第1章_流体的p-V-T关系

化工热力学标准化作业一

课程名称：化工热力学 课程编号：01033080 适用专业：化工工艺 课程章次：2、流体的pVT关系 共8页 专业班级： 姓名： 学号： 评分：

流体的压力p、温度T、体积V和数量(质量或摩尔量)是可以通过实验测量的，利用这些可测得的量和流体的热容数据，可计算其它不能直接从实验测得的热力学性质，如焓H、熵、热力学能(内能)U、Gibbs自由焓G等。

流体pVT关系可采用两种方式来描述：一是图形法；二是解析法，如状态方程法与对应状态原理法等。

1 本章学习要求

本章的核心内容是流体的pVT关系。

要求学生掌握纯物质的p-V-T立体相图中，点、线、面所代表的物理意义及在pT面和pV面上投影所形成的p-T相图和p-V相图。认识物质的气、液、固三类常见状态和气-液、气-固、液-固相平衡等在相图中的表征方法；掌握临界点的物理意义及其数学特征。 要求掌握理想气体的基本概念及其基本的数学表达方法；明确在真实条件下，物质都是以非理想状态存在的，掌握采用立方型状态方程和多项级数展开式，如Virial方程进行非理想气体pVT计算的方法。

2 重点与难点

(1) p-V-T相图

(2) 状态方程(Equations of State，EOS)

(3) 对应状态原理(Corresponding State Principle) (4) 混合物pVTx关系

一、是否题（正确划√号，错误划×号，并写清正确与错误的原因）

1、纯物质由蒸汽变成液体，必须经过冷凝的相变化过程。

答：

2、当压力大于临界压力时，纯物质就以液态存在。

答：

3、由于分子间相互作用力的存在，实际气体的摩尔体积一定小于同温同压下的理想气体的摩尔体积，所以，理想气体的压缩因子Z=1，实际气体的压缩因子Z＜1。

答：

4、纯物质的三相点随着所处的压力或温度不同而改变。

答：

5、在同一温度下，纯物质的饱和液体与饱和蒸汽的吉氏函数相等。

答：

1

6、纯物质的平衡气化过程，摩尔体积、焓、热力学能、吉氏函数的变化值均大于零， 答：

7、气体混合物的virial系数，如B、C…，是温度的函数。

答：

8*、virial方程和RK方程既可以应用于汽相，又可以用于液相。

答：

9*、在virial方程中，virial系数反映了分子间的相互作用。

答：

10*、Pitzer普遍化方法即为普遍化的压缩因子方法。

答：

二、填空题

1、T温度下的过热纯蒸气的压力p _____ps(T)。

2、表达纯物质的汽液平衡的准则有_____（吉氏函数）、__________（Claperyon方程）。它们（能/不能）推广到其它类型的相相平衡。

3、Lydersen、Pitzer的三参数对应态原理的三个参数分别为___________、__________。

4、对于纯物质，一定温度下的泡点压力与露点压力是______的（相同／不同）；一定温度下的泡点与露点，在p-T图上是______的（重叠／分开），而在p-Ｖ图上是______的（重叠／分开）；泡点的轨迹称为___________，露点的轨迹称为___________，饱和汽、液相线与三相线所包围的区域称为___________；纯物质汽液平衡时，压力称为______，温度称为______。

5、正丁烷的偏心因子ω=0.193，临界压力pc=3.797MPa时，则在Tr=0.7时的蒸汽压为___________MPa。

6*、状态方程通常分为三类，分别是__________，__________，__________。

7*、在状态方程的分类中，RK方程属于__________，virial方程属于__________。

8*、RK方程是在vdW方程的基础上建立起来的，vdW方程的形式是p=RT/(V－b)－a/V2，RK方程的形式为____________________。

三、计算题

1、将1mol甲烷压缩贮于容积为0.125m3，温度为323.16K的钢瓶内，问此甲烷产生的压力有多大？分别用（1）理想气体状态方程；（2）RK方程计算。已知甲烷的临界参数为Tc=190.6K，pc=4.60MPa。RK方程中a=0.42748R2Tc2.5/pc，b=0.08664 RTc/pc。

解：

2

2、质量为500g的氨贮于体积为30000cm3的钢弹内，钢弹浸于温度为65℃的恒瘟水浴中，试分别用下述方法计算氨的压力。（1）理想气体状态方程；（2）RK方程；（3）Pitzer普遍化方法。已知氨的临界常数为Tc=405.6K，pc=11.28MPa, Vc=72.5cm3/mol，ω=0.250。RK方程中a=0.42748R2Tc2.5/pc，b=0.08664 RTc/pc。Virial方程中B(0)=0.083－0.422/ Tr1.6；B(1)=0.139－0.172/ Tr4.2。

解：

3、试分别用下列三种方法求出400℃、4.053MPa下甲烷气体的摩尔体积。(1) 用理想气体方程；(2) 用RK方程；(3) 用Virial方程截断式(1-38)，其中的第II Virial系数用Pitzer的普遍化关联式(1-42、1-43)计算。

解：

3

4、将压力为2.03MPa．温度为477K条件下测量的2.83m3的NH3压缩到0.142m3，若温度

为448.6K，则其压力为若干?分别用下述方法计算：(1) Van der Waals方程；(2) Redlich-Kwong 方程；(3) Peng-Robinson方程；(4) 普通化关系式。

解：

4

5、试用下列方法计算473.15 K、1.013MPa的异丙醇蒸气V与Z值。已知异丙醇的Virial系数实验值B??388cm3?mol?1、C??26000cm6?mol?2。(1) 理想气体状态方程；(2) Z?1?BPBC；(3) Z?1??2 RTVV

解：

6、在50℃、60.97 MPa时由0.401(摩尔分率)的氮气和0.599(摩尔分率)的乙烯组成混合气体，试用下列4种方法计算混合气体的摩尔体积。已知实验数据求出的Zexp.?1.40。(1) 理想气体方程；(2) Amagat定律和普遍化压缩因子图；(3) 虚拟临界常数法(Kay规则)；(4) 截至第II项的Virial方程。

解：

5