在使用时:
(1)若计算液体体积,则直接使用修正的Rackett方程(2-50)~(2-53),既简单精度又高,不需要用立方型状态方程来计算;
(2)若计算气体体积,SRK,PR是大多数流体的首选,无论压力、温度、极性如何,它们能基本满足计算简单、精度较高的要求,因此在工业上已广泛使用。对于个别流体或精度要求特别高的,则需要使用对应的专用状态方程或多参数状态方程。
精度从高到低的排序是:多参数状态方程>立方型状态方程>两项截断virial方程>理想气体状态方程。立方型状态方程中:PR>SRK>RK>vdW
二、计算题:(说明:凡是题目中没有特别注明使用什么状态方程的,你可以选择你认为最适宜的方程,并给出理由)
2-11. 将van der Waals方程化成维里方程式;并导出van der Waals 方程常数a、b表示的第二维里系数B的函数表达式。
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解:P?z?PV?RTRTa?2V?bV11?bV?aVRT幂级数展开1?1?X?X2?X3?.......Xn1?X?z?[1?bbba?()2?()3?.......]?VVVVRTab?RT?(b)2?(b)3?.......?1?(1)VVVZ?PVBCa?1??2???(2)?B?b?RTVVRT
2-12. 维里方程可以表达成以下两种形式。
Z?Z?pVBC?1??2?? (1) RTVVpV?1?B'p?C'p2?? (2) RT'请证明:B ?解:Z?Z?P?BRT C'?C?B2
(RT)2PV?1?B'P?C'P2???(1)RTPVBC?1??2???(2)RTVVRTBC(1??2???)(3)VVV将(3)式代入(1)式右边得:PVRTBCZ??1?B'(1??2???)RTVVVRTBC?C'[(1??2???)]2???VVV2RTB'BRTCRT'(RT)?1?B'??B'3???C??22VVVVB'RT[B'BRT?C'(RT)2]CRT?1???B'??(5)23VVVB?B ?RT'C?B2C?(RT)2'
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2-13. 某反应器容积为1.213m3,内装有温度为2270C的乙醇45.40kg。现请你试用以下三种方法求取该反应器的压力,并与实验值(2.75MPa)比较误差。(1)用理想气体方程;;(2)用RK方程;(3)用普遍化状态方程。
解:(1)用理想气体方程
nRT0.987?8.314?103?500.15??106?3.38MPa P?V1.213误差:22.9% (2)用R-K方程
乙醇:TC?516.2K, PC?6.38MPa
0.42748R2TC a?PC2.50.42748?8.3142?106?516.22.57 ??2.8039?1066.38?100.08664RTC0.08664?8.314?103?516.2 b???0.0583
PC6.38?106 V?1.213?1.229m3 0.987RTaP??0.5V?bTV?V?b?8.314?103?500.152.8039?107?? 0.521.229?0.0583500.151.229?1.229?0.0583???3.5519?106?7.9247?105?2.76MPa误差:0.36%
(3)用三参数普遍化关联 (Vr?2用维里方程关联,P?2.7766MPa) ??0.635, Pr?P2.75500.15??0.43, Tr??0.97 PC6.38516.2查图2-12~2-13:Z0?0.82, Z1??0.055 Z?Z0??Z1?0.82?0.645?0.055?0.7845
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ZRT0.7845?8.314?103?500.15??106?2.65MPa P?V1.229误差:3.64%
2-14. 容积1m3的贮气罐,其安全工作压力为100 atm,内装甲烷100 kg,问:
1)当夏天来临,如果当地最高温度为40℃时,贮气罐是否会爆炸?(本题用RK方程计算)
2)上问中若有危险,则罐内最高温度不得超过多少度? 3)为了保障安全,夏天适宜装料量为多少kg?
4)如果希望甲烷以液体形式储存运输,问其压缩、运输的温度必须低于多少度?
解:1)甲烷的临界参数为 : Tc = 190.6 K , Pc = 4.6 MPa
8.3142?190.62.5R2Tc a = 0.42748=0.42748?= 3.2217 64.6?10pcRTc8.314?190.6?5?10 b = 0.08664 = 0.08664?=2.985 6pc4.6?101V = =1.6?10?4 m3/mol 3100?10162.5 又 T = 40 ℃
p?RTa?0.5V?bTV(V?b)8.314?313.153.2217?= ?4?50.5?4?4?51.6?10?2.985?10313.15?1.6?10?(1.6?10?2.985?10)
= 1.401?107Pa = 138.3 atm > p安 = 100 atm 故 储气罐会发生爆炸。
2) P = 100 atm = 1.013?107pa 由RK 方程
1.013?107?
8.314T3.2217用?4?50.5?4?4?51.6?10?2.985?10T?1.6?10?(1.6?10?2.985?10)8