Termodynamika procesowa i techniczna - ćwiczenia. Zestaw nr V

(semestr zimowy 2013/2014 )

Zad. 1.

Należy obliczyć ciśnienie, które trzeba zastosować, aby lód topił się w temperaturze -3 ºC.

Ciepło topnienia lodu wynosi 6.031 MJ/kmol. Gęstość ciekłej wody w tej temperaturze wynosi 999.8 kg/m3, natomiast lodu 916.8 kg/m3. Współrzędne punktu potrójnego dla wody wynoszą: temperatura 0.01 ºC, ciśnienie 611 Pa. Założyć stałość ciepła topnienia i gęstości lodu oraz wody. Należy obliczyć też temperaturę topnienia lodu pod ciśnieniem 1000 barów.

Zad. 2. Doświadczenia równowagowe procesu sublimacji dwutlenku węgla wykazały że ciśnienie pary nasyconej nad ciałem stałym w zakresie temperatur od 150 K do 216 K można za pomocą wzoru:

4

2

ln[ p ( T )]

25.667 0.3 T

5.5904 10 T

s

[ p ]

Pa

[ T ]

K

s

Należy:

1. Obliczyć równowagową temperaturę sublimacji [ºC] pod ciśnieniem 1 bara.

2. Obliczyć ilość ciepła, którą należy odprowadzić aby uzyskać z gazowego CO2 100 kg suchego lodu pod ciśnieniem 1 bara. Ciepło to wyrazić w MJ oraz kWh.

Zad. 3.

Normalna temperatura wrzenia metanu CH4 (pod ciśnieniem p0=1.013 bara) wynosi

-161.7 °C. Natomiast w temp. -153.1 °C ciśnienie pary nasyconej metanu wynosi 1.92 bara.

Należy obliczyć:

a) Średnie ciepło parowania metanu w podanym zakresie temperatur.

Odp.: Δhv=8.271 MJ/kmol

b) Ciśnienie nasycenia w temperaturze -158 °C. Odp.: pn=1.349 bar c) Gęstość pary nasyconej metanu w tej temperaturze zakładając, że jest ona gazem doskonałym. Odp.: ρ=2.26 kg/m3

d) Wynik otrzymany w punkcie b) porównać z wartością otrzymaną na podstawie równania Antoine'a ze stałymi: A=6.69561 B=405.42 C=267.78, przy czym równanie ma postać: B

lg ( p )

A

[ p ]

mmHg, t



[ ]

C

10

n

t

C

n

Odp.: pn=1.341 bar

e) Obliczyć temperaturę wrzenia metanu pod ciśnieniem 1.5 bara na podstawie: 1. Wzoru Clausiussa-Clapeyrona i ciepła parowania obliczonego w punkcie a).

Odp.: tw= -156.57 ºC

2. Wzoru Antoine'a i stałych z punktu d). Odp.: tw= -156.53 ºC

Zad. 4.

Wykorzystując różniczkową postać równania Clausiusa – Clapeyrona oraz równanie Antoine’a ze stałymi podanymi na wykładzie obliczyć ciepło parowania fenolu (C6H5OH) w temperaturze 20 ºC i 80 ºC oraz wyrazić je w MJ/kmol i kJ/kg.

Odp.: Δh(20 ºC)=65.866 MJ/kmol=700.34 kJ/kg, Δh(80 ºC) =55.787 MJ/kmol=593.18 kJ/kg Zad. 5.

Należy wyznaczyć prężność pary nasyconej wody w temperaturze 82 ºC. Biorąc pod uwagę, że doświadczalna wartość szukanej wielkości wynosi 51387 Pa, obliczyć popełniony błąd względny. Zadanie wykonać następującymi metodami: a) Metodą tablicową za pomocą tabeli przedstawionej na wykładzie b) Za pomocą wykresu Coxa

c) Za pomocą równania Clausiusa – Clapeyrona, przyjmując że w temp. 100 ºC

woda wrze pod ciśnieniem 1 atm a ciepło parowania w tych warunkach wynosi 2.2564 MJ/kg

d) Za pomocą równania i stałych Antoine’a przedstawionych na wykładzie e) Za pomocą 5 parametrowego wzoru wynikającego z całkowania równania Clausiusa –

Clapeyrona przy zależności ciepła parowania od temperatury, z wykorzystaniem stałych podanych na wykładzie

f) Za pomocą wzoru Lee – Keslera z uwzględnieniem danych krytycznych: Tkr=647.1 K, pkr=22.064 MPa, ω=0.348

g) Za pomocą wzoru Wagnera ze stałymi:

a = -7.7794 b = 1.4803 c = -2.77761 d = -1.29989

Uszeregować zastosowane metody wg uzyskanej dokładności.