《化工基础数据》PPT课件.ppt

1,第三章 化工常用基础数据,物性数据和热力学数据是化工计算的基础数据。在化工计算及化工工艺和设备设计中 必不可少地要利用有关化合物的物性数据。例如，化工过程物料与能量衡算时，需要用到密度、沸点、蒸气压、焓、热容及生成热等基础数据；设计一个反应器时，则需要化学反应热的数；计算传热过程时，需要导热系的数据等。获得准确、可靠的数据是进行物料衡算和能量衡数以及化工过程计算的必须的准备工作。,2,第三章 化工常用基础数据,化工基础数据包括：基本物性数据。如临界常数（临界压力、临界温度、临界体积）、密度、状态方程参数、压缩系数、蒸气压、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。化学反应和热化学数据。如反应热、生成热、燃烧热、反应速率、活化能、化学平衡常数等。传递参数。如黏度、扩散系数、热导率等。,3,第三章 化工常用基础数据,在进行化工计算或设计时，设法取得所需的有关基础数据是重要的一步。这些数据可从有关的化学化工类手册或专业性的化工手册中查到。常用的一些通用性手册有：化学工程手册，化学工程手册 编辑委员，化学工业出版社，1996。化工工艺设计手册，国家医药管理局上海医药设计院编，化学工业出 版社，1996。化工工艺算图手册，刘光启、马连湘 主编，化学工业出社，2002。化工物性算图 手册，刘光启、马连湘 主编，化学工业出社，2002。,4,第三章 化工常用基础数据,专业性的手册：石油化工基础数据手册 无机盐工业手册，上、下册（第二版），天津化工研究院编，化学工业出 版社，2003；卢焕章编，化学工业出 版社，1982。氮肥工艺设计手册 理化分册，石油化学工业部化工设计院主编，石油化学工业出版社，1977，等。当手册或文献中查不到现成的数据或查得数据不完整时，可用估算或用实验直接测定的方法得到。,5,第三章 化工常用基础数据,1.掌握化工常用基础数据类型；2.掌握收集化工常用基础数据的方法；主要内容 常用基本物性数据 常用热力学物性数据 化学反应和热化学数据 传递参数,本章要求,6,第一节 常用基本物性数据,理想气体状态方程 对于气体而言，压力、温度和体积是三个最基本的性质，它们决定了气体的状态。低压气体都服从同一个状态方程，即理想气体状态方程。pV=nRT 理想气体状态方程适用于低压气体，对高压气体误差较大，不能应用。高压气体？范德华方程、RK方程（SRK方程）、对比态原理法求解等,8,第一节 常用基本物性数据,二、临界常数 概念：1.临界温度 气体可以液化的最高温度称为临界温度，记作Tc。2.临界压力 临界温度下气体液化所需的最低压力称为临界压力，记作Pc。3.临界体积 在临界温度及临界压力下，1mol气体所占的体积称为临界体积，记作Vc，即为摩尔临界体积。4.临界常数的应用临界温度、临界压力和临界体积通称为临界常数。,9,第一节 常用基本物性数据,临界常数的应用：临界常数是重要的物质基本性质数据，它不仅表示本身的物理意义，而且也是用以计算其他物质基本性质的主要数据。常用元素，无机物及有机物的临界常数可由手册直接查得。也可根据有关手册中介绍的用物质基团贡献法，按物质的基本结构进行估算。在缺乏物质基本性质数据时，通常使用临界常数估算常用的物性数据（密度，蒸汽压，粘度，热电导）和一些经验公式的参数。如：利用临界常数计算范德华常数,11,第一节 常用基本物性数据,二、密度和相对密度1.密度密度单位体积的物质所具有的质量称为该物质的密度。定义式为理想气体：非理想气体：非理想气体状态方程（如克克方程和范德华方程）计算,液体混合物的密度计算,气体混合物的密度计算,13,第一节 常用基本物性数据,重度 单位体积物质的重量称为该物质的重度，定义式：重度的单位为kgf/m3，在国际单位制中为N/m3。2.相对密度 物质A的相对密度是物质A的密度与基准物质的密度之比。相对密度一般可通过数据手册查得。,14,第一节 常用基本物性数据,三、蒸气压和饱和蒸气压 在一定的温度下，液体内的一些分子会由于运动而逸出液面形成蒸气，同时还有一部分分子从蒸气中经过液面进入液体内。当逸出液面进入蒸气的分子总数与经过液面进入液体的分子总数相等时，我们就说液体与其液面上的蒸气呈饱和状态。当液体与其蒸气呈平衡状态时，此蒸气所产生的压力称为饱和蒸气压，简称为蒸气压。蒸气压随温度升高而增加。在相同的温度下，不同的液体的饱和蒸气压不同。蒸气压越高，液体越容易汽化。,15,第一节 常用基本物性数据,典型蒸气压计算经验公式1.安托尼(Antoine)公式：安托尼公式可以用另一种形工表示,17,第一节 常用基本物性数据,蒸汽压的计算举例 例2-2 巳知水的安托尼常数A7.96681，B1668.211 C228求100时水的饱和蒸气压为多少？解：得：,18,第一节 常用基本物性数据,2.克拉贝龙（Clapeyron）蒸气压方程：,19,第二节 常用热力学物性数据,热力学物性数据是化工计算中常用的另一类基础数据。常用的有：内能、焓、熵、热容、相变热、自由能、自由焓等。本节主要内容是介绍热容、相变热、焓等热力学物性数据的物理意义、计算或估算方法。,20,一、热容 当对物质进行加热时，其温度升高，当物质冷却时放热，其温度降低。单位质量的物质温度升高1K（或l）所需的热量称为热容，又叫比热。1.分类 按物质的量分 质量热容，单位为 摩尔热容，单位为 按过程特征分 恒压热容：恒容热容：气体的 和 不同，但固体和液体的 和 差别很小。化工计算中所用的热容一般都是等压热容。,第二节 常用热力学物性数据,21,2.计算方法 式中a、b、c、d物质热容随温度变化的拟合参数 当缺乏数据时，可用基团结构加和法进行估算。适合：理想气体,第二节 常用热力学物性数据,24,（3）真实气体的热容.,第二节 常用热力学物性数据,25,第二节 常用热力学物性数据,二、相变热1.定义 任何物质都有三种相态，气相、液相和固相，在化工生产过程中，因为反应条件的变化和化学反应的影响，常有物质会从一种相态变到另一种相态，出现蒸发、冷凝、结晶、升华等相变过程，在相变发生的过程中伴随着热量的产生，称为相变热。2.分类蒸发热（或冷凝热）：当温度和压力不变，1mol液体蒸发时所需的热量（或气体冷凝时放出的热量），用 表示。熔融热（或凝固热）：当温度和压力不变，1mol固体熔融所需的热量（或液体凝固时放出的热量），用 表示。升华热（或凝华热）：当温度和压力不变，1mol固体升华时所需的热量（或气体凝华时放出的热量），用 表示。,3.计算相变热的经验公式 蒸发热的经验公式：特鲁顿（Trouton）法则 Hv蒸发热 Tb 液体正常沸点 C1 常数，非极性液体为88，水与低分子醇类为109。里德尔（Reidel）法则 Hv正常沸点下的蒸发热 Tbr 对比正常沸点,克-克（Clausius-Clapeyron）方程 P10,P20 温度T1,T2下的饱和蒸气压沃森（Watson）公式 Tr1,Tr2温度T1,T2下的对比温度,4举例例2-4 用特鲁顿和里德尔公式分别计算乙醚在正常沸点时的蒸发热（乙醚的、）。解：（1）用（2-16）式计算，取88，则（2）用（2-17）式计算，由、,29,三、焓1.定义焓是一个状态函数，它的定义式是：式中 H体系的焓，J；U体系的内能，J；p体系的压力，Pa；V体系的体积，m3 2.计算,第二节 常用热力学物性数据,30,第二节 常用热力学物性数据,对于高压过程 的影响不能忽略，其值可由实验测定；对于理想气体，焓仅是温度的函数，而与压力、体积的变化无关。焓与内能一样，都是热力学函数中的状态函数，这种状态函数的变化值与过程的途径无关，只与所处的始末状态有关。,31,化工产品的生产过程往往伴随着化学反应，化学反应过程的反应热是能量衡算过程中的一个重要参数，本节重点介绍标准生成热、标准燃烧热及反应热的有关概念及它们之间的联系。,一、标准摩尔生成热,第三节 化学反应和热化学数据,在25，101.3kPa下，由稳定单质生成1mol化合物时的焓变即为标准摩尔生成热，以 表示，单位为：kJmol-1，与物质状态有关，同一种物质在气态、液态和固态的标准生成热都是不一样的，在25，101.3kPa下，处于稳定状态的单质其=0，常见物质的 可查有关的手册.,32,二、标准燃烧热,第三节 化学反应和热化学数据,在25，101.3kPa下，由各种处于稳定状态的1mol物质进行燃烧反应生成指定燃烧产物时的焓变，称为物质的标准燃烧热，以 表示。常见物质的 可查有关的手册.指定燃烧产物都有一定的规定，规定的内容主要是物质组成和状态，常见元素的燃烧指定产物如下 C 的 燃烧产 物为 CO2(g)；H的燃烧产物为H2O(l)；N 的燃烧产物为N2(g)；S 的燃烧产物为SO2(g)；Cl 的燃烧产物为 HCl（稀的水溶液）。燃烧热的数据和所对应的反应式是有关系的，所以标准摩尔燃烧热所对应的反应式是指 mol 化合物与正好足够的O2 反应，生成指定的燃烧产物的反应式。,33,三、反应热 随化学反应的进行而放出 或吸收的热量称为化学反应热，简称反应热，它反映了化学反应过程中体系各物质焓值的变化，以 表示。1）由标准生成热计算标准反应热由标准生成热计算标准反应热可采用下式：2）由标准燃烧热计算,第三节 化学反应和热化学数据,35,第三节 化学反应和热化学数据,36,一、黏度1.定义 当流体流动时，由于其内部分子间的作用力不产生的阻力。不同的流体产生的阻力大小不同，所以有的流体容易流动，有的流体较难流动。表示这种阻力大小的物性叫做黏度。,第四节 传递参数,对于液体或气体产品，黏度是表示其质量的一个重要指标，比如润滑油或航空汽油的一个重要规格就是黏度。在流体流动及输送过程中，在一些化工单元操作中，黏度对压力降以及液滴分散程度起重要作用，因此是计算、设计过程中不可缺少的参数。一些纯流体的黏度可通过有关手册查取获得，混合物的黏度通常可直接用黏度计测定得到，也可通过有关经验式进行估算。,37,2.分类 黏度一般分为动力黏度和运动黏度两种。动力黏度动力黏度度是两流体层相距1cm，其面积各 为1cm2，相对 移动速度为lcms时所产生的阻力。动力黏度又称绝对黏度，通常所谓的黏度就是指动力黏度。运动黏度运动黏度是流体的动力黏度与其密度之比：,第四节 传递参数,38,第四节 传递参数,3 粘度的计算,（1）低压纯气体的粘度计算公式,（2）纯液体在正常沸点以下的粘度可用下式估算,39,第四节 传递参数,41,二、热导率 热量能够从物体的高温部分沿着物体传到其低温部分。这种传热过程叫做热传导。不同的物质传热的本领并不相同。物质的传热本领可以用热导率表示。热导率的定义为物质厚度为1m，其两壁面温度相差1K时，每单位时间通过该平壁的热量，以表示，数值越大，该物质的导热性能越好。规律：金属的热导率最大，传热效果最好，非金属的固体次之，液体的较小，气体的最小。,第四节 传递参数,