流体混合物的热力学性质.docx
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1、第4章流体混合物的热力学性质、是否题在一定温度和压力下的理想溶液的组分逸度与其摩尔分数成正比。(对。即f = /(r, P)=常数)i i i i1. 理想气体混合物就是一种理想溶液。(对)对于理想溶液,所有的混合过程性质变化均为零。(错。V, H, U, Cp, CV的混合过程性质变化等于零,对S, G, A则不等于零)对于理想溶液所有的超额性质均为零。(对。因Me=M M大)理想溶液中所有组分的活度系数为零。(错。理想溶液的活度系数为1)体系混合过程的性质变化与该体系相应的超额性质是相同的。(错。V, H, U, Cp, q的混合过程性质变化与该体系相应的超额性质是相同的,对S, G, A
2、则不相 同)对于理想溶液的某一容量性质则M =苗。(错,对于V, H, U, Cp, J 有心=AT ,对于S, G, A则 M 。M )ii2. 理想气体有户P,而理想溶液有。=(p oi i人 / is f X f(对 o 因。is = i = i i = i = (p )PXPXPii i3. 温度和压力相同的两种理想气体混合后,则温度和压力不变,总体积为原来两气体体积之和,总 热力学能为原两气体热力学能之和,总嫡为原来两气体炳之和。(错。总炳不等于原来两气体的炳之和)温度和压力相同的两种纯物质混合成理想溶液,则混合过程的温度、压力、培、热力学能、吉氏 函数的值不变。(错。吉氏函数的值要
3、发生变化)因为GE (或活度系数)模型是温度和组成的函数,故理论上Y与压力无关。i(错。理论上是7, P,组成的函数。只有对低压下的液体,才近似为科口组成的函数)4. 在常温、常压下,将10cm3的液体水与20cm3的液体甲醇混合后,其总体积为30cm3o(错。混合过程的体积变化不等于零)5. 纯流体的汽液平衡准则为(对)6. 混合物体系达到汽液平衡时,总是有fv=fij. = fijv=fioi ii i(错。两相中组分的逸度、总体逸度均不一定相等)28/17= -811.4(cn?3/n?o/)据式(3-52)知In。= P (2工 y B B )i RT j uj式中 则甲醇的分逸度系数
4、矿为11曲=(2.B +2yB B)101.33x103101.33x1031 RT I 111 12 m2 x 0.582(-981)+ 2x 0.582(-784) - (-811.4)x 10-6=-0.0427故(I)i水的分逸度系数萨为2In。= P Q y B +2j/B B )2 RT 2 122 22 m101.33x103=+2 x 0.418(784) + 2 x 0.418(-559) -(-811.4) x 10-6=0.0107故甘i7.设有一含20% (摩尔分数)A, 35%B和45%C的三元气体混合物。已知在体系压力6079.5kPa 及348.2K下混合物中组分
5、A, B和C的逸度系数分别为0.7, 0.6和0.9,试计算该混合物的逸度。解:由混合物逸度系数与组分分逸度系数的关系知/Xln(|) = Z jz In。mi ii/ / /故ln(|) -y ln(|)+y ln(|)+y ln(|)m 112233=0.21n 0.7 + 0.351n 0.6 + 0.451n 0.9 = -0.2975(I)= 0.7427mf = 6079.5x103x0.7427 =4515.2 (kPa)m m8. kPa和344.05K的下列丙烯(1)异丁烷 体系的摩尔体积、组分逸度和总逸度。(a) x = 0.5的1液相;(b) y =0.6553的气相。(
6、设k =0)12解:本题属于均相性质计算。其中,组分逸度系数和组分逸度属于敞开系统的性质,而混合物的逸度系37/17数和逸度属于封闭系统的性质。采用状态方程模型,需要输入纯组分的T,P,以确定PR方程常数,从附表查得各组分的 ci ci iTc?,并列于下表Tc?,并列于下表丙烯和异丁烷的T ,P,3ci ci i组分JT./KP/MPaco1丙烯304.19异丁烷(2)对于二元均相混合物,若给定了温度、压力和组成三个独立变量,系统的状态就确定下来了,并可以 确定体系的状态为气相。另外,对于混合物,还需要二元相互作用参数,已知k =0。12计算过程是Q ,b G = 1,2)胃| 一叵TIn
7、畋=l,2);ln(p=ln(p(p.x), lnf= ln(p(p)i iU用软件来计算。启动软件后,输入七匕,气和独立变量,即能方便地得到结果,并可演示计算过程。PR方程计算气相混合物的热力学性质纯组分常数2a =426235.8,q = 1930018 (MPacm6mol-2) 12q =26.65612,如=72.46431 (cm3mol-i)混合物常数q = 511634 .6, = 31.41101摩尔体积Vv= 1934.21 (cmsmol-i)组分逸度系数ln(py =-0.07510, In (pv = -0.2504组分逸度/v= Py (pvif jln/v=-0.
8、1255, ln/v= -2.4565混合物逸度系数,表3-lcln(p v = -0.09330混合物逸度P=p(pv/ln/v = -0.03409T= 273.15 K, F= 1.061 MPa, * = 0.8962,七=0.1038分析计算结果知无论是液相还是气相的均相性质,均能由此方法来完成。状态方程除了能计算PVT、逸度性质外,还能计算许多其它的热力学性质,如培、嫡等,它们在 化工过程中都十分有用。同时也表明,经典热力学在物性相互推算中的强大作用。9.解:二元气体混合物的ln(p =0.18(1-2/)和ln(p =o 1 ,求m(p。112ln(p =y ln(p +y ln
9、(p =0.18(l -2y)y + O.ly = 0.08y - 0.36*2+0.11122112I110.常压下的三元气体混合物的ln(p =0.2” -0.3yy +0.15* y 9求等摩尔混合物的f,/。,、z 1 21 32 3、123rMnln(p)l d 0.2nn n - Q3nn fn+0A5n n n)=1_zl1_3-L23-L解:ln(p =idnidn= 0.2*20.25” + 0.3yy2 31 3同样得38/17ln(p =0.2j/2 +0.65jj/ + 0.15211 33ln(p = 0.32 + 0.25 jj/ +0.1 5j211 22组分逸度
10、分别是In / =ln(l)=10.511i i同样得In/ =1面妒)=10.5382 2In/ =ln(3)=10.5052 2H. a和348K下的各组分的逸度系数分别是0.72, 0.65和0.91,求混合物的逸度。 解:ln(p=X 7 ln(p =0.251n0.72 + 0.31n0.65 + 0.451n0.91 = 0.254i iln/= ln(?(p )= In 6.585 + (-0.254) = 1.631)其中,系数4, B1/=5.1O9(MPa)液态氯(1)一甲烷(2)体系的超额吉氏函数表达式是RT 1 2如下T/KAB39/1740/17546所以计算等摩尔混
11、合物的(a)的两组分的活度系数;(b)混合热;(c)超额炳。nn nn、+以 1-2%dGn RTY41 / 1742/17In i =As21 2 j_K+贝 1 2 , J|-板2|_2B=乂 x x A + B 1 2x 2Bx x 1 x同样得21 2I1 21)+ 2Bxx)+ 2Bxx_ Fa nGn RTlIny2 dn43/1744/1745/1746/177. 均相混合物的总性质与纯组分性质之间的关系总是有 M = 两。ti i(错。应该用偏摩尔性质来表示)8. 对于二元混合物体系,当在某浓度范围内组分2符合Henry规则,则在相同的浓度范围内组分1符合 Lewis-Rand
12、all 规则。(对)理想溶液一定符合Lewis-Randall规则和Henry规则。(对;)符合Lewis-Randall规则或Henry规则的溶液一定是理想溶液。(错,如非理想稀溶液。)二元溶液的Henry常数只与八P有关,而与组成无关,而多元溶液的Henry常数则与八P、组成都 有关。(对,因H = linjl)1 |,因为,二元体系,x rO时,x 1,组成已定)1 .Solvent 八 y12二、选择题因为/谊=P = 1 )由混合物的逸度的表达式G=例+ RT In j知,的状态为(A, G-(T.P.x) =(T, P ) + RTnA系统温度,P=1的纯组分,的理想气体状态B 系
13、统温度,系统压力的纯组分,的理想气体状态C系统温度,P=l,的纯组分,D 系统温度,系统压力,系统组成的温度的理想混合物2.二元混合物的培的表达式为H=xH 4-x H +axx ,则(C由偏摩尔性质的定义求得) 112212A H =H +ctx2 ;/7 = H +otx2H=HH=H+ CCX2;H = H +ocx2H=H+ CCX2=H +ot%2H=H三、填空题/.某二元混合物的中组分的偏摩尔培可表示为ft =a 和母=。+人工2,贝肪 与方的关系是b =b o等温、等压下的二元液体混合物的活度系数之间的关系dny + xdiny =Q o四、计算题29/1747/1748/17P
14、,x49/17dAA -Aa 3i = 0.003447rT-T115.74109.0dB甘月0.0546 + 0.0169q 3i = 0.01067fT-T115.74109.0(c) Hb=Ge + TSeHe_ GeHe_ Ge以+ (1-2x 於 仃 i dT IRT RTi 2/r= 0.0236x2x 0.31 Ox x 0.0212x +0.010613.利用 Wilson方程,计算下列甲醇(1) 一水(2)体系的组分逸度(a) P=101325Pa, T=C,儿的 气相;(b) P=101325Pa, T=C ,玉的液相。已知液相符合 Wilson方程,其模型参数是A =0.
15、43738, A =1.115981221解:本题是分别计算两个二元混合物的均相性质。给定了温度、压力和组成三个独立变量,均相混合物的性质就确定下来了。(a)由于系统的压力较低,故汽相可以作理想气体处理,得fv=Py= 101.325x 0.582 = 58.971 (kPa)P =Py = 101.325x(1-0.582)= 42.354 (kPa)理想气体混合物的逸度等于其总压,即=P= 101.325 (kPa)也能由其它方法计算。(b)液相是非理想溶液,组分逸度可以从活度系数计算,根据系统的特点,应选用对称归一化的活度系 数,,P-i f 时(丁)=f 济(丁)= P-f(P SV
16、M Ps其中,蒸汽压R由Antoine方程计算,查附表得纯物质的Antoine常数,并与计算的蒸汽压同列于下i50/17甲醇和水的Antoine常数和蒸汽压组分(Z)A1B.1C1Ps = exp/LB,A , 81.48 + 273.15 + C /MPa甲醇(1)r水(2)活度系数Y由Wilson模型计算,由于给定了 Wilson模型参数气=。43738, A, = 1.H598,计算二元系统在丁 = 354.63 K和七=0.582, 丁 1 - = 0.418时两组分的活度系数分别是lnyj = -InQ=0.268+0.418fo.572-l.045)1lnyj = -InQ=0.2
17、68+0.418fo.572-l.045)1i+A芸 7+x2A12x +A x12 2A21x + A x221 I=0.0703Y =1.071) A J+x ,2hA =-0.0653 + 0.582 x (1.045 一 0.572 ) =0.210Y =1.232所以,液相的组分逸度分别是) A J+x ,2hA =-0.0653 + 0.582 x (1.045 一 0.572 ) =0.210Y =1.232所以,液相的组分逸度分别是Iny = -ln(x + A x2221 121 1112 2f / = Py x = 0.118 (MPa)i i i if / = P$Y x
18、 0.0259 (MPa)22 2 2液相的总逸度可由式(4-66)来计算Inx lnZ_. x.elICES 0.118 c 八 E 0.0259=0.5821n+ 0.4181n- _o noi0.5820.418fi= 0.124 (MPa)应该注意:(1) 在计算液相组分逸度时,并没有用到总压F这个独立变量,原因是在低压条件下,压力对液相 的影响很小,可以不考虑;51 / 17(2)本题给定了 Wilson模型参数A,故不需要纯液体的摩尔体积数据,一般用于等温条件下活度y系数的计算。若给定能量参数人-人时,则还需要用到纯液体的摩尔体积数据,可以查有关手 y 疔册或用关联式(如修正的Ra
19、ckett方程)估算。14. 25C常压下的糖(S).水(W)混合物中水的活度系数服从1M =弟-x k A仅是温度的函数,试得 IFw到不对称归一化的糖的活度系数表达式。解:因为X T1时,Iny 0或丫 T1,所以,Y是对称归一化活度系数。眩眩rr由Gibbs-Duhem方程可以得到R/ =顼1一乂)=刀/ (具体过程略,见题三,6),s5r由对称活度系数(Y )可得到不对和的活度系数(Y*) ny z Iny * = Iny Iny8 = Iny lim Iny ” = Kx2 K=Kx215$ s ss ifirX)15.15.某二元混合物的逸度可以表达为ln/=/ + Bx +d2,
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- 流体 混合物 热力学 性质
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