化工热力学11化工物性数据估算

《化工热力学》课程教学大纲课程代码：040310课程名称：化工热力学/Chemical Engineering Thermodynamics学时/学分：48/3先修课程：物理化学适用专业：化学工程与工艺本科开课院系：化学化工学院化学工程与工艺系教材：陈钟秀，顾飞燕，胡望明编. 化工热力学. 北京：化学工业出版社．2004主要参考书：1．金克新，赵传钧，马沛生．化工热力学. 天津：天津大学出版社．20032．陈新志，蔡振云，胡望明．化工热力学. 北京：化学工业出版社．20013 ．Smith J M and Van Ness H C. Introduction to ChemicalEngineering ．Thermodynamics. 4th ed. McGraw-Hill. New York．1996一、课程的性质和任务化工热力学是化学工程学科的一个重要分支，也是化学工程与工艺专业必修的专业基础课程。

化工热力学是将热力学原理应用于化学工程技术领域，其主要任务是以热力学第一、第二定律为基础，研究化工过程中各种能量的相互转化及其有效利用，研究各种物理和化学变化过程达到平衡的理论极限、条件和状态。

本课程将热力学的理论应用于化工生产中的真实流体和混合体系，解决化工过程中的热力学问题，培养学生从热力学的基本定律和定义出发，利用有限的资料解决工程问题的能力。

它是化工过程研究、开发与设计的理论基础。

要求通过本课程的学习，要求掌握常用的几种气体状态方程，掌握流体热力学性质的计算方法，熟悉化工过程的热力学分析方法及其在化工节能领域的应用，掌握汽液平衡的计算方法，熟悉化学反应平衡的计算，了解物性数据估算等关键内容。

二、课程的内容和基本要求绪言要求：了解课程性质、任务、要求、学习注意点。

第一章真实流体的PVT关系流体的PVT关系是化工工艺设计计算和研究热力学问题的基础，重点讲解加压下真实气体及其混合物的PVT关系的计算方法。

化工热力学公式范文化工热力学是研究化学反应与热力学的相互关系的一门学科。

热力学是一个描述物质能量转化和传递的科学，它包括理论基础、实验方法和应用。

在化工过程中，热力学公式被广泛应用于计算与预测反应的热力学性质，以及热力学参数对反应均衡和传递的影响。

下面是一些常用的化工热力学公式。

1.焓变公式（ΔH）：ΔH = ΣH(products) - ΣH(reactants)ΔH表示反应的焓变，H代表反应体系的焓（能量），反应前后体系的焓变化量即为反应热，可以判断反应是吸热反应还是放热反应。

2. 阿伦尼乌斯公式（Arrhenius equation）：k = A × exp(-Ea/RT)k表示反应速率常数，A为频率因子，Ea为活化能，R为理想气体常数，T为反应温度。

该公式描述了化学反应速率与温度的关系，温度越高，反应速率越快。

3. 盖因斯-亨德森公式（Gibbs-Helmholtz equation）：ΔG=ΔH-TΔSΔG为自由能变化，ΔH为焓变，T为绝对温度，ΔS为熵变。

该公式描述了自由能与焓、熵之间的关系，通过计算ΔG值可以判断反应是否可逆、自发发生。

4. 凯库勒公式（Clausius-Clapeyron equation）：ln(P2/P1) = ΔHvap/R × (1/T1 - 1/T2)P1、P2为两个不同温度下的饱和蒸汽压，ΔHvap为蒸发热，R为理想气体常数，T1、T2为对应温度。

该公式描述了物质的蒸汽压与温度之间的关系，可以用于计算物质的汽化热。

5.放热反应的焓变公式：q=m×C×ΔTq为反应所释放的热量（焓变），m为物质的质量，C为物质的比热容，ΔT为温度变化。

该公式用于计算放热反应的热量释放。

6.反应平衡常数的计算：Kc=[C]^c×[D]^d/[A]^a×[B]^bKc表示反应平衡常数，[C]^c、[D]^d分别代表反应产物C、D的浓度或压力的指数，[A]^a、[B]^b分别代表反应物A、B的浓度或压力的指数。

化工热力学（第三版）课后答案完整版_朱自强第二章流体的压力、体积、浓度关系：状态方程式2-1 试分别用下述方法求出400℃、4.053MPa 下甲烷气体的摩尔体积。

（1）理想气体方程；（2）RK 方程；（3）PR 方程；（4）维里截断式（2-7）。

其中B 用Pitzer 的普遍化关联法计算。

[解] （1）根据理想气体状态方程，可求出甲烷气体在理想情况下的摩尔体积idV 为33168.314(400273.15)1.381104.05310id RT V m mol p --?+=== （2）用RK 方程求摩尔体积将RK 方程稍加变形，可写为0.5()()RT a V b V b p T pV V b -=+-+ （E1）其中2 2.50.427480.08664c c c cR T a p RT b p ==从附表1查得甲烷的临界温度和压力分别为c T =190.6K, c p =4.60MPa ，将它们代入a, b 表达式得2 2.56-20.560.427488.314190.6 3.2217m Pa mol K 4.6010a ??== 53160.086648.314190.6 2.9846104.6010b m mol --??== 以理想气体状态方程求得的idV 为初值，代入式（E1）中迭代求解，第一次迭代得到1V 值为5168.314673.152.9846104.05310V -?=+?? 350.563353.2217(1.38110 2.984610)673.15 4.05310 1.38110(1.38110 2.984610)-----??-?-+? 3553311.381102.984610 2.1246101.389610m mol -----=?+?-?=?? 第二次迭代得2V 为353520.563353553313.2217(1.389610 2.984610)1.381102.984610673.154.05310 1.389610(1.389610 2.984610)1.381102.984610 2.1120101.389710V m mol ------------??-?=?+?-+?=?+?-?=??1V 和2V 已经相差很小，可终止迭代。

化工设计常用公式与数据化工设计是指利用化学、物理和工程原理，开发和设计能够从原材料中生产出所需产品的过程。

在化工设计过程中，需要使用一些常用的公式和数据来进行计算和设计。

下面是一些化工设计常用的公式和数据。

1.反应速率公式：化工设计中经常需要计算反应速率，可以根据不同反应的类型和机制采用不同的反应速率公式。

例如，在二级反应中，反应速率公式可以表示为r=kC_A^2，其中r是反应速率，k是反应速率常数，C_A是反应物A的浓度。

2.物质平衡公式：物质平衡是化工设计中一个重要的考虑因素。

根据质量守恒定律和物质守恒定律，可以得到物质平衡公式。

例如，在一个闭合系统中，物质平衡可以表示为Σ(m_i*x_i)=0，其中m_i是物质i的质量，x_i是物质i的摩尔分数。

3.能量平衡公式：能量平衡是化工设计中考虑的另一个重要因素。

根据能量守恒定律，可以得到能量平衡公式。

例如，在一个恒温系统中，能量平衡可以表示为Q=ΔU+W，其中Q是系统吸收的热量，ΔU是系统内部能量的变化，W是系统对外做的功。

4.蒸馏塔设计公式：蒸馏是化工过程中常用的分离技术之一、在蒸馏塔的设计中，需要使用一些公式来计算塔的高度和塔板的数目。

例如，麦克百尔公式可以用于计算理论塔板数目N，该公式为N=H/Δh+1，其中H 是有效塔高，Δh是每个塔板的高度。

5.流体力学公式：在液体和气体的流动过程中，需要使用一些流体力学公式来进行计算和设计。

例如，伯努利方程可以用于计算流体在不同位置的速度和压力。

另外，雷诺数可以用于判断流体流动的状态是层流还是湍流，可以表示为Re=ρVD/μ，其中ρ是流体密度，V是流体速度，D 是流体流动的特征长度，μ是流体的动力粘度。

6.化学能值数据：在化工设计中，需要使用一些化学能值数据来进行计算。

例如，反应热可以用于计算反应的放热或吸热程度，化学键能可以用于计算特定化学键的能量。

这些数据可以通过化学数据库或相关文献获得。

7.物性数据：化工设计中，需要使用一些物质的物性数据。

实用文案1 纯组分物性常数的估算1.1、乙基2-乙氧基乙醇物性的输入由于Aspen Plus 软件自带的物性数据库中很难查乙基2-乙氧基乙醇的物性参数, 使模拟分离、确定工艺条件的过程中遇到困难, 所以采用物性估算的功能对乙基2-乙氧基乙醇计算。

已知:最简式：(C6H14O3)分子式：(CH3-CH2-O-CH2-CH2-O-CH2-CH2-OH)沸点：195℃1.2、具体模拟计算过程乙基2-乙氧基乙醇为非库组分，其临界温度、临界压力、临界体积和临界压缩因子及理想状态的标准吉布斯自由能、标准吉生成热、蒸汽压、偏心因子等一些参数都很难查询到，根据的已知标准沸点TB，可以使用aspen plus软件的Estimation Input Pure Component(估计输入纯组分) 对纯组分物性的这些参数进行估计。

为估计纯组分物性参数，则需1. 在Data (数据)菜单中选择Properties(性质)2. 在Data Browser Menu(数据浏览菜单)左屏选择Estimation(估计)然后选Input(输入)3. 在Setup(设置)表中选择Estimation(估计)选项，Identifying Parameters to be Estimated(识别估计参数)4. 单击Pure Component(纯组分)页5. 在Pure Component 页中选择要用Parameter(参数)列表框估计的参数6. 在Component(组分)列表框中选择要估计所选物性的组分如果要为多组分估计选择物性可单独选择附加组分或选择All(所有)估计所有组分的物性7. 在每个组分的Method(方法)列表框中选择要使用的估计方法可以规定一个以上的方法。

具体操作过程如下：1、打开一个新的运行，点击Date/Setup2、在Setup/Specifications-Global页上改变Run Type位property Estimation3、在Components-specifications Selection页上输入乙基2-乙氧基乙醇组分，将其Component ID为DIMER4、在Properties/Molecular Structure -Object Manager上，选择DIMER，然后点Edit5、在Gageneral页上输入乙基2-乙氧基乙醇的分子结构6、转到Properties/Parameters/Pure Component Object Manager上，点击“NEW”然后创建一个标量（Scalar）参数TB7、输入DIMER的标准沸点（TB）195℃8、然后转到Properties/Estimation/Set up页上，选择Estimation all missing Parameters9、运行该估算，并检查其结果。

常用数据手册D. R. Lide，“CRC Handbook of Chemistry and Physics”，77th ed.，ChemicalRubber Co，该手册是美国化学橡胶公司（Chemical Rubber Co，简称CRC）出版的一部著名化学和物理学科的工具书。

它初版于1913年，以后逐年改版，内容不断完善更新。

该手册资料丰富，查阅方便，为人们提供了可靠的常用基础数据。

全书由目录、正文、附录和索引组成，正文分16个部分。

其中：第3部分是有机化合物的物理常数。

主要内容是有机化合物的物理常数表，收录了1.5万多种有机化合物的物理常数。

第4部分是元素和无机化合物的性质。

主要内容为元素和各种化合物的物理和化学性质、无机化合物的物理常数表。

第5部分是热力学、电化学和动力学。

主要内容有化学物质的标准热力学性质、某些有机化合物的燃烧焓、无机化合物的融化焓、电解质水溶液的当量导电率、电解质的溶解焓等。

第6部分是流体的性质，汇集了流体的各种物理和化学数据。

主要内容有流体的热物理性质、蒸气压、气体在水中的溶解度、某些化合物的临界常数、沸点、熔点、无机物和有机物的气化焓、共沸混合物、流体的粘度等。

第7部分是生物化学和营养。

第8部分是分析化学，包括试剂的制备、酸碱盐的标准溶液、有机分析试剂、酸碱指示剂、荧光指示剂、电化次序、酸碱在水溶液中的解离常数，溶解度表等。

J. A. Dean; “L ange’s Handbook of chemistry”，14th ed，McGraw-Hill New York，1992这是一本著名的化学数据手册，1934年发行第一版。

正文以表格形式为主，共分为11个部分。

其中有(9)热力学性质和(10)物理性质。

每一部分的前面有目次表，书末有主题索引。

该手册的第13版有中译本，名为《兰氏化学手册》，由尚久方等翻译，1991年3月科学出版社出版。

R. C. Reid et.al.，“The properties of Gases and Liquids，” Fourth ed.，McGraw-Hill，New York，1987该书共分11个部分：(1)物理性质的估算；(2)纯组分常数，包括临界性质、偏心因子、沸点、熔点及偶极矩；(3)纯气体的PVT关系；(4)混和物的容积性质；(5)热力学性质；(6)理想气体热力学性质；(7)纯液体的蒸气压和蒸发焓；(8)多组元系统的流体相平衡；(9)粘度；(10)导热系数；(11)表面张力。