化工热力学[第三版]答案解析陈钟秀.pdf

完美 WORD 格式编辑学习指导参考资料2-1. 使用下述方法计算1kmol 甲烷贮存在体积为0.1246m3、温度为 50的容器中产生的压力： （1）理想气体方程；（2）R-K 方程； （3）普遍化关系式解：甲烷的摩尔体积V=0.1246 m3/1kmol=124.6 cm3/mol 查附录二得甲烷的临界参数：Tc=190.6K Pc=4.600MPa Vc=99 cm3/mol =0.008(1)理想气体方程P=RT/V=8.314 323.15/124.6 10-6=21.56MPa (2)R-K 方程22.522.560.5268.314190.60.427480.427483.2224.6 10ccR TaPa mKmolP53168.314190.60.086640.086642.985104.610ccRTbmmolP0.5RTaPVbTV Vb50.5558.314 323.153.22212.462.98510323.1512.46 1012.462.98510 =19.04MPa (3)普遍化关系式323.15190.61.695rcTT T124.6 991.259rcVV V2 利用普压法计算，01ZZZcrZRTPP PVcrPVZPRT654.61012.46100.21338.314323.15crrrPVZPPPRT迭代：令Z0=1Pr0=4.687 又 Tr=1.695 ，查附录三得：Z0=0.8938 Z1=0.4623 01ZZZ=0.8938+0.008 0.4623=0.8975 此时， P=PcPr=4.64.687=21.56MPa同理，取Z1=0.8975 依上述过程计算，直至计算出的相邻的两个Z 值相差很小，迭代结束，得Z 和 P的值。

P=19.22MPa 2-2. 分别使用理想气体方程和Pitzer普遍化关系式计算510K、2.5MPa正丁烷的摩尔体积已知实验值为1480.7cm3/mol 解：查附录二得正丁烷的临界参数：Tc=425.2K Pc=3.800MPa Vc=99 cm3/mol =0. 193 完美 WORD 格式编辑学习指导参考资料（1）理想气体方程V=RT/P=8.314 510/2.5 106=1.696 10-3m3/mol 误差：1.6961.4807100%14.54%1.4807（2）Pitzer普遍化关系式对比参数：510 425.21.199rcTT T2.5 3.80.6579rcPP P普维法01.61.60.4220.4220.0830.0830.23261.199rBT14.24.20.1720.1720.1390.1390.058741.199rBT01ccBPBBRT=- 0.2326+0.193 0.05874=-0.2213 11crcrBPBP PZRTRT T=1-0.221 30.6579/1.199=0.8786 PV=ZRT V= ZRT/P=0.87868.314510/2.5 106=1.4910-3 m3/mol 误差：1.491.4807100%0.63%1.48072-3. 生产半水煤气时，煤气发生炉在吹风阶段的某种情况下，76% （摩尔分数）的碳生成二氧化碳，其余的生成一氧化碳。

试计算： （1）含碳量为 81.38%的 100kg 的焦炭能生成1.1013MPa、303K 的吹风气若干立方米？（ 2）所得吹风气的组成和各气体分压解：查附录二得混合气中各组分的临界参数：一氧化碳 (1) ：Tc=132.9K Pc=3.496MPa Vc=93.1 cm3/mol =0. 049 Zc=0.295 二氧化碳 (2) ：Tc=304.2K Pc=7.376MPa Vc=94.0 cm3/mol =0. 225 Zc=0.274 又 y1=0.24 ，y2=0.76 (1) 由 Kay 规则计算得：0.24 132.90.76304.2263.1cmiciiTy TK0.24 3.4960.767.3766.445cmiciiPy PMPa303 263.11.15rmcmTT T0.101 1.4450.0157rmcmPP P普维法利用真实气体混合物的第二维里系数法进行计算011.61.610.4220.4220.0830.0830.02989303 132.9rBT114.24.210.1720.1720.1390.1390.1336303 132.9rBT完美 WORD 格式编辑学习指导参考资料016111111618.314132.90.029890.0490.13367.378 103.49610ccRTBBBP021.61.620.4220.4220.0830.0830.3417303 304.2rBT124.24.220.1720.1720.1390.1390.03588303 304.2rBT016222222628.314304.20.34170.2250.03588119.93107.37610ccRTBBBP又0.50.5132.9304.2201.068cijcicjTT TK331 31 31 31 331293.194.093.55/22cccijVVVcmmol120.2950.2740.284522cccijZZZ120.2950.2250.13722cij6/0.28458.314201.068/93.55105.0838cijcijcijcijPZRTVMPa303 201.0681.507rijcijTT T0.1013 5.08380.0199rijcijPP P0121.61.6120.4220.4220.0830.0830.1361.507rBT1124.24.2120.1720.1720.1390.1390.10831.507rBT01612121212126128.314201.0680.1360.1370.108339.84 105.0838 10ccRTBBBP2211112122222mBy By y By B26626630.247.3781020.240.7639.84100.76119.931084.2710/cmmol1mmB PPVZRTRTV=0.02486m3/mol V总=n V=10010381.38%/120.02486=168.58m3(2) 1110.2950.240.10130.0250.2845cmZPy PMPaZ完美 WORD 格式编辑学习指导参考资料2220.2740.760.10130.0740.2845cmZPy PMPaZ2-4. 将压力为2.03MPa、温度为 477K 条件下的2.83m3NH3压缩到 0.142 m3，若压缩后温度448.6K，则其压力为若干？分别用下述方法计算：（1）Vander Waals 方程； （2）Redlich-Kwang 方程； （3）Peng-Robinson方程； （4）普遍化关系式。

解：查附录二得NH3的临界参数： Tc=405.6K Pc=11.28MPa Vc=72.5 cm3/mol =0. 250 (1)求取气体的摩尔体积对于状态： P=2.03 MPa、T=447K 、V=2.83 m3477 405.61.176rcTT T2.03 11.280.18rcPP P普维法01.61.60.4220.4220.0830.0830.24261.176rBT14.24.20.1720.1720.1390.1390.051941.176rBT010.24260.250.051940.2296ccBPBBRT11crcrBPPVBP PZRTRTRT TV=1.885 10-3m3/mol n=2.83m3/1.885 10-3m3/mol=1501mol 对于状态：摩尔体积V=0.142 m3/1501mol=9.458 10-5m3/mol T=448.6K (2)Vander Waals 方程222262627278.314405.60.4253646411.28 10ccR TaPa mmolP53168.314405.63.737108811.2810ccRTbmmolP22558.314448.60.425317.659.4583.737103.73710RTaPMPaVbV(3)Redlich-Kwang方程22.522.560.5268.314405.60.427480.427488.67911.28 10ccR TaPa mKmolP53168.314405.60.086640.086642.591011.2810ccRTbmmolP0.550.5558.314448.68.67918.349.4582.5910448.69.458 109.4582.5910RTaPMPaVbTV Vb完美 WORD 格式编辑学习指导参考资料(4)Peng-Robinson 方程448.6 405.61.106rcTT T220.37461.542260.269920.37461.542260.250.269920.250.7433k220.50.51110.743311.1060.9247rTkT22226268.314405.60.457240.457240.92470.426211.2810cccR Ta TaTTPa mmolP53168.314405.60.077800.077802.3261011.2810ccRTbmmolPa TRTPVbV Vbb Vb510108.314448.60.42629.4582.326109.4589.4582.326102.3269.4582.3261019.00MPa(5)普遍化关系式559.458 107.25 101.305rcVV V2 适用普压法， 迭代进行计算， 方法同 1-1（3）2-6. 试计算含有 30% （摩尔分数） 氮气（1） 和 70% （摩尔分数） 正丁烷（2） 气体混合物7g, 在 188、6.888MPa条件下的体积。

已知B11=14cm3/mol ，B22=-265cm3/mol ，B12=-9.5cm3/mol 解：2211112122222mBy By y By B2230.31420.30.79.50.7265132.58/cmmol1mmB PPVZRTRTV(摩尔体积 )=4.24 10-4m3/mol 假设气体混合物总的摩尔数为n，则0.3n28+0.7n58=7n=0.1429mol V= nV(摩尔体积 )=0.1429 4.2410-4=60.57 cm32-8. 试用 R-K 方程和 SRK方程计算 273K、101.3MPa下氮的压缩因子已知实验值为2.0685 解：适用 EOS的普遍化形式查附录二得 NH3的临界参数： Tc=126.2K Pc=3.394MPa =0. 04 （1）R-K 方程的普遍化22.522.560.5268.314126.20.427480.427481.55773.394 10ccR TaPa mKmolP53168.314126.20.086640.086642.678103.39410ccRTbmmolP完美 WORD 格式编辑学习指导参考资料22.5aPAR TbPBRT1.551.51.55771.5512.678108.314273AaBbRT562.67810101.3 101.19528.314273BbbPhZVZRTZZ111.5511111AhhZhBhhh、两式联立，迭代求解压缩因子Z （2）SRK方程的普遍化273126.22.163rcTT T220.4801.5740.1760.4801.5740.040.1760.040.5427m220.50.5111110.542712.1630.25632.163rrTmTT2222.560.5268.314126.20.427480.427480。