Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

1240

.pdf
Скачиваний:
1
Добавлен:
15.11.2022
Размер:
12.8 Mб
Скачать

Результаты сравнить со значением ДЯпар = 3514 ± 4, найденным опытным путем.

8. Зависимость Р от t можно выразить уравнением lg Р> Т ^н. т. к. [ л - В т ту т, к.

где А, Б и С — постоянные.

1.Какой вид в данном случае примет уравнение (V, 1)?

2.Найти для этилена (ДЯпар) из.г. если

Т„. т. к. = 169,3; рж = 0,549 и рг = 0,0041 г/мл

а постоянные уравнения Р = <р(Т) равны

Л = 4,330; В = 0,59; С = 0,70

9. Ниже приводятся некоторые термодинамические свойства фреона-113 (CI2FC — CFCI2). Зависимость давления пара этого ве­

щества от температуры выражается уравнением

1 g Р = 29,5335 - 24Qy ,IQ - 9,2635 lg Т + 0,0036970 • Т

а плотности сосуществующих фаз — следующими данными:

/ . . .

-3 4 ,4 4

-1 2 ,2 2

+5,56

43,33

71,11

98,89

рг , г/мл .

0,000195

0,000683

0,002385

0,006468

0,01465

0,02925

рж, г/мл .

1,6921

1,6473

1,5866

1,5209

1,4501

1,3742

t . . .

124,12

154,4

177,2

192,4

203,2

209,3

рг, г/мл .

0,05081

0,09397

0,150

0,208

0,280

0,346

рж, г/мл .

1,2985

1,1891

1,0836

0,9916

0,8964

0,8164

Найти теплоты парообразования при температурах, указанных в таблице.

Построить график ДЯпар = у(Т).

10. На основании данных, приведенных в условии примера 2 и найденных при его решении, определить возможность расчета

ДЯпар воды при

t = 100 (Р = i)

и 369(Р =

205,3), если:

1) пре­

небречь объемом

жидкости; 2)

считать пар

идеальным

газом и

3)пренебречь объемом жидкости и считать пар идеальным газом.

11.Показать при помощи уравнения (V, 1), что при низких давлениях приближенное значение ДЯпл можно найти по урав­

нению

Вычислить при помощи этого уравнения теплоту плавления ме­ тана, если зависимость Р от t может быть выражена следующими уравнениями в мм):

для кристаллического метана

320,303

lg р -6 ,3 0 1 8 1 -

265,84 + 1

для жидкого метана

 

 

igP

6,56430

 

 

380,224

 

 

 

 

 

264,804 + 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(^пл “

-

182,5)

 

 

Результат сравнить с экспериментальным значением ДНВЛ= 224.

12.

На

основании

изучения

зависимости давления пара

Н8 (СН,),(ж)

от температуры было предложено следующее урав­

нение

 

ig P » i i M

 

U p ! +6,563 ( 6*0 +-

-юо)

 

 

 

 

 

Можно ли при помощи этого уравнения ориентировочно оценить

зависимость Д #Пар от температуры?

 

 

 

13.

Под внутренней теплотой

парообразования

подразумевают

величину

Д(/п, р - Д Я м р - / > ( У ' - 1 ' * )

 

 

 

 

 

 

Показать, что

 

 

 

 

d In Т

 

 

 

 

Д^пар

_

,

 

 

 

 

 

ДЯПар

1 “

din Р

 

 

14.

Теплота парообразования

октана при

t =

125,7 равна

70,4 кал/г. Найти изменение давления насыщенного пара при изме­ нении температуры (мм/град) вблизи нормальной точки кипения,

приняв, что дТ = ДГ = 1°,

и

сопоставить со значением 21,7, най­

денным по уравнению

^

 

 

дР

8 1 0 - 7 1 0

d P

 

8Ю

*/>— 710

13. Для зависимости АНШр метилового спирта от температуры

предложено уравнение

 

 

 

Д#пар

 

41,5 In Т

Г~ =

266,7 -

Найти повышение температуры кипения при увеличении давления на 1 мм при <н.т.и. = 64,7 и сравнить с приближенным эксперимен­ тальным значением, равным 0,0321 град/мм.

16. Для воды при 1 = 100

# г -= 638,9 и Нк шш100,04 ккал/кг

Можно ли для точного расчета величины дР/дТ пользоваться урав*

(V»2). если ошибка в значениях энтальпий не превышает 0,3 % ? *

17. Определить расход теплоты в процессе изобарного нагре­ вания = 1) 1 кг гексана от tx= 20 до /3 = 100.

Для расчета воспользоваться следующими данными:

(Ср)с.ни (кал/г) = 0,4955 + 0,9362 • 10-3 • /

(Ср)с,н„ <кал/г) = °*2929 + I.0921 • Ю“3. /

lg P (M M )

7,1584

1322,65

240,40

+ 1

 

 

18. Температурная зависимость давления (в мм) насыщенного пара над кристаллическим и жидким аммиаком выражается соот­ ветственно уравнениями:

lg T’N H , = 10,00593 -----1630,70

Тр0дН0д

точки)

и

 

 

lg Я £н> = 11,83997 - --61^ 5- — 0,012311Г +

0,0412521Г2

(от тройной точки до

240 вК)

 

1)Определить координаты тройной точки.

2)Найти ДЯПЛв тройной точке, считая пар аммиака идеальным

газом.

Результат сравнить со справочным значением ДЯПЛ= 1352.

19.Зависимость давления пара водорода от температуры в ин­

тервале от Р = 1 до РКр можно выразить следующим уравнением:

lg Р = - 56,в°-5. + 3,8015 - 0,104587’ + 0,003321Г - 0,0432197Г3

При t =

—245,73

 

 

 

 

 

 

АЯ Пар = 89,71 ккал/кг

 

 

 

рг = 0,00613

кг/л;

рж = 0,06050 кг/л

Согласуются ли эти данные друг с другом?

20.

Найти

мольную

энтропию жидкого диметилацетилена при

t =

25, если его мольная энтропия

в парообразном состоянии при

Р =

1 и / = 25 равна 67,9,

а зависимость Р от / (в интервале от

—30 до

+27,2 °С)

выражается уравнением

 

 

 

lg Р =

6,9567 -

1050,57

 

 

 

230,59 + 1

 

 

 

 

 

21. При исследовании давления пара никотина (СюНмЫг) по­ лучены следующие данные:

/ . .

170

185

190

200

209

221

228

Р, мм

100

160

180

240

300

400

500

Построить график Р = <p(f).

При помощи графика определить ASnap при t = 200,

22. Давление насыщенного пара трехрернистой сурьмы выражается следующими данными:

t . .

795

834

844

863

856

869

952

P t мм

13

20

24

26

35

57

127

1. Произвести сглаживание экспериментальных данных при по* мощи графика \gP =

2.Найти нормальную точку кипения и сравнить с эксперимен­ тальным значением 1080°С.

3.Определить давление пара при t = 895.

23.Температуры сублимации и кипения метана при различных давлениях имеют следующие значения:

Я, мм

1

5

10

20

40

t .

-205,40

-1 9 9 ,0

-1 9 5 ,5

-1 9 1 ,8

-1 8 7 ,7

Я, мм

60

100

200

400

760

t

-185,1

-1 8 1 ,4

-1 7 5 ,5

-1 6 8 ,8

-16 1 ,6

Найти при помощи графика lg P — l/T : 1)

координаты тройной

точки (точки

плавления);

2) мольные теплоты сублимации, паро­

образования и плавления.

 

 

 

 

Результаты решения сравнить с экспериментальными данными:

 

1) i ~

- 182,5,

Р*= 70 мм

 

 

2)ДЯ„л — 224

24.На основании приведенной ниже температурной зависимости

давления

пара жидкого

висмута

вывести линейное уравнение

IgP == фО/Т) (пользуясь методом средних значений):

 

/ . .

470

515

575

580

610

630

705

Р, мм

0,03158

0,03521

0,00492

0,00502

0,01203

0,0204

0,0832

При помощи найденного уравнения вычислить ДЯпар.

25. Показать, что если пар является

идеальным газом, то

Р к _

д „ ( 1

1

п Р ж

ЛЯпл\7 ’пл

т

где Як — давление пара кристаллического вещества при Г; Я* — давление пара переохлажденной жидкости при Т.

Воспользовавшись этим уравнением и графиком, построенным при решении задачи 23, найти (ДЯпл)сН|. Расчет произвести при Т = 81,4; результат сравнить с табличным значением ДЯПЛ= 224.

Насколько изменится результат, если температура переохлаж­ денной жидкости будет найдена по уравнению в мм)

igP

380,224

6,56430

+ 1

 

264,804

26.

Нормальная

температура кипения иода равна 185°С;

ДЯпар =

39,2 кал/г. До

какой температуры следует нагреть иод в

аппарате, в котором поддерживается Р = 100 мм, чтобы

обеспе­

чить его перегонку?

 

 

27. Под каким давлением будет кипеть диэтиламин при t =

20,

если нормальная точка кипения равна 58°, а (ДЯпар) = 6655?

 

28. Температура кипения жидкого метанола при Р =

200

мм

равна 34,7 °С, а при Р = 400 мм равна 49,9 °С.

 

 

Вычислить температуру кипения под нормальным давлением и сравнить ее с наиболее достоверной величиной ta. т. к. = 64,7.

29. Давление паров кристаллического ацетилена при Т = 132 равно 1,7 мм, а при Т == 153 равно 27,6 мм.

Найти теплоту плавления ацетилена, если удельная теплота па­ рообразования его составляет 197,9 кал/г.

30. Зависимость давления (в мм) насыщенного пара жидкого мышьяковистого ангидрида от температуры выражается уравне­ нием

lg Р

6 670

f 13,278

Т

 

 

температура плавления равна 313°С и ДЯПЛ= 7719.

Найти при помощи уравнения, выведенного при решении задачи 25, давление пара над кристаллическим мышьяковистым ангидри­ дом при / = 310 и сравнить со значением Р = 60 мм, найденным

экспериментально.

31. Температура кипения диэтилового эфира при Р = 600 мм равна t = 29,21, а при Р = 900 мм — 40,25.

Можно ли принять величину дР/дТ в нормальной точке кипения равной АР/АТ, если считать, что погрешность измерения давления

пара не превышает 1%?

32. Какое количество воздуха необходимо пропустить через се­ роуглерод при Р = 720 мм и / = 40 для извлечения 30 г сероугле­

рода, если ДЯпар сероуглерода при tB. т. к. =

46,5 равно 85,03 кал/г?

33.

Проверьте справедливость уравнения

(V, 4) на примере ве­

ществ,

для которых значения (ДЯпар)н.т.к.

известны по условиям

ирешениям ранее приведенных примеров и задач данного раздела,

инайдите численное значение константы (среднее арифметическое из всех).

34.Покажите, что если справедливо уравнение (V .4), то урав­

нение

(V, 3) примет вид

( А Н Пар)н. т. к.

 

 

 

 

lg P =

•4,59

 

 

 

-

 

 

 

 

4.575Г

 

 

Проверьте

справедливость этого соотношения на

примере

л-ксилола, для

которого

tB. т. к. — 139,1,

если давление

насыщен­

ного пара при i = 110,2 равно 350 мм.

 

 

35.

Бромистый этил под давлением 900 мм кипит при t = 44,01.

Воспользовавшись уравнением, найденным при решении предыду­ щей задачи, найти tB. т.к,-

Результат решения сравнить с опытной величиной, равной

38,41.

36. Для зависимости теплоты парообразования жидкого серни­ стого ангидрида от температуры предложено уравнение

- ^

^ -

= 247 - 40,2! In Г

 

Можно ли считать, что

для

жидкого сернистого

ангидрида

справедливо уравнение

(V, 4),

если по экспериментальным дан­

ным ta.T.K. — — 10?

этила, ацетона и жидкого сероводорода

37. Для бромистого

/н.т.к. соответственно равны 38,4; —56,5 и —60,4 °С.

tB. т. к. вы­

Подогревание какого

из

этих соединений при t «

зовет наибольшее увеличение давления?

38. Покажите, что если пар считать идеальным газом, то для

веществ, удовлетворяющих

уравнению (V, 4), соблюдаются сле­

дующие закономерности:

 

А#пар

йР

1) у ГР

* 0,256; 2) Т - fir ~ 10,6

2. МЕТОДЫ СРАВНИТЕЛЬНОГО РАСЧЕТА ТЕМПЕРАТУРНОЙ ЗАВИСИМОСТИ

ДАВЛЕНИЯ НАСЫЩЕННОГО ПАРА

Методы сравнительного расчета основаны на сопоставлении температур кипения или давлений пара различных веществ.

Температуры кипения можно найти при помощи уравнений Дюринга

Тз = А\Т\ + B|

(V, 5)

Генглейна

 

In тг = Аг In Г, + Bt

(V, 6)

-1- = А>у- + В,

(V, 7)

(или соответствующих им графиков), где Тг и Т\ — температуры

кипения сравниваемых веществ при равных давлениях пара.

Давление насыщенного пара можно определить по уравнению Киреева

1пР2 = А4\пР, + В,

(V, 8)

где Рг и Р1— давление паров сравниваемых веществ при равных температурах

кипения (или при равных приведенных температурах кипения).

Все четыре уравнения выражают линейную зависимость соот­ ветствующих величин. Константы А и В могут быть определены

графически или аналитически. Результаты расчета тем точнее, чем более сходны сравниваемые вещества.

Давления паров и температуры кипения могут быть найдены и методом выпрямления: на оси ординат откладывают в логариф­ мическом масштабе давление и под углом, близким к 45°, про­ водят (снизу вверх слева направо) прямую, которая должна вы­ ражать давление пара избранного для сравнения (стандартного) вещества; затем по зависимости Р от Т для стандартного веще­

ства размечается шкала температур. В полученных координатах линии Р = ф(Г) для других веществ практически будут прямыми,

причем для родственных соединений они сходятся примерно в одной точке (если продолжить их дальше критических точек); последнее позволяет оценить давление пара данного гомолога по одной точке, если эта зависимость для других членов данного гомологического ряда известна.

Примеры

1.Температуры кипения метанола и воды при Р = 40 мм со­

ответственно равны 5,0 и 34,1 °С, а при Р = 100 мм равны 21,2 и 51,6 °С.

Найти по приведенным ниже температурам кипения воды при различных давлениях температуры кипения метанола при тех же

давлениях. Расчет произвести по уравнению

(V, 5).

 

 

Результаты расчета сравнить с экспериментальными

данны­

ми, которые также приведены ниже:

 

 

 

 

Я, мм

5

10

20

60

200

400

760

1,2

11,3

22,2

41,6

66,5

83,0

100,0

1н2о

*сн3он •

—25,3

—16,2

- 6 ,0

12,1

34,8

49,9

64,7

Р е ш е н и е . Вычисления производим по уравнению

^CHjOH = А\тнго +

константы которого определяем на основании температур кипения сравниваемых жидкостей при двух давлениях:

для

Р =

40 мм

5,0 +

273,2 = Л, (34,1 +

273,2) +

J3,

для

Р =

100 мм . . .

21,2 +

273,2=» Л, (51,6 +

273,2) +

В,

откуда

 

 

 

 

 

 

л ‘- Ш

=о-ят

поэтому

 

278,2 = 0,9205 • 307,3 + В,;

В, = 278,2 - 0,9205 • 307,3 = - 4,7

Следовательно,

 

TcHjOH = 0,92057 На0 — 4,7

Подставляя в это уравнение приведенные в условии примера значения Гн,о, находим Ген,он. Результаты приводим ниже:

р,

ММ .

5

10

20

60

 

200

400

 

760

<сн3он

“ 25,3

- 1 6 ,0

- 6 ,0

11,9

 

34,8

60,0

 

66,6

Среднее расхождение между найденными результатами и при­

веденными

в условии значениями /сн. он

составляет

около

0,2°.

2.

Показать, что

уравнение

(V, 5)

можно вывести

из

уравне­

ния

(V, 2),

если допустить, что при

равном давлении

паров

отно­

шения теплоты парообразования к квадрату абсолютной темпера­

 

 

 

 

 

туры

для

сравниваемых

 

 

 

 

 

веществ

пропорциональ­

 

 

 

 

 

ны друг другу, т, е.

 

 

 

 

 

 

 

(Д ^пар )|

 

.

(^ ^ n a p b

 

 

 

 

 

 

 

1

 

А г

 

7*2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где A i — константа

пролорцио-

 

 

 

 

 

и ш.ности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Р е ш е н и е .

Написав

 

 

 

 

 

уравнение

 

(V,2а)

для

 

 

 

 

 

двух

веществ

при

усло­

 

 

 

 

 

вий

P i =

Рь

получим:

 

 

 

 

 

 

 

d Р _

(А Я „ р ).

 

 

 

 

 

 

 

dT1

 

 

R T f

 

 

 

 

 

 

 

 

d In Р

 

(^пар)г

 

 

 

 

 

 

 

dT*

 

 

RT\

 

Рис. 24.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Разделив первое уравнение на второе, найдем:

 

 

 

 

 

 

 

dT2

(АЯ,пар, ) . Л 1

const = At

 

 

 

 

 

 

 

~dT\

(ЛЯпар)2/т1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

откуда после интегрирования получим (V, 5),

3.Давления пара «-пропилового спирта при / = 20 и 70 соот­

ветственно равры' 14,5 и 239 мм.

Построить график, отвечающий уравнению (V, 8), и найти:

1)давление пара н-пропилового спирта при t = 40;

2)температуру кипения под давлением 147 мм.

Результаты расчета сопоставить с опытными значениями, со­ ответственно равными 50,2 мм и 60 °С. В качестве вещества срав­ нения взять воду. Необходимые для расчета данные заимствовать

Из таблиц Вукаловича.

и

1 = 70 давление

водяного пара

Р е ш е н и е . При t = 20

соответственно равно 0,02383

и

0,3177 кгс/см2 или

17,5 и 233,7 мм.

По двум точкам строим

график (рис. 24)

 

 

 

 

 

при /с,н,он = /н,о.

•в ^с,н,он = Ф(Ig ^н,о)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

при

t =

40 давле­

1.

По таблицам Вукаловича находим, что

ние насыщенного водяного пара равно 0,0752

кгс/см2

(55,3

мм);

по графику определяем

Рс,н,он « 49,5

(расхождение

составляет

около

1,4%).

 

 

что Рс,н,он =

147 мм, отвечает Рн2о **

2.

По рис. 24 находим,

« 1 5 0

мм = 0,204

кгс/см2.

Такое

давление

пара

вода

будет

иметь

при / « 6 0 , 1 ;

следовательно,

/с,н7он =

60,1

(расхождение

составляет около 0,1°).

Задачи

1. Пользуясь найденным при решении примера 1 уравнением, рассчитать температуры кипения спирта при высоких давлениях по приведенным ниже температурам кипения воды. Результаты сравнить с экспериментальными данными:

Р

 

2

5

10

20

30

*40

50

60

/£20

 

120,1

152,4

180,5

213,1

234,6

251,1

264,7

276,5

'сНзОН

 

84,0

112,5

138,0

167,8'

186,5

203,5

214,0

224,0'

2.

Бензальдегид

имеет

/н. т, к. =

179,6;

давление пара

бензаль-

дегида при / =

145 равно 300 мм.

 

 

 

 

 

 

Построить

график, отвечающий

уравнению

(V, 5),

и

найти:

1)

температуру кипения при давлении 500 мм;

 

 

 

2)

давление пара

при t = 112,5.

 

 

 

 

 

Результаты сравнить с Экспериментальными данными, соот­ ветственно равными 163,7° и 112,5 мм. В качестве вещества срав­ нения взять воду. Необходимые для расчета данные заимствовать

из таблиц Вукаловича.

 

 

 

 

 

 

 

3.

По данным, приведенным

в условиях примера 1

и задачи 1:

1)

вывести уравнение

(V, 6);

 

 

 

 

 

2) рассчитать по нему температуры кипения метилового спир­

та при давлениях: 5, 10, 20, 60,

200,

400 и 760 мм и 2,

5,

10, 20,

30, 40, 50, 60 атм.

 

 

 

 

 

 

 

 

Сравнить с результатами, вычисленными по уравнению

(V, 5).

4.

Показать, что

уравнение

 

(V, 6)

можно вывести

из

уравне­

ния (V, 2), допустив,

что при равных давлениях паров

отношения

теплоты парообразования

к

абсолютной температуре

кипения

сравниваемых веществ пропорциональны друг другу, т. е.

 

 

 

(Д /7 пар) |

_

( Д # пар)2

 

 

 

 

 

 

г,

 

Лг

тг

 

 

 

где Аг — константа пропорциональности.

5 З а к. 670

5. Какое допущение следует сделать для вывода уравнения

(V, 7) из уравнения (V, 2)?

6. На основании решения примера 2 и задач 4 и 5 указать,

какой вид примут уравнения (V, 5—7), если для сравниваемых жидкостей справедливо уравнение (V, 4).

7. Пользуясь соотношением

7,

(7|)ц. т. к. т (7г)н. т. к.

(см. результат решения задачи 6), найти температуру кипения бромбензола при Р = 100 мм, если при том же давлении темпера­

тура кипения иодбензола равна .119,1, а нормальные температуры кипения бромбензола и иодбензола соответственно равны 156,1 и

188,6

°С.

 

 

 

 

 

 

Результат сравнить с экспериментальным значением, равным

90,6.

 

 

 

 

 

 

 

8. Пользуясь приведенными

 

в условиях

примера

1 и задачи 1

данными:

 

 

 

 

 

 

1)

вывести уравнение (V, 7)

 

для

метанола;

 

 

2) рассчитать температуры его кипения

при давлениях 5, 10,

20, 60, 200, 400 и 760 мм и 2, 5,

10, 20, 30, 40, 50 и 60

атм.

 

9. Коэффициенты Alt А2 и А3 уравнений

(V, 5—7)

определяют­

ся следующими соотношениями:

 

 

 

 

 

 

( ^ n a p ) i

 

.

(Д" п а р )2

 

 

(а)

 

т]

 

т 2

 

 

 

 

 

1 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(Д"п ар ),

 

,

(Д" п а р )2

 

 

(б)

 

7 |

 

А г

т2

 

 

 

 

 

 

 

 

(Д "п а р )| =

А 3 ( A # пар)2

 

 

(в)

где Т\ и Тг — температуры кипения

сравниваемых

вёществ при одинаковом

давлении. Для метанола и воды Ai =

0,9205; Аг =

1,016; <4j =

1,121

(см. при­

мер 1

и задачи 3 и 8).

 

 

 

 

 

 

Найти при помощи этих уравнений (ДЯпар)СН0Н при

Р = 1 ,

если

при этом давлении (ДЯпар)но = 538,9

кал/г.

 

 

Результат расчета сопоставить с экспериментальным значе­ нием, равным 262,8 кал/г.

Для расчета воспользоваться данными, приведенными в усло­

вии примера 1, и результатами решения примера

1 и задач 3 и 8.

10.

Пользуясь данными,

приведенными

в

условии

задачи 9,

найти

теплоту парообразования

метанола при

Р = 40, если

при

этом давлении температура кипения воды равна

251,1 °С,

а

теп­

лота парообразования воды 408,4 ккал/кг; температура кипения

метанола равна 203,5°.

 

 

 

 

 

Результат расчета сравнить с экспериментальным значением

(141,3

кал/г).

 

 

 

 

 

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]