第三章 基本物性数据

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Chemical Engineering Calculations 化工计算
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Chemical Engineering Calculations 化工计算
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3.1 临界常数
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例3-4：计算氯苯和N-甲基-2-吡咯烷酮的临界 常数。 解：
1. 有机化合物临界常数计算
� 基团贡献法公式
TC = Tb [0.567 + ∑ ∆T − (∑ ∆T ) 2 ]
Chemical Engineering Calculations 化工计算
误差＜2%，高分子量非极性 物质2%~5%。
M PC = (0.34 + ∑ ∆P ) 2
误差＜7%以下，高分子量非极性 物质达10%。 误差＜4%以下，高分子量非极性 物质达10%。
分析：对于一定量物质 m kg
M ρ= Vm
M ρC = VC
ρ1 =
ρ r1 =
M V1
ρ1 ρC
ρ2 =
M V2
M V ρ V ρr = = m = C M ρC Vm VC
根据图3-5，由Pr、Tr查出ρr
ρ r2 =
ρ 1 V2 = ρ 2 V1
ρ2 ρC
ρ r1 / ρ r2 =
V2 =
ρ r1 ρ r2
= 28.34cm3 / mol = 28.34ml / mol
M 17 = = 0.5999 g / cm 3 = 599.9kg / m 3 Vs 28.34
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3.2 密度
例3-6
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试计算（2）液氨在350K和110atm时的密度。
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概述
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二、获取方法 � 查阅手册或文献资料——如化学工程手册、 化工工艺设计手册、化工工艺算图、其他 等。 � 估算——如经验公式。 � 用实验直接测定 � 查阅模拟软件数据库
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3.1 临界常数
V1
ρ2 =
M V2
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3.2 密度 2. 液体密度----总结
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� 利用对比密度（ρr）与Tr、Pr关系求液体密度
a . 临界状态，已知ρC或VC，据Tr、Pr查得ρr
ρ VC ρr = = ρC Vm
求出
VC = 40 + ∑ ∆V
适用范围：适用于碳氢化合物和已知结构的有机化合物。 单 位：K、atm、ml/mol
�
基团拆分：尽可能拆分到最小，且与表中基团吻合； 注意基团在“环”与“非环”贡献值。
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3.2 密度
1. 气体密度
� 理想气体
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m PM M ρ= = = V RT Vm
PM M ρ0 = = RT 22.4
� 标态理想气体 � 真实气体
PM M ρ= = ZRT Vm
两参数法 Z 三参数法
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第三章
基本物性数据
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3.1 临界常数 3.2 密度 3.3 蒸汽压 3.4 热容
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本章基本要求
� 了解基本物性数据的来源；
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� 重点掌握——临界常数、密度、蒸汽压、 热容等的估算方法。
或
ρ = ρ r × ρC
M M ρ= = × ρr Vm VC
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3.2 密度 2. 液体密度----总结
Chemical Engineering Calculations 化工计算
� 利用对比密度（ρr）与Tr、Pr关系求液体密度
b . 已知状态 ① 已知T1、P1、V1 T2、P2、V2？ 根据Pr1、Tr1查出ρr1 根据Pr2、Tr2查出ρr2
3.2 密度
例3-6
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试计算（2）液氨在350K和110atm时的密度。
（Tc=405.6K；Pc=111.3atm；Vc=72.5cm3/mol;Zc=0.242） � 解：利用对比态法计算液体密度 � （方法二）利用临界状态为对比态
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3.2 密度
例3-6
Chemical Engineering Calculations 化工计算
试计算（2）液氨在350K和110atm时的密度。
（Tc=405.6K；Pc=111.3atm；Vc=72.5cm3/mol;Zc=0.242） � 解：利用对比态法计算液体密度 � （方法三）利用同温下饱和液体为对比态 P1=Ps，利用Ractett方程计算Vs � T1=350K � T2=350K P2=110atm
ln p rs = f
(0)
(0)
(Tr ) + ωf
(1)
(Tr )
6.09648 6 f (Tr ) = 5.92714 − − 1.28862 ln Tr + 0.169347Tr Tr 15.6875 6 f (1) (Tr ) = 15.2518 − − 13.4721 ln Tr + 0.43577Tr Tr
（Tc=405.6K；Pc=111.3atm；Vc=72.5cm3/mol;Zc=0.242） � 解：利用对比态法计算液体密度 � （方法一）利用已知状态为对比态 � T1=310K；P1=14 atm （由手册查得310K时的饱和蒸气压）
Tr1 =
310 = 0.764 405.6
Pr1 =
14 = 0.126 111.3 110 Pr2 = = 0.988 111.3
用状态方程混合规则求Vm
与Dolton定律 两参数法 三参数法
V = Vi
Tcm = ∑ yiTci
Pcm = ∑ yi Pci
ω cm = ∑ yi ω ci
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3.2 密度 2. 液体密度
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� 利用临界常数计算饱和液体密度
� 密度（ρ）：物质单位体积所具有的质量，
kg/m3。 � 特点：气体ρ与状态有关，须指明T、P； ρ 与物质结构有关和堆积方式有关。 � 相对密度（d）：即密度比值，是物质与同 体积基准物质的质量之比。
d i=
ρi ρ 基准物
液体、固体以4℃水为基准，气体以0 ℃、1atm空 气为基准。
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概述
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� 由物料本身的物理化学性质所决定的。 一、化工基础数据种类 � 基本物性数据——如临界常数（临界温度、临界 压力、临界体积）、密度、状态方程参数、蒸汽 压、气-液平衡关系等。 � 热力学物性数据——如内能、焓、熵、热容、相 变热、自由能、自由焓等。 � 化学反应和热力学数据——如反应热、生成热、 燃烧热、反应速度常数、活化能、化学平衡常数 等。 � 传递参数——如粘度、扩散系数、导热系数等。
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2. 蒸汽压数据来源
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3.3 蒸汽压
3. 计算公式
� Antoine经验公式
mmHg
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B ln p s = A − T +C
K
注意事项：单位、温度使用范围 查手册时注意方程形式、符号及单位
�
Kesler蒸汽压方程 LeeLee-Kesler
（Tc=405.6K；Pc=111.3atm；Vc=72.5cm3/mol；Zc=0.242） � 解：利用Ractett方程计算饱和液氨的密度
Tr =
310 = 0.764 405.6
VS = VC Z
ρ=
(1−Tr ) 0.2657 C
= 72.5 × 0.242
(1− 0.764 ) 0.2857
3.2 密度 1. 气体密度
� 真实混合气体
PM ρm = Z m RT
M = ∑ yi M i
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两参数法 三参数法
V = ∑Vi
与Amagat定律
P = pi
P = ∑ pi
Zm
平均压缩因子法 Kay规则
M ρm = Vm
ρ r1 ρ r2 V1
ρ2 = M V2 M ρ2 = V2
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ρr 1 ρ r2
②
=
V2 V1
V2 =
已知T2、Ps、Vs（即同温下饱和状态） T2、P2、V2？
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3.2 密度
例3-6
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试计算（1）37℃（310K）饱和液氨的密度
M ρ= V2
V2 =
ρ r1 ρ r2
Vs
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3.2 密度 2. 液体密度
� 理想液体混合物
1 1 = ∑ xi ρm ρi
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3.3 蒸汽压
� � � � � � � � �
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理想气体：Cp=CV+R 液体或固体：Cp≈CV
真实气体： C − C = [( ∂U ) + P ]( ∂V ) p v T p ∂V ∂T
2013-5-5 25Fra bibliotek 3.4 热容
1. 概念
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2）平均热容与真热容 � 平均热容 C p 恒压下，当温度自T1至T2，1摩尔物质所需的热量为Qp， 则T1至T2温度范围内物质的平均热容 C p 为 Qp Cp = T2 − T1 � 真热容Cp 恒压下，1摩尔物质温度每升高1K（℃），所需供给的热 dQ p 量。 Cp = 据此可求出在 dT 3）二者关系 C dT T1~T2范围内的 ∫ p Cp = 平均热容 T2 − T1
ρ r1 ρ r2 V1 = 28.34 ×
ρ r1 =
ρ1 = 2.34 ρC ρ ρ r2 = 2 = 2.16 ρC
V2 =
ρ2 =
2.34 = 30.70cm 3 / mol 2.16
M 17 = = 0.5537 g / cm 3 = 553.7 kg / m 3 V2 30.70
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3.4 热容
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1. 概念 指一定量物质温度每升高1℃所需热量。 Cp、Cv，手册上一般查得Cp。 1）热容形式
比热 kJ kg ⋅ K cal g ⋅� C Btu lb ⋅ � F 摩尔热容 kJ kmol ⋅ K cal gmol ⋅ � C Btu lbmol ⋅ � F SI CGS FPS
Tr =
350 = 0.863 405.6
Pr =
V=
110 = 0.988 111.3
ρ r = 2.16
由ρ r =
VC V
V C 72.5 = = 33.56cm 3 / mol ρ r 2.16
ρ=
M 17 = = 0.5066 g / cm 3 = 506.6kg / m 3 V 33.56
1. 概念 某一温度下物质的液相与其上方的气相呈平衡状态时的压力。
除了气体以外，任何物质在任何温度下都具有一定的蒸汽压； 纯物质的饱和蒸汽压是温度函数，随温度升高而增大； 饱和蒸汽压与物质性质有关，不同的物质在相同温度下蒸汽压不 同； 当物质饱和蒸汽压为1atm时，这时T为正常沸点(Tb)； 当外界压力改变时，其沸点也变化，当蒸汽压等于此压力时，即为 该条件下沸点； 蒸汽压越大，液体越容易汽化，同条件下，沸点越低。 直接从手册上查 从实验中获取 利用公式计算
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3.1 临界常数
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2. 无机化合物临界常数计算
� 无机化合物及非金属元素
Tb = 0.614 TC
� 金属元素
TC = 0.4T
1.254 b
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3.2 密度
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VS = VC Z
(1−Tr ) 0.2857 C
Z C = PCVmc / RTC
M ρS = VS
误差：1%~2%；VS与VC单位统一
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3.2 密度 2. 液体密度
Chemical Engineering Calculations 化工计算
� 利用对比密度（ρr）与Tr、Pr关系求液体密度