Báo cáo tiểu luận môn nhiệt đông học HYDROCACBON Tính chất các chất tinh khiết

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TPHCM
KHOA KỸ THUẬT HOÁ HỌC
BỘ MƠN KỸ THUẬT HỐ DẦU

Tính chất các chất tinh khiết

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN:
HUỲNH QUYỀN

Nhóm thực hiện:
Đào Thị Thanh Xuân
Nguyễn Trọng Hải
1


PHẦN I.
Liên hệ giữa P, V của chất tinh khiết.
Trạng thái cân bằng Lỏng – Hơi

2


Một số khái niệm cơ bản
Hằng số Virial
 Khi áp suất của hệ: v  ∞ thì áp suất P 
RT/v (Khí lý tưởng) hay Pv/RT  1
 Tuy nhiên: v ≠ v ∆v≠0.
#;
 Gọi B=: hằng số virial thứ 2, Ký hiệu là “B”
( có giá trị từ “ âm” khi T thấp đến “dương
nhẹ”khi T rất cao)

 Ví dụ: Hình vẽ 2.1
3


4


Hằng số nén





Ký hiệu Z =Pv/RT
Bản chất của Z thể hiện sự tương tác trong
các cấu tử thực
Ví dụ: ethane có Z ~<1, do lực hút giữa các
phân tử

5


Áp suất hơi cân bằng:




Là áp suất đặc trưng cho chất tinh khiết ở
trạng thái cân bằng lỏng hơi, ký hiệu: Pσ
Ở trạng thái cân bằng, dùng quy tắc sau để

tính tốn thể tích hoặc số mol hai pha:

Hình vẽ 2.2

6


Biểu đồ áp suất, thể tích, nhiệt độ của Ethane
critical
point

dew
point

Bubble
point

M

7





Dew point (điểm sương), bubble (điểm bọt)
Critical point: Điểm tới hạn là điểm mà tại
đó ngưỡng ngưng tụ thu hẹp thành 1 điểm
uốn duy nhất, ta có pt sau:

8


ÁP SUẤT HƠI CỦA HỆ


Trạng thái lỏng và hơi:

Đường cong biểu diễn sự phụ thuộc áp suất hơi của
1 chất vào nhiệt độ P(T) bị giới hạn khi hệ chất ở
nhiệt độ thấp bởi một điểm kép ba, đó chính là
điểm mà ở đó 3 pha R,L,H cùng tồn tại.
Ví dụ: các đường P(T) của hydrocarbon (mạch tăng
dần):
Mạch tăng lên, Tc càng tăng thì Pc càng giảm
Chất có Phân tử phân cực có Pc cao hơn
9


Đường cong áp suất hơi và điểm tới hạn (*) của
parafin C1-C10, CO2 và Methane

10


Sự liên tục của pha lỏng, hơi: “chu trình điểm tới hạn”
P >> Pσ
Lỏng
quá bão
hòa

Lỏng
bão hòa

Hơi bão
hòa

11


Các phương trình của áp suất



PT Clapeyron:
Khi chuyển dn mol từ L sang V kéo theo sự thay đổi
năng lượng Gibbs: +dn.gV,σ
và : – dn.gL,σ
Ở Trthái cân bằng, tổng thay đổi =0:



Do đó dẫn đến PT sau:



12


Các tương quan thực nghiệm

Giúp giải phương trình trạng thái Clapeyron
Phương trình Clausius –Clapeyron
lnPσ=A+B/T
PT Antonie


PT Frost-Kalkwarf:
13


PHẦN 2. GiẢN ĐỒ ENTHALPY VÀ
NHIỆT HÓA HƠI




Sư phu thuộc của Entanpi vào nhiệt đơ và
áp suất
Tính tốn các đặc tính nhiệt động học

14


Sự phu thuộc của Entanpi vào nhiệt đô và áp
suất

* Đoạn AB: thay đổi trong
chất lỏng từ 285 đến
293.15K
* Đoạn BC: T=293.15 K,

quá trình bay hơi tại áp
suất riêng phần
* Đoạn CD: Thay đổi
Enthalpy trong pha hơi từ
293.15 đến 315 K
* Điểm tới hạn: Tại điểm
có sự đờng nhất giữa pha
lỏng và pha hơi.
15


Quan hệ của nhiệt dung Cv,σ; Cp,σ tại trạng thái bão hòa với
nhiệt dung đẳng áp:

16


2.3.2.Nhiệt hóa hơi
(Nhiệt hóa hơi giảm khi nhiệt độ tăng và bị giới hạn tại nhiệt độ tới hạn )

17


Tính tốn nhiệt hóa hơi theo phương trình
Clapeyron

18


Nhiệt hóa hơi, ∆hσ/RT ở áp suất khí quyển

19


Tính tốn nhiệt hóa hơi theo nhiệt độ dựa
vào phương trình thực nghiệm Watson

20


2.4.Tính tốn các thơng sớ nhiệt động
* Phương trình trạng thái của khí lý tưởng không phù hợp với khí thực
* Năng lượng trong hệ khí thực bao gồm cả các tương tác phân tử (chuyển
động, tự quay, dao động v.v…)
* Khái niệm “residual”, các hệ số bổ sung
* X: biểu diễn chung cho 1 thông số bất kỳ (nội năng, enthalpy, entropy v.v…)

21


2.4.1Tính toán Residual Entanpy (Hres)

22


2.4.1Tính tốn Enthalpy dư (Residual Enthalpy - H res)
Để tính toán nội năng dư ở nhiệt độ và áp suất đã biết:

Tuy nhiên, đới với nội năng của khí lý tưởng, sự chênh lệch là 0. Vì thế,
chúng ta có:

Để đạt được enthalpy dư, ta tính tốn theo các phương trình sau:
Phương trình tổng quát

23


2.4.2. Tính tốn năng lượng tự do Gibbs
Đạo hàm của hàm năng lượng Gibbs theo áp suất tại nhiệt độ
không đổi (đẳng nhiệt) bằng thể tích

Đới với khí lý tưởng, khơng bằng zero

Vì thế, chúng ta viết:

24


2.4.2. Tính tốn năng lượng tự do Gibbs thơng qua năng lượng Helmholtz

Thời gian dư được tính tốn theo phương trình sau:

Để đạt được năng lượng Helmholtz dư ở nhiệt độ và áp suất đã cho, chúng ta có:

Tương phản với nội năng, sự biến thiên năng lượng Helmholtz của khí lý
tưởng theo thể tích khơng bằng zero:

25