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化工热力学第二章习题解答

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4
变量求解得 T =261.25 K, 即温度不超过 -11.9 C
0
。
3）P = 100 atm = 1.013 10 7 Pa 解法 1:由 RK 方程
T = 40℃
1.013 107
8.314 313.15 3.2217 5 0.5 V 2.985 10 313.15 V (V 2.985 10 5 )
B 0 0.083 0.422 /( 1.5652 )1.6 0.123 B 0.139 0.172 /( 1.5652 )4.2 0.113 BPc B 0 B 0.123 0.098 0.113 0.1119 RTc
B 0.1119 8.314 305.4 5.817 10 5 m 3 / mol 4.884 10 6 PV BP z 1 RT RT
1
2-14. 容积 1m3 的贮气罐，其安全工作压力为 100 atm，内装甲烷 100 kg，问： 1）当夏天来临，如果当地最高温度为 40℃时，贮气罐是否会爆炸？（本题用 RK 方程计算） 2）上问中若有危险，则罐内最高温度不得超过多少度？ 3）为了保障安全，夏天适宜装料量为多少 kg？ 4）如果希望甲烷以液体形式储存运输，问其压缩、运输的温度必须低于多少度？ 解：1）甲烷的临界参数为 ： Tc = 190.6 K , Pc = 4.6 MPa
第二章部分习题解答
2-13. 某反应器容积为 1.213 m ，内装有温度为 227 C 的乙醇 45.40 kg 。现请你试用以下三种方法求取 该反应器的压力，并与实验值（ 2.75 MPa ）比较误差。 （1）用理想气体方程； ； （2）用 RK 方程； （3） 用普遍化状态方程。 解： （1）用理想气体方程
=54.597×105-7.1341×105 =4.746Mpa 答：由于钢瓶的实际压力大于其安全工作压力，因此会发生爆炸。
5
2-17. 作为汽车发动机的燃料，如果 15 ℃、0.1013 MPa 的甲烷气体 40 m3 与 3.7854 升汽油相当，那么要 多大容积的容器来承载 20 MPa、15 ℃的甲烷才能与 37.854 升的汽油相当？ 解:查表得：甲烷 Tc=190.6K , Pc=4.60MPa 利用 RK 方程计算：
∴使用普遍化第二维里系数法。
B 0 0.083 0.422 / 0.951.6 0.375 B 0.139 0.172 / 0.95 4.2 0.074 BPC B 0 B 0.375 0.098 ( 0.074 ) 0.3823 RTC z 1 BPC Pr 0.51 1 0.3823 0.795 RTC Tr 0.95
查图 2-12~2-13： Z 0 0.82 ，
Z 1 0.055
Z Z 0 Z 1 0.82 0.645 0.055 0.7845
P ZRT 0.7845 8.314 10 3 500.15 10 6 2.65MPa V 1.229
误差： 3.64%
T = 40 ℃
又
p
=
RT a 0.5 V b T V (V b)
8.314 313.15 3.2217 4 5 0.5 4 1.6 10 2.985 10 313.15 1.6 10 (1.6 10 4 2.985 10 5 )
b 0.08664 RTC / PC 0.08664 8.314 305 .4 / 4.884 10 6 4.5 10 5 m 3 / mol
RT a V b T 0.5V ( V b ) 8.314 478 9.86 7.729 10 4 4.5 10 5 478 0.5 7.729 10 4 ( 7.729 10 4 4.5 10 5 ) p
直接迭代得:V = 2.259 10 4 m 3 /mol
2
解法 2:
Bb
RT
2.985 10
5
[8.314 ( 273.15 40)]
1.147 10 8
Bp 1.147 10 8 100 1.013 10 5 0.1162 h z z z z 1 2.343 h 1 h 1 h
= 1.401 107 Pa = 138.3 atm > p 安 = 100 atm 故 储气罐会发生爆炸。 2） P = 100 atm = 1.013 10 7 pa 由 RK 方程
1.013 10 7
8.314T 3.2217 0.5 用 Excell 单 5 4 1.6 10 2.985 10 T 1.6 10 （1.6 10 4 2.985 10 5）
R 2Tc a = 0.42748 pc
b = 0.08664
2.5
=0.42748
8.314 2 190.6 2.5 = 3.2217 4.6 10 6
RTc 8.314 190.6 5 = 0.08664 =2.985 10 6 pc 4.6 10
V=
1 4 =1.6 10 m 3 /mol 3 100 10 16
n总 n液总 n汽总
V液总 Vl

V气总 Vg

33.95 103 1.05 103 1.283 104 8.842 103
264.6mol 0.11875mol 264.7185mol
显然装载的 12kg 丙烷已超出液化气罐允许量，此时液化气罐是不安全的。 (2)只有将丙烷量减至 264.7185 44.1 11.674kg 以下，才能安全。 (3)用 SRK 方程（免费软件： /~pjb10/thermo/pure.html）计算得： 此时液化气 罐的操作压力为 3.026bar，因此，液化气罐的设计压力为 6.052 bar。
W 12000 272.1mol M 44.1
按照安全要求，液化气充装量最多为液化气罐的 97%，则
V液总 97%V总 0.97 35 103 33.95 103 m3 V气总 3%V总 0.03 35 103 1.05 103 m3
液化气罐允许的总丙烷摩尔数为：
m=n·M=4.427×103×16×10-3=70.8kg 夏天适宜装料量为 70.8kg 解法 3:用 Excell 单变量求解得 V = 2.259 10 4 m 3 /mol 则适宜装料量 m =
1 16 = V
70827.8 g = 70.83 kg
4） 要使甲烷以液体形式储存运输，则 T < Tc ，即温度须低于 190.6K , 即–82.55 0 C 。
则 P RT
V B
8.314 478 4.78 MPa 7.732 10 4 5.817 10 5
解法 2：R-K 方程
a 0.42748 R 2TC
2.5 2 2.5 / PC 0.42748 8.314 305.4
4.884 10 6
9.86( Pa m 6 K 0.5 ) / mol 2
8.314 288.15 3.222 5 1/2 V 2.985 10 288.15 V (V 2.985 105 )
101300
利用 Excel“单变量求解”工具或者直接迭代法 得 V=0.0236 m 3 mol 1
40 mol 1694.9mol 0.0236
4
2-16. 乙烷是重要的化工原料，也可以作为冷冻剂。现装满 290 K、2.48 MPa 乙烷蒸气的钢瓶，不小心接 近火源被加热至 478 K，而钢瓶的安全工作压力为 4.5 MPa，问钢瓶是否会发生爆炸？ （用 RK 方程计算） 解：由附录查得乙烷的临界参数。 TC=305.4K，PC=4.884MPa，VC=1.48×10-4 m3/mol; ω=0.098， 1）T=290K，P=2.48Mpa ∵Tr=T/Tc=0.95 Pr=P/Pc=0.51
3
2-15. 液化气的充装量、操作压力和温度是液化气罐安全操作的重要依据。我国规定液化气罐在最高使用 温度 60℃下必须留有不少于 3％的气相空间，即充装量最多为 97%才能安全。 假设液化气以丙烷为代表物，液化气罐的体积为 35 L，装有 12kg 丙烷。已知 60℃时丙烷的饱和气体摩 尔体积 Vg= 0.008842 m3 mol1 , 饱和液体摩尔体积 Vl= 0.0001283 m3 mol1 。 问在此条件下，液化气 罐是否安全？若不安全，应采取什么具体的措施？若要求操作压力不超过液化气罐设计压力的一半，请问 液化气罐的设计压力为多少？ （用 SRK 方程计算） 解：(1) 12kg 丙烷的摩尔总数： n总
3 0
P
nRT 0.987 8.314 10 3 500.15 10 6 3.38MPa V 1.213
误差： 22.9% （2）用 R-K 方程 乙醇： TC 516.2 K ，
PC 6.38MPa
0.42748 R 2TC a PC
2.5

0.42748 8.314 2 10 6 516.2 2.5 2.8039 10 7 6.38 10 6
用迭代法求解如下 迭代次数 0 1 2 3 z=0.8788 又 pV=nZRT z 1 0.8876 0.8794 0.8788 h 0.1162 0.1309 0.1321 0.1321
pV 100 1.013 10 5 1 n 4.427 10 3 mol RTZ 8.314 313.15 0.8788
b
V
0.08664 RTC 0.08664 8.314 10 3 516.2 0.0583 PC 6.38 10 6

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化工热力学答案

化工热力学答案

第二章 均相反应动力学习题1. 【动力学方程形式】有一气相反应，经实验测定在400℃下的速率方程式为:23.66A A dP P dt= 若转化为2(/.)A kC A r mol hl =形式，求相应的速率常数值及其单位。

2. [恒温恒容变压定级数]在恒容等温下，用等摩尔H 2和NO 进行实验，测得如下数据： 总压（MPa ）0.0272 0.0326 0.038 0.0435 0.0543 半衰期（s ） 256 186 135 104 67 求此反应级数3.[二级反应恒容定时间]4.醋酸和乙醇的反应为二级反应，在间歇反应反应器中，5min 转化率可达50%，问转化率为75%时需增加多少时间？4、【二级恒容非等摩尔加料】溴代异丁烷与乙醇钠在乙醇溶液中发生如下反应： i-C 4H 9Br+C 2H 5Na →Na Br+i-C 4H 9 OC 2H 5(A)(B) (C) (D)溴代异丁烷的初始浓度为C A0=0.050mol/l 乙醇钠的初始浓度为C B0=0.0762mol/l,在368.15K 测得不同时间的乙醇钠的浓度为：t(min) 0 5 10 20 30 50 C B (mol/l) 0.0762 0.0703 0.0655 0.0580 0.0532 0.0451已知反应为二级，试求：（1）反应速率常数；（2）反应一小时后溶液中溴代异丁烷的浓度；（3）溴代异丁烷消耗一半所用的时间。

5. [恒温恒容变压定级数]二甲醚的气相分解反应CH 3OCH 3 → CH 4 +H 2 +CO 在恒温恒容下进行，在504℃获得如下数据：t （s ） 0 390 777 1195 3155 ∞Pt ×103（Pa ） 41.6 54.4 65.1 74.9 103.9 124.1试确定反应速率常数和反应级数6.[恒温恒压变容定常数]气体反应2A→B，经测定该反应为一级，压力保持不变，组分A为80%，惰性物为20%，三分钟后体积减小了20%，求反应速率常数。

化工热力学课后答案完整版

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.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V id为V id RT8.314(400273.15) 1.381 103m3mol 1p 4.053106（2）用 RK 方程求摩尔体积将RK 方程稍加变形，可写为V RT a(V b)b（E1）p T 0.5 pV (V b)其中0.42748R2T c2.5ap c0.08664 RT cbp c从附表 1 查得甲烷的临界温度和压力分别为T c=190.6K,p c=4.60MPa，将它们代入a, b 表达式得a0.42748 8.3142 190.62.5 3.2217m 6 Pa mol -2 K 0.54.60106b0.086648.314190.6 2.9846 10 5 m3 mol 14.60106以理想气体状态方程求得的V id为初值，代入式（ E1）中迭代求解，第一次迭代得到V1值为V18.314673.15 2.984610 54.053106.3.2217 (1.381 100.56673.15 4.053 10 1.381 103 2.9846 10 5 )3(1.381 10 3 2.984610 5 )1.38110 32.984610 5 2.124610 51.3896331 10m mol第二次迭代得 V2为V2 1.381103 2.98461053.2217(1.389610 3 2.984610 5)673.15 0.5 4.05310 61.389610 3(1.389610 3 2.984610 5)1.38110 32.984610 5 2.112010 51.389710 3 m3 mol1V1和 V2已经相差很小，可终止迭代。

化工热力学(下册)第二版-夏清-第2章-吸收答案

化工热力学(下册)第二版-夏清-第2章-吸收答案

第二章 吸收1. 从手册中查得101.33 KPa 、25 ℃时，若100 g 水中含氨1 g ，则此溶液上方的氨气平衡分压为0.987 KPa 。

已知在此组成范围内溶液服从亨利定律，试求溶解度系数H (kmol/ (m 3·kPa))及相平衡常数m 。

解：（1） 求H 由33NH NH C P H *=.求算.已知：30.987NH a P kP *=.相应的溶液浓度3NH C 可用如下方法算出：以100g 水为基准，因为溶液很稀.故可近似认为其密度与水相同.并取其值为31000/kg m .则：333331/170.582/100110000.582/0.590/()0.987NH NH NH a C kmol m H C P kmol m kP *==+∴===⋅ (2). 求m .由333333330.9870.00974101.331/170.01051/17100/180.00974/0.9280.0105NH NH NH NH NH NH NH NH y m x P y P x m y x ****======+=== 2. 101.33 kpa 、10 ℃时，氧气在水中的溶解度可用p O2=3.31×106x 表示。

式中：P O2为氧在气相中的分压，kPa 、x 为氧在液相中的摩尔分数。

试求在此温度及压强下与空气充分接触后的水中，每立方米溶有多少克氧。

解： 氧在空气中的摩尔分数为0.21.故： 222266101.330.2121.2821.28 6.43103.31106 3.3110O O aO O P Py kP P x -==⨯====⨯⨯⨯ 因2O x 值甚小，故可以认为X x ≈即：2266.4310O O X x -≈=⨯ 所以：溶解度6522232()6.431032 1.1410()/()11.4118()g O kg O kg H O m H O --⎡⎤⨯⨯==⨯=⎢⎥⨯⎣⎦3. 某混合气体中含有2%(体积)CO 2，其余为空气。

化工热力学第2章流体的PVT关系

化工热力学第2章流体的PVT关系

时，这种流体就处于对比状态。
例如：H2 和N2这两种流体
对于H2
状态点记为1，P1 V1 T1
Tr1 =T1/TcH2
Pr1=P1/PcH2
对于N2
状态点记为2，P2 V2 T2
Tr2 =T2/TcN2
Pr2=P2/PcN2
当Tr1=Tr2 ，Pr1=Pr2 时，此时就称这两种流体处
一.P-T图
P
Pc
3液
相
固
相
2
1
密 流 区 C
气相
Tc T
1-2线 汽固平衡线（升华线）
2-c线 汽液平衡线（汽化线） 2-3线 液固平衡线（熔化线） C点临界点，2点三相点 P<Pc,T<Tc的区域，属汽体 P<Pc,T>Tc的区域，属气体 P＝Pc,T＝Tc的区域，两相 性质相同
P>Pc,T>Tc的区域，密流区
压缩因 子，方 程的计 算值和 实测值 的符合 程度是 判断方 程的优 劣标志 之一。
2. R-K Equation (1949年，Redlich and Kwong)
(1) R-K Eq的一般形式：
P
RT V-b
-
a T0.5V(V
b)
(2-11)
① R-K Equation中常数值不同于范德华方程中的a、b值， 不能将二者混淆。 在范德华方程中，修正项为a/V2，没有考虑温度的影响 在R-K方程中，修正项为，考虑了温度的影响。 ② R-K Equation中常数a、b值是物性常数，具有单位。
为表征物质分子的偏心度，既非球型分子偏离球对称的 程度，简单流体为0
R-K Eq经过修改后，应用范围扩宽。 SRK Eq：可用于两相PVT性质的计算，对烃类计算，其 精确度很高。