第三章化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

第三章化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)第三節(jié)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)檢索與推算

第一節(jié)

氣體的壓力—體積—溫度關(guān)系第二節(jié)基本物性數(shù)據(jù)化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

——在化工計(jì)算及化工工藝和設(shè)備設(shè)計(jì)中用到的有關(guān)化合物的物性數(shù)據(jù)。又叫物性數(shù)據(jù)。

常用的化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（物性數(shù)據(jù)）可歸納為以下幾類：

(1)基本物性數(shù)據(jù)——如臨界常數(shù)（PC、TC、VC）、

密度(或比容）、狀態(tài)參數(shù)、壓縮系數(shù)、蒸汽壓、汽液平衡關(guān)系等。（2）熱力學(xué)物性數(shù)據(jù)——如內(nèi)能、焓、熵、熱容、相變熱、自由能和自由焓等。（3）化學(xué)反應(yīng)和熱化學(xué)數(shù)據(jù)——反應(yīng)熱、生成熱、燃燒熱、反應(yīng)速度常數(shù)、活化能、化學(xué)平衡常數(shù)等。（4）傳遞參數(shù)——黏度、擴(kuò)散系數(shù)、導(dǎo)熱系數(shù)等。獲取物性數(shù)據(jù)的方法主要有以下幾種：

（1）查手冊(cè)或文獻(xiàn)資料；（2）估算；

（3）用實(shí)驗(yàn)直接測(cè)定。當(dāng)查手冊(cè)或文獻(xiàn)資料得不到所需數(shù)據(jù)時(shí)，估算和用實(shí)驗(yàn)直接測(cè)定兩法應(yīng)首選估算法。目前，應(yīng)用計(jì)算機(jī)儲(chǔ)存、檢索和推算物性數(shù)據(jù)日益增多。相應(yīng)建立了物性數(shù)據(jù)庫(kù)，可通過(guò)計(jì)算機(jī)自動(dòng)檢索或估算所要求的數(shù)據(jù)。第一節(jié)

氣體的壓力—體積—溫度關(guān)系3—1理想氣體PV=nRT

（3—1）

R的取值及單位要熟

=（3—2）3—2真實(shí)氣體

一、真實(shí)氣體狀態(tài)方程（略）

二、壓縮因子法

壓縮因子法——是用壓縮因子（Z）校正理想氣體狀態(tài)方程，使之適用于任何真實(shí)氣體的P—V—T關(guān)系。狀態(tài)方程如下PV=ZnRT

（3—3）或：

（3—4）

1、兩參數(shù)壓縮因子法Z=f(Tr,Pr)Z查圖或由計(jì)算得到。

2、三參數(shù)壓縮因子法為校正兩參數(shù)壓縮因子法之誤差除Tr

、Pr外，又引入第三參數(shù)，應(yīng)用比較廣泛的是由皮策（Pitzer）提出的參數(shù)偏心因子ω。Z=f(Tr,Pr，ω)（3—9）偏心因子ω：當(dāng)Tr

=0.7

時(shí)，球形分子的lgPrS=-1.000,皮策把Tr=0.7時(shí)非球形分子與球形分子的lgPrS

值的差額定義為偏心因子ω。即：

ω=-lg（PrS）Tr=0.7-1.000Zm=∑yiZi

（3—14）3—3真實(shí)氣體混合物

一、用平均壓縮因子法和Dolton定律計(jì)算

PV=ZmnRT

（3—13）均為Tr

、Pr

的函數(shù)，可查附錄四得之。

二、用Kay規(guī)則計(jì)算（虛擬臨界參數(shù)法）TCm=∑yiTCi

（3—15）PCm=∑yiPCi

（3—16）ωm=∑yiωi（3—17）Trm=T/TCm

Prm=P/PCm

三、用狀態(tài)方程計(jì)算（略）第二節(jié)基本物性數(shù)據(jù)

3—4臨界常數(shù)計(jì)算有機(jī)化合物的臨界常數(shù)有許多方法，其中Lydersen基團(tuán)貢獻(xiàn)法是簡(jiǎn)單而較可靠的方法。至今仍被普遍應(yīng)用，該法是用基團(tuán)對(duì)臨界常數(shù)的影響，按加和法計(jì)算。有各種基團(tuán)的臨界常數(shù)貢獻(xiàn)值見(jiàn)P45表3—5

基團(tuán)貢獻(xiàn)法——將有機(jī)物分解成若干基團(tuán),將基團(tuán)對(duì)化合物某性質(zhì)的貢獻(xiàn)值相加即得化合物的該性質(zhì)的值。

3—5密度與比重比重基準(zhǔn)物：對(duì)固體和液體，為4℃的水；對(duì)氣體，為標(biāo)準(zhǔn)狀況下的空氣。一、氣體的密度標(biāo)準(zhǔn)狀況下，看為理氣（kg/m3）(3—27)真實(shí)氣體在一般條件下的密度(kg/m3)(3—28)混合氣體的密度例3—5P49看書講解。二、液體的密度（自己看）(kg/m3)(3—2)3—6蒸汽壓安托尼(Antoine)經(jīng)驗(yàn)公式

Lee-Kesler蒸汽壓方程（略）3—7熱容熱容——一定量物質(zhì)溫度升高一度所需的熱量。單位：SI：kJ/kg.K;kJ/kmol.KCGS:cal/g.℃;cal/gmol.℃一、理想氣體的熱容公式：Cp=a+bT+cT2+dT3(3-36)1、理想氣體的熱容與溫度的關(guān)系

基團(tuán)貢獻(xiàn)法——將有機(jī)物分解成若干基團(tuán)，將基團(tuán)對(duì)化合物某性質(zhì)的貢獻(xiàn)值相加即得化合物的該性質(zhì)的值。（見(jiàn)P55表3-8）2、理想氣體熱容的估算——基團(tuán)貢獻(xiàn)法

3、平均熱容與真熱容若恒壓下，當(dāng)溫度自T1變化至T2，1mol物質(zhì)所需的熱量為Qp，則T1至T2溫度范圍內(nèi)物質(zhì)的平均熱容為：（3—39）平均熱容與真熱容CP的關(guān)系為：（3—40）從附錄六表查得的為25℃與較高溫度區(qū)間的平均值。即：或Cp298KT1T2Cp298CpT1CpT2T當(dāng)我們遇到問(wèn)題為初溫不是25℃，而是Ti時(shí)，應(yīng)用下式求Qp：即當(dāng)初溫不是25℃時(shí)，用附錄中熱容要校正。

例3—9計(jì)算常壓下10molCO2從400K升至1100K所需熱量。解：查附錄六得CO2平均熱容為：298～400K平均熱容為39.23kJ/mol.K298～1000K平均熱容為48.50kJ/mol.KQp=ΔH=10×48.50(1100－298)

－10×39.23（400－298）＝348955J看下面算法正確否？（1）Qp=ΔH=10×0.50（39.23+48.50）

(1100－400)＝307055J（2）查400K真熱容為41.05kJ/kmol.K，1100K真熱容為55.62kJ/kmol.K。

Qp=ΔH=10×55.62×1100－10×41.05×400

＝447620J（3）取平均溫度0.5×（1100+400）＝750K查750K平均熱容（實(shí)際為750K真熱容）為44.79kJ/kmol.K。

Qp=ΔH=10×44.79（1100－400）＝313530J注意正確的做法及三種錯(cuò)誤的做法。為什么當(dāng)熱容與溫度為直線關(guān)系時(shí)第三種方法可用？熱容與溫度是直線關(guān)系嗎？分析上述的方法那種可用，為什么？收集數(shù)據(jù)時(shí)，需注意計(jì)算自始至終應(yīng)盡量保持同一數(shù)據(jù)來(lái)源。二、真實(shí)氣體的熱容利用對(duì)比態(tài)原理查圖得實(shí)際氣體與理想氣體的熱容差值三、液體的熱容四、固體的熱容

柯柏法Cpa——原子熱容J/molK；N——分子中同種元素的數(shù)目?？刹槭謨?cè)得之，不易查得者常用基團(tuán)貢獻(xiàn)法求之。

第三章化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)小結(jié)1、常用的獲取物性數(shù)據(jù)的方法。2、由壓縮因子結(jié)合理想氣體狀態(tài)方程進(jìn)行真實(shí)氣體的有關(guān)計(jì)算。3、熱容的定義，平均熱容與真熱容的關(guān)系，怎樣由平均CP求過(guò)程的QP,注意的問(wèn)題。第三節(jié)物性數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)檢索與推（略）Cp298K