573
0.9881
-0.0696
-0.0577
0.91869
0.2186
7396.108869
33835.83
Зависимость />имеет вид:
/>
/>
«Кажущаяся» стандартная энтальпия образования смеси в жидком состоянии />определяется по уравнению: />, где:
/> — энтальпия парообразования смеси при стандартном давлении и температуре 298К,
/> — энтальпия образования газовой смеси при стандартном давлении и температуре 298К, определена по правилу аддитивности. Энтальпии образования чистых компонентов смеси определены методом Бенсона.
Вязкость смеси при атмосферном давлении рассчитываем методом Голубева:
т.к. />, то:
/>,
где />
При расчете вязкости для высоких давлений используем корреляцию для смесей неполярных газов, т.к. большинство газов в смеси – неполярные:
/>где: />, приведенную плотность смеси определяем по формуле: />, где Vрассчитывается по уравнению Менделеева-Клапейрона: />, а псевдокритический коэф. сжимаемости определяется из разложения Питцера с помощью таблиц Ли-Кесслера: />. Условие применимости для />: />удовлетворяется.
8. Теплопроводность смеси при стандартном давлении рассчитаем с помощью корреляции Мисика-Тодоса:
/>
где: />— теплоемкость смеси в стандартном состоянии при температуре 730К,
/>.
Теплопроводность при высоком давлении и />определяется по формуле: />