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Introduction to Chemical Engineering
Thermodynamics
Chapter 3Volumetric properties
of pure fluidsSmith
2Chapter 3.
Volumetric propertiesof pure fluids
體積性質用數學式表示時的變數選擇考慮為何?
為什麼要先討論體積性質?
為什麼? 為什麼? 為什麼? 為什麼? 為什麼?
一個物質其莫耳體積有大有小: 所代表的意義? 如何造成其大小改變呢?
3Chapter 3.
Volumetric propertiesof pure fluids
一個化學工業程序中所需要的熱力性質如內能焓熱功等皆可由體積性質估算
數學通式表示式 PVT 狀態方程式為一包
含三個變數的數學方程式其自由度為 2
通式化關聯的 PVT 數據
4Chapter 3.
Volumetric propertiesof pure fluids
純成分物質 P T 相圖
純成分物質 P V 相圖及等溫行為軌跡
臨界行為與物理性質 超臨界流體
5Chapter 3.
Volumetric propertiesof pure fluids
單相區之狀態方程式表示式
計算物質隨溫度與壓力變數之狀態改變的莫耳體積變化量之微分式
常使用之相關熱力性質偏導數定義
熱力性質計算應用
6Chapter 3.
Volumetric propertiesof pure fluids
維里狀態方程式的架構過程
對物質之蒸氣或氣體觀察定溫下之 PV 行為
將實驗數據作圖 由科學研究之圖形得到
一個極限行為 再進行另外定溫實驗數
據之收集與觀察 討論描述該極限行為之
意義
7Chapter 3.
Volumetric propertiesof pure fluids
維里狀態方程式的架構過程 ( 續 )
建立溫度標 作進一步的定義
常數 R 明確陳述常數定義之意
義 架構維里方程式之數學
關係式
8Chapter 3.
Volumetric propertiesof pure fluids
維里狀態方程式的架構過程 ( 續 )
維里方程式的另一表示式
維里方程式的又另一表示式
維里係數之物理意義
不同維里方程式表示式間之係數的換算式
9Chapter 3.
Volumetric propertiesof pure fluids
狀態方程式的家族史 號角響起於 1662 年 再經 125 年理想狀態方程
式之資訊已經週延 後續亞佛加厥定律之提出
正式架構並結論定義理想氣體行為
又經 86 年粒子間作用力與自由空間觀念又被陳述 van der Waals 狀態方程式
微擾理論之觀念被應用於維里方程式
統計力學的角度來發展推演出維里方程式
引領出一片空間發展
10Chapter 3.
Volumetric propertiesof pure fluids
理想氣體 定義壓縮因子 量化值壓縮因子之意義
巨觀行為之理想氣體 由理想狀態方程式描述 內能僅為溫度的函數
理想氣體之相關熱力性質關係式
11Chapter 3.
Volumetric propertiesof pure fluids
狀態方程式應用於計算程序
選定 T 與 V 為獨立變數之熱與功計算式推演
選定 T 與 P 為獨立變數之熱與功計算式推演
12Chapter 3.
Volumetric propertiesof pure fluids
狀態方程式應用於計算程序 ( 續 )
選定 P 與 V 為獨立變數之熱與功計算式推演
定溫程序之計算
13Chapter 3.
Volumetric propertiesof pure fluids
定壓程序之計算
定容程序之計算
絕熱程序之計算
14Chapter 3.
Volumetric propertiesof pure fluids
絕熱程序之理想氣體行為關係
絕熱程序之另外一種數學語言
15Chapter 3.
Volumetric propertiesof pure fluids
絕熱程序
絕熱程序
絕熱程序
絕熱程序
絕熱程序
怕到了吧 哈 哈 哈
16Chapter 3.
Volumetric propertiesof pure fluids
多元程序
通式化之熱的計算式 通式化之功的計算式
17Chapter 3.
Volumetric propertiesof pure fluids
多元程序之狀況討論與比較
18Chapter 3.
Volumetric propertiesof pure fluids
不可逆程序
維里方程式的應用 兩項維里方程式
19Chapter 3.
Volumetric propertiesof pure fluids
維里方程式的應用 ( 續 ) 第二維里係數之求取 三項維里方程式與適用
條件
維里方程式的延伸 BWR 狀態方程式
八參數之狀態方程式
20Chapter 3.
Volumetric propertiesof pure fluids
立方型狀態方程式 可同時描述氣相與液相
的行為 由 van der Waals 於
1873 年提出
21Chapter 3.
Volumetric propertiesof pure fluids
立方型狀態方程式的一般化式
體積立方型 不同參數條件
較重要一類之立方方程式
為兩參數之立方形狀態方程式
a(T) b
22Chapter 3.
Volumetric propertiesof pure fluids
立方型狀態方程式參數的求取
由 PVT 數據回歸計算 由臨界性質求取
23Chapter 3.
Volumetric propertiesof pure fluids
對應狀態方程式之建立無因次的 vdW EOS
兩參數對應狀態理論
第三參數呢
24Chapter 3.
Volumetric propertiesof pure fluids
三參數對應狀態理論
氣相莫耳體積的求取
利用試誤疊代法 用電腦程式計算
25Chapter 3.
Volumetric propertiesof pure fluids
液相莫耳體積的求取
疊代程序起始猜測值 氣相 液相
26Chapter 3.
Volumetric propertiesof pure fluids
氣體通式化關聯 三參數對應狀態理論之
應用
Lee/Kesler 通式化關聯 由 BWR EOS 為計算基
底 以數據表方式呈現
對於量子氣體使用時之相關資訊
臨界溫度
27Chapter 3.
Volumetric propertiesof pure fluids
對於量子氣體使用時之相關資訊 ( 續 )
臨界壓力 臨界體積 ( 比容 )
第二維里係數之通式化式
28Chapter 3.
Volumetric propertiesof pure fluids
液體通式化關聯 Rackett 方程式
兩參數對應狀態理論關聯估算液體體積
另一估算液體體積之計算程序
29Chapter 3.
Volumetric propertiesof pure fluids
劇情如何發展?下章分曉!