Реферат: Термодинамический расчет заданной смеси

Федеральноеагентство по образованию

Государственноеобразовательное учреждение высшего профессионального образования

Самарскийгосударственный технический университет

Кафедра:«Технология органического и нефтехимического синтеза»

КУРСОВАЯРАБОТА

ПО КУРСУ:

«Физико-химическиесвойства растворов»

Выполнил: студент III – ХТ – 2 Степанов В. Н.

Принял: к. х. н., доцент Саркисова В. С.

Cамара, 2005 г.

Исходныеданные:

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:

1.        Длячетырехкомпонентной смеси заданного состава рассчитать энтальпию, энтропию,теплоемкость в стандартном состоянии при заданной температуре.

2.        Псевдокритическиесвойства: температуру, давление, объем, ацентрический фактор и коэффициентсжимаемости.

3.        Плотность:

3.1.    Ненасыщеннойгазовой и жидкой смеси при температуре, соответствующей приведенной температуре0,95 в диапазоне приведенных давлений от 0,01 до 1. Построить графикзависимости.

3.2.    Плотность жидкойсмеси на линии насыщения в диапазоне температур от 298К до критической с шагом25К. Построить график зависимости.

4.        Энтальпию,энтропию, теплоемкость смеси при заданной температуре в диапазоне приведенныхдавлений от 0,01 до 10. Построить график зависимости соответствующего свойстваот давления.

5.        Энтальпиюиспарения в стандартном состоянии при давлении отличном от 1 атм для диапазонатемператур для диапазона температур от 298К до критической с шагом 25К.

6.        «Кажущуюся»стандартную энтальпию образования смеси в жидком состоянии />.

7.        Вязкость смеси притемпературе 730 К и приведенном давлении 10.

8.        Теплопроводностьсмеси при температуре 730К и приведенном давлении 10.

Решение:

 

1.        Для расчета т/дхарактеристик смеси нужно знать параметры компонентов этой смеси.

Для 2,3-диметилбутана привычислении /> используемследующую формулу:

/>

где для диапазонатемператур />:

/> и т.д.

Значения />, /> и /> рассчитаны по табличным данным методом Бенсона.

При расчете /> используем уженайденные значения /> для диапазонов температур:

/>

/>

При расчете /> получаем: />.

Дляцис-1,2-диметилциклогексана при вычислении /> используем следующую формулу:

/>где для диапазонатемператур />:

/> и т.д.

Значения />, /> и /> рассчитаны по табличным данным методом Бенсона.

При расчете /> цис-1,2-диметилциклогексанаиспользуем уже найденные значения /> для диапазонов температур:

/>

/>

При расчете /> цис-1,2-диметилциклогексанаполучаем: />.

Для метил-третбутиловогоэфира при вычислении /> используем следующую формулу:

/>где для диапазонатемператур />:

/> 

и т.д.

Значения />, /> и /> рассчитаны по табличным данным методом Бенсона.

При расчете /> используем уженайденные значения /> для диапазонов температур:

/>

/>При расчете /> получаем: />.

Для индана при вычислении/> используемследующую формулу:

/>где для диапазонатемператур />:

/> 

и т.д.

Значения />, /> и /> рассчитаны по табличным данным методом Бенсона.

При расчете /> используем уженайденные значения /> для диапазонов температур:

/>

/>.

При расчете /> получаем: />.

Для смесей в состоянииидеального газа энтальпия, энтропия и теплоемкость рассчитываются аддитивно сучетом переменной состава:

/>;

/>;

/>.

2.        Псевдокритическийобъем смеси определяется, как функция от состава смеси и критических объемов чистыхкомпонентов 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

Псевдокритическаятемпература рассчитывается, как функция от критической температуры,критического объема и состава смеси:

/>

При этом полученаследующая 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 факторсмеси рассчитывается аддитивно: />.

Ацентрические факторычистых компонентов смеси рассчитываются по уравнению:

/>,

/>/>, где: />, Рс – критическоедавление, атм.

Псевдокритическоедавление смеси рассчитывается через уравнение: />, где: /> – псевдокритический коэффициент сжимаемости,определяемый с помощью таблиц Ли-Кесслера и разложения Питцера.

3.        

3.1.    Плотностьненасыщенной газовой и жидкой смеси определяем по формуле:/>, где:

/> — молекулярная масса смеси, определяемая по правилуаддитивности.

/> - объем смеси, определяемый по уравнениюМенделеева-Клапейрона:

/>,

/> - фактор сжимаемости смеси, определяемый с помощьюразложения Питцера и таблиц Ли-Кесслера.

Для диапазона приведенныхдавлений 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 0.6967 -0.1110 0.6674 1516.3113 0.06728 0.80 26.5248 0.141 -0.0540 0.1268 215.9884 0.47236 1.00 33.1559 0.1705 -0.0607 0.1545 210.5945 0.48446 1.20 39.7871 0.1998 -0.0678 0.1819 206.6516 0.49370 1.50 49.7339 0.2432 -0.0788 0.2224 202.1250 0.50476 2.00 66.3119 0.3138 -0.0967 0.2883 196.4949 0.51922 3.00 99.4678 0.4501 -0.1310 0.4156 188.8181 0.54033 5.00 165.7797 0.7092 -0.1943 0.6580 179.3773 0.56877 7.00 232.0916 0.9561 -0.2526 0.8895 173.2122 0.58902 10.00 331.5594 1.3108 -0.3339 1.2228 166.6762 0.61211

Зависимость /> имеет вид:

/>

3.2.    Плотность жидкойсмеси на линии насыщения определяется по формуле: />, где:

/> определяется по уравнению Ганна иЯмады: />,где:

/>,

/> и Г – функции приведеннойтемпературы.

Для диапазона температур />:

/>;

/>Для диапазона />:

/>;

/>

Для диапазона />:

/>; />.

Для диапазона температурот 298К до 573К имеем:

Т, К

Тr

Г

Vr0

Vs c

Vm

ρm, г/см3

298 0.5139 0.2368 0.3656 382.393653 131.0658 0.7784 323 0.5570 0.2307 0.3755 134.8551 0.7565 348 0.6001 0.2244 0.3862 138.9467 0.7343 373 0.6432 0.2179 0.3980 143.4386 0.7113 398 0.6863 0.2112 0.4111 148.4628 0.6872 423 0.7295 0.2043 0.4262 154.1862 0.6617 448 0.7726 0.1973 0.4436 160.8103 0.6344 473 0.8157 0.1901 0.4652 168.9805 0.6038 498 0.8588 0.1827 0.4946 180.0206 0.5667 523 0.9019 0.1751 0.5307 193.5710 0.5271 548 0.9450 0.1674 0.5852 213.9129 0.4769 573 0.9881 0.1594 0.7210 264.1337 0.3863

Зависимость /> имеет вид:

/>

4.        Энтальпию,энтропию, теплоемкость смеси при заданной температуре 730К в диапазонеприведенных давлений от 0,01 до 10 определяем с помощью таблиц Ли-Кесслера иразложения Питцера:

/>,

/>,

/>.

/>

Для энтропии в диапазонеприведенных давлений от 0,01 до 10 получаем:

Pr

P, атм

Н(0)

Н(1)

Н, Дж/моль 0.01 0.3316 0.005 0.0014 -150668.93 0.05 1.6578 0.0252 0.0062 -150772.42 0.10 3.3156 0.0508 0.0118 -150902.96 0.20 6.6312 0.1022 0.0236 -151165.77 0.40 13.2624 0.2072 0.0432 -151696.91 0.60 19.8936 0.3146 0.0584 -152234.03 0.80 26.5248 0.4252 0.0688 -152780.47 1.00 33.1559 0.5382 0.0738 -153331.62 1.20 39.7871 0.653 0.0736 -153884.84 1.50 49.7339 0.8304 0.0624 -154725.88 2.00 66.3119 1.1288 0.0232 -156114.70 3.00 99.4678 1.6722 -0.0292 -158667.92 5.00 165.7797 2.2994 0.2868 -162093.48 7.00 232.0916 2.5242 0.7384 -163751.36 10.00 331.5594 2.5684 1.2668 -164636.17

График зависимости /> имеет вид:

/>

Для энтропии расчет ведемпо формуле:

/>

Для энтропий в диапазонеприведенных давлений от 0,01 до 10 получаем:

Pr

P, атм

S(0)

S(1)

S, Дж/(Кмоль) 0.01 0.3316 0.0024 0.0014 638.31 0.05 1.6578 0.0122 0.0082 651.59 0.10 3.3156 0.0246 0.0160 657.23 0.20 6.6312 0.0500 0.0310 662.75 0.40 13.2624 0.1020 0.0606 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 ведемпо формуле:

/>

Для теплоемкости вдиапазоне 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:

/>

5.        Энтальпиюиспарения смеси в стандартном состоянии и при давлении, отличном от 1атм рассчитываем по уравнению Менделеева-Клапейрона:

/>, где:

при стандартном состоянии/>=1, придавлении, отличном от 1атмдля определения /> используется выражение:

 />;

 />;

/>;

/>,

/>

давление насыщенных паровопределяется по корреляции Ли-Кесслера:

/>, где:

/>,/>. />.

/>,

/>,/>.

Для диапазона температурот 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:

/>

/>

6.        «Кажущаяся»стандартная энтальпия образования смеси в жидком состоянии /> определяется по уравнению:/>, где:

/> - энтальпия парообразования смеси при стандартномдавлении и температуре 298К,

/> - энтальпия образования газовой смеси при стандартномдавлении и температуре 298К, определена по правилу аддитивности. Энтальпииобразования чистых компонентов смеси определены методом Бенсона.

7.        Вязкость смесипри атмосферном давлении рассчитываем методом Голубева:

т.к. />, то:

 />,

где />

При расчете вязкости длявысоких давлений используем корреляцию для смесей неполярных газов, т.к.большинство газов в смеси – неполярные:

/>где: />, приведенную плотность смесиопределяем по формуле: />, где V рассчитывается по уравнению Менделеева-Клапейрона: />, а псевдокритическийкоэф. сжимаемости определяется из разложения Питцера с помощью таблицЛи-Кесслера: />. Условие применимости для />: /> удовлетворяется.

8. Теплопроводность смесипри стандартном давлении рассчитаем с помощью корреляции Мисика-Тодоса:

/>

где: /> - теплоемкость смеси в стандартном состоянии притемпературе 730К,

/>.

Теплопроводность привысоком давлении и /> определяется по формуле: />