Химия \ Химия и технология органических веществ

Зависимость теплоемкости веществ от температуры, в указанных интервалах. Зависимость теплоемкости веществ от давления, в указанных интервалах и температуре

Страницы работы

20 страниц (Word-файл)

Посмотреть все страницы

Скачать файл

Фрагмент текста работы

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Национальный исследовательский университет ресурсоэффективных технологий «ТПУ» (НИУ РЭТ ТПУ).

Химико-технологический факультет.

Кафедра ТООС и ВМС

Направление-24000 «Химия и биотехнология».

Лекционный курс-«Химия и технология органических веществ»

Задание для практических занятий

1. Рассчитать и построить зависимость теплоемкости веществ от температуры, в указанных интервалах (по 10-ти точкам).

2. Рассчитать и построить зависимость теплоемкости веществ от давления, в указанных интервалах и температуре (по 7-ми точкам).

Варианты:

№ варианта	Вещество	Интервал t ⁰С для графика теплоемкости от температур	Параметры для графика теплоемкости от давления
№ варианта	Вещество	Интервал t ⁰С для графика теплоемкости от температур	t ⁰С	Интервал Р, атм
1	Хлорбензол	100…900	300	1…5
2	Этанол	40…600	200	60…200
3	н-бутан	30….800	130	20…100
4	Этилен	40…900	25	10…250
5	Пропилен	25…800	90	2…400
6	Ацетон	50…900	230	2…400
7	С₃Н₈	40…900	150	3…200
8	Аммиак	30…700	140	40…300
9	Метан	30…800	30	5…400
10	СО₂	25…1000	20	4…300
11	Азот	25…500	25	10…400
12	Водород	25…900	0	5…100
13	Этан	30…800	25	3…200
14	Метан	40…900	90	40…300
15	Пропан	40…600	230	5…400

Практическая реализация расчета зависимости теплоемкости от давления исходит из уравнения, которое для 1 моля реального газа можно записать в форме

(6.40)

На рис. 6.5 дана зависимость С_р^p-С_р° для реальных газов, построенная путем графического интегрирования. Пользуясь, этим рисунком, легко вычислить теплоемкость реального газа при повышенных давлениях.

Таблица 6.3.

Критические константы веществ

Вещество	T_c, K	P_c, атм	Z_c	Вещество	T_c, K	P_c, атм	Z_c
Водород	33,3	12,8	0,292	бензол	562,7	48,6	0,274
Кислород	154,8	50,1	0,292	толуол	592	41,6	0,27
Азот	126,1	33,5	0,291	Этилбензол	619,6	37	0,272
Хлор	417,2	76.1	0,276	о-ксилол	632,2	36	0,254
СО	132,9	34,5	0,294	Кумол	635,9	32	0,263
СО₂	304,2	73	0,274	Метилциклогексан	572	34,3	0,25
НCl	324,6	81,5	0,266	Н-нонан	595,2	22,5	0,250
Аммиак	405,6	111,5	0,242	Метанол	513,2	78,5	0,222
Вода	647,6	218,3	0,23	Ацетальдегид	461,2	54,7	0,257
Метан	191,1	45,8	0,29	Этанол	516,2	63,0	0,248
Этан	305,5	48,2	0,285	Ацетон	508,7	46,6	0,237
Этилен	282,1	50,5	0,270	Уксусная к-та	594,8	57,1	0,260
Пропилен	365	45,6	0,274	Нитрометан	588,2	62,3	0,223
С₃Н₈	369,9	42,0	0,277	Анилин	699,2	52,4	0,250
н-бутан	425,2	37,5	0,274	Хлористый метил	416,3	65,9	0,276
н-С₅Н₁₂	469,5	33,8	0,269	Хлороформ	536,6	54	0,294
н-С₆Н₁₄	507,3	29,9	0,264	Хлорбензол	632,4	44,6	0,265
н-С₆Н₂₆	659	17,9	0,238	Диметиламин	456,2	55,5	0,280

Учитывается, что критические константы являются характеристическими свойствами газов, и поэтому их можно использовать для создания соответствующей относительной шкалы, введя безразмерные приведенные переменные: приведенное давление Р_пр, приведенный объем V_пр и приведенную температуру Т_пр:

Т_пр=Т/Т_кр; Р_пр=Р/Р_кр; V_пр=V/V_кр; r_пр=r/r_кр (6.22)

где T, P,V, - рабочие температура, давление и объем.

В ряде литературных источников принято обозначение приведенных параметров с индексом r- p_r, V_r, T_r_, такжераспространено обозначение Р_пр-p, а Т_пркак t и т. д.

Пример 6.2.1.2. Сравнить рассчитанную мольную теплоемкость метана при 100 атм и 300 К с экспериментальными данными, зная Т_кр= 191,1, Р_кр=45,8 (из табл. 6.3).

Из уравнения 6.7 и используя коэффициенты из таблицы А2 имеем

С_р = а + b10^-3T + с 10^-6T²+d10^-9T³=

17,45+60,46 10^-3300+1,117 10^-6300²-7,20 10^-9300³= 35,49 дж/моль К.

Т_С= Т_пр=300/191,1=1,56; Р_пр= Р_С= 100/45,8=2,18

Из рис. 6.5: DС_Р = 14,2; откуда С_р = 35,49+14,2=49,69 дж/моль К.

Далее рассчитанное значение теплоемкости, переводим в размерность дж/кгК через соответствующую пропорцию.

Молярная масса метана равна М=12+4=16

Таким образом 16 грамм имеют С_р - 49,5

а 1000 грамм (кг) имеет С_р – х

Откуда х=1000´49,5/16=3093 дж/кг К.

А из экспериментальных данных, представленных на рис. 6.4 при 100 атм и 300 К имеем значение теплоемкости -3050 дж/кгК.

Пример 6.2.1.3 [1].Определить изменение теплоемкости СО₂, если при 100 ⁰С давление увеличивается от 0,1 до 30 МПа. Для диоксида углерода из табл. 5.3 Т_к=304 К, р_к=7,3 МПа.

В таблице значение р_к приведено в атмосферах, поэтому переводим его в Мпа.

Приведенная температура равна t=373/304=1,23, а приведенное давление (p) меняется от 0,014 (практически от нуля) до 4,11. Из рис. 6.5 находим, что при t=1,23 и p=4,11 величина Ср^4,1-С_р° составляет приблизительно 50 Дж/(моль-К).

Теплоемкость газа при 100 ⁰С равна

C_р =а + b10^-3 Т + с'10⁵/Т² =

=44,14+9,04 10^-3373- 8,53 10⁵/373²=41,38 Дж/(моль-К).

Следовательно Ср^4,1=41,38+50=91,38 Дж/(моль-К).

Интересно отметить, что, как правило, при p>4 разность С_р^p-С_р⁰ остается неизменной: С_р^p^>4-С_р°»Ср⁴-С_р°. Кроме того, что важно для последующего рассмотрения, С_р^p-С_р° практически равна нулю при p£0,05 и t³1,5.

Пример 6.2.1.4. Вычислить теплоемкость смеси азота (1) и этилена (2) при 102,29 ати и 25 ⁰С с мольными долями 0,25 и 0,75 соответственно. Известны из табл. 6.3: С_р1=29,09 и С_р2 = 43,63 дж/моль К; Р_кр.₁ = 33,5 иР_кр. ₂ = 50,5 атм; Т_кр. ₁ = 126,1 и Т_кр. ₂ = 283.

Решение. Вначале переводим значение давления из технических атмосфер в физические атмосферы, а затем переходим к абсолютному давлению.

Р_{физ. атм}= 102,29´0,96784=99 атм

Р_абс=99+1=100 атм

Р_пр ₁ = 100/33,5 = 3; Р_пр.₂ = 100/50,5 = 1,98

Т_пр.₁ = 298/126,1 = 2,4; Т_пр.₂ = 298/283 = 1,05.

По рис. 6.5:

DС_Р. = С_Р1-С°_Р1=3,76 и DС_Р. = С_Р1-С°_Р1 = 91,96; С_р1 = 29,09 + 3,76= 32,85; С_р2 = 43,63 + 91,96= 135,59;

Тогда теплоемкость смеси при заданных условиях будет

С¹⁰⁰_р = S х_iС_р_i = 0,25´32,85 + 0,75 ´135,59= 109,9 дж/моль К

Без учета давления теплоемкость смеси

С_р = S х_iС_р_i = 0,25´29,09 + 0,75 ´43,63= 39,9 дж/моль К

Таким изменением теплоемкости (275 %) смесей в инженерных расчетах явно нельзя пренебрегать

Рис. 6.5. Зависимость С^p_р—С°_р от приведенных параметров t и p. Числа на кривых - значения t.

Примечание.Номограмма специально взята из [2], т. к. на ней имеются опечатки-в верхней части номограммы значения Ср^p-С_р°, равные 15, 20, 30 к сожалению приведены в кал/моль К, а не в дж/моль К, как это сделано для остальных значений и заявлено автором. Таким образом, студентам, которые при расчетах попадают в данную область номограммы, необходим соответствующий перевод значений.

ТЕПЛОЕМКОСТЬ

Теплоемкость-это количество тепла, которое нужно затратить, чтобы