Курсовая работа. 2 вариант

Федеральное агентство по образованию Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Южно-Уральский государственный университет»

Факультет «Экономика и предпринимательство»

Кафедра «Финансовый менеджмент»

ПОЯНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

К КУРСОВОЙ РАБОТЕ

по дисциплине «ТОПТ»

Фазовые равновесия в однокомпонентных системах

ЮУрГУ-0805026521.2010.638.ПЗ КР

Вариант - 22

Руководитель

__________ В.М.Жихарев

Нормоконтролер

______________В.М.Жихарев

_________________2011 г.

______________2011

Автор курсовой

студент группы ЭиП- 125

__________ Ш.Н.Квимсадзе

_________________2011 г.

Курсовая защищена

с оценкой

______________________

________________2011 г.

Челябинск 2011

Задания:

1. Построить графики зависимостей от и рассчитать величины постоянных коэффициентов в интегральных уравнениях Клаузиуса-Клапейрона для фазовых равновесий

А_ж = А_газ , А_тв= А_газ .

2. Вычислить теплоты испарения, возгонки и плавления веществ, считая их постоянными в исследованном интервале температур.

3. С помощью полученных аналитических зависимостей p = f(T), рассчитать точные координаты тройной точки , характеризующей трехфазное равновесие А_тв = А_ж= А_газ.

4. Построить диаграмму фазовых равновесий в координатах Р- Т, проведя линии по расчетным значениям Р и Т и нанеся на график экспериментальные точки и линию двухфазного равновесия А_тв =А_ж .

5. Определить количественное влияние внешнего давления на температуру плавления вещества, определив величину

6. Рассчитать нормальные температуры кипения и плавления вещества температуры плавления вещества А при давлении Р

7. Результаты расчетов представить в сводной таблице. Сделать выводы по курсовой работе.

АННОТАЦИЯ

Курсовая работа по курсу «ТОПТ». – Челябинск: ЮУрГУ, 2011, 11с.,,5 табл.3 графика;

Курсовая состоит из решения семи задач и заключения. Описывается решение задачи, построения графиков по соответствующим разделам. В заключении подводится итог проведенной работы.

Содержание :

Введение…………………………………………………………………5

Решения ………………………………………………………………….6

Заключение ………………………………….…………………………11

Исходные данные к курсовой работе

В таблице приведены:

- экспериментальные данные по упругости паров над некоторым чистым твердым (А_ТВ) и жидким (А_Ж) веществом при разных температурах;

- плотности твердого и жидкого веществ d_тв и d_ж , г/см³ ( в расчетах их следует считать постоянными в исследованном температурном интервале );

- давление Р , Па;

- молярная масса М, г/моль, веществ А.

Решение.

1. Согласно уравнению Клаузиса – Клапейрона для равновесий

А_тв = А_ж =А_газ

имеем в предположении постоянства теплот сублимации и испарения

(1)

(2)

Результаты вычислений, необходимых для построения графиков зависимостей представлены в таблице. Тот факт, что на рис. 1.1 зависимости хорошо аппроксимируются прямыми линиями ab и cd , свидетельствует о допустимости предположения . Определяем постоянные A и A ( угловые коэффициенты прямых), используя координаты точек a, b, c и d.

Таблица №1

Равновесие А_тв = А_газ

Экспериментальные данные					расчет
Т, К	Р (тв), Па	х =	у=lnр	Т, К		Р (тв), Па
248	7998	4,03	8,99	250		16449
254,4	13300	3,93	9,5	252		17680
258	17995	3,88	9,8	256		20355
259	19995	3,86	9,9	257		21071
260	23327	3,85	10,06	262		24945

Таблица №2

Равновесие А_ж =А_газ

Экспериментальные данные					расчет
Т, К	Р (тв), Па	х =	у=lnр	Т, К		Р (тв), Па
260	23327	3,85	10,06	262		27763
265	27190	3,77	10,21	264		33170
270	31860	3,7	10,37	268		46972
278	40290	3,6	10,6	276		91390
282	47990	3,55	10,78	280		125672

Рис.1.1 График зависимости

Постоянные интегрирования можно определить, подставляя в линейное уравнение при известных координату любой точки прямых ab и cd

(3)

(4)

Таким образом, в исследованном интервале температур зависимости упругости пара над твердым и жидким веществом описываются уравнением (Па)

или (5)

или (6)

2. Теплоту возгонки (сублимации) и испарения определяем по величинам

(7)

(8)

Теплоту плавления вещества вычисляем, используя закон Гесса,

,

3,4.

Рис.1.2. Диаграмма фазовых равновесий (р – Т- диаграмма) чистого вещества А;

Линия ОА – двухфазное равновесие А_тв = А_газ, уравнение (7),

Линия ОК - двухфазное равновесие А_{ж =} А_газ, уравнение (8),

Линия ОВ - двухфазное равновесие А_{ж =} А_тв

Точка О характеризует параметры трехфазного равновесия А_тв = А_ж = А_газ

3, 4. В таблицах представлены результаты расчетов р_тв = f(Т) по уравнениям (7) и (8). А на рис.1.2 результаты этих расчетов представлены кривыми ОА и ОК вместе с результатами экспериментальных исследований.

Точные координаты тройной точки (точки пересечения прямых на рис 1.1 и кривых упругостей паров на рис1.2 ) можно определить, приравняв первые части уравнений (12) и (13)

(9),

Отсюда температура трехфазного равновесия

Т₀ = ;

Т₀ =

Т₀ = 260 К

Давление паров трехфазного равновесия А_тв = А_ж = А_газ. вычисляем, подставив Т₀ = 260 К в уравнение

р₀ = = (10)

5.Оценить влияние внешнего давления на температуру плавления вещества можно по знаку и величине производной

Найти ее можно с помощью уравнения

= , в котором V_пл = V_ж - V_тв = ,

где М – молекулярная масса исследуемого вещества,

d_тв , d_ж - плотности твердого и жидкого вещества,

В данном расчете можно воспользоваться найденной ранее температурой трехфазного равновесия Т₀ = 260 К представляющей одновременно температурой плавления вещества при давлении р₀ = Па

Тогда V_пл = V_ж - V_тв = = = = (38,1 – 37,6) = 0,5 = 5 м³/моль (12)

Тогда = = = К/Па

Т.к. >0, то следует сделать вывод, что с ростом давления температура плавления должна возрастать.

6. Нормальную (при Р_вн = 1 атм = 1,013×10⁵ Па) температуру кипения рассчитываем по формуле с учетом того, что всякая жидкость закипает тогда, упругость ее паров равна внешнему давлению Р_(ж) = Р_вн

(13)

Отсюда получаем

7. Температура плавления вещества при давлении 100 атм вычисляется аналогично расчету нормальной температуры плавления вещества.

= = = К/Па

9910⁵ + 260

260,04 К/Па

То есть увеличение внешнего давления до 100 атм приводит к увеличению температуры на 0,04 градус.

Заключение:

1)Построили график зависимости lnp от 1/T и рассчитали величины постоянных коэффициентов в уравнениях для Клаузиса – Клапейрона.

2) Вычислили теплоты испарения, возгонки и плавления вещества, считая их постоянными.

3)Рассчитали точные координаты тройной точки.

4)Построили диаграмму фазовых равновесий в координатах.

5) Определили количественно влияние внешнего давления на температуру плавления вещества.

6)Рассчитали нормальные температуры кипения и плавления вещества.

7)Результаты расчетов представили в сводной таблице.

Сводная таблица.

Угловые коэффициенты прямых	А
	A’
	B
	B’
Теплота испарения вещества	∆Hисп
Теплота возгонки (сублимации) вещества	∆Hвозг
Теплота плавления вещества	∆Hплав
Координаты тройной точки	Р0
	Т0	260 К
Температура плавления		260,04 К/Па
Температура кипения

12