Курсовая  работа по ТОПТ на тему

   ФАЗОВЫЕ РАВНОВЕСИЯ В ОДНОКОМПОНЕНТНЫХ СИСТЕМАХ

 

      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 независящими в исследованном температурном интервале);

– давление Р , Па;

– молярная масса  М, г/моль, вещества А.

      Задания:

1. Построить графики зависимостей lnp 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 вещества, считая их постоянными в исследованном интервале температур.
3. С помощью полученных аналитических зависимостей р= f(Т), 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 количественно влияние внешнего давления на температуру плавления вещества, определив величину
6. Рассчитать нормальные температуры кипения и плавления вещества и температуры плавления вещества А при давлении Р.
7. Результаты расчетов представить в сводной таблице. Сделать выводы по курсовой работе.

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Экспериментальные данные по упругостям паров твердого и жидкого вещества с известными молекулярной массой М (г/моль) и плотностями d_i (г/см³)

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

1 Построение графика зависимостей lnP от и расчитывание величины постоянных коэффициентов в интегральных уравнениях Клаузиуса-Клапейрона для фазовых равновесий

А_жид = А_газ,   А_тв = А_газ. 
 

Согласно уравнению  Клаузиуса – Клапейрона для равновесий

      Ажид = Агаз

      Атв = Агаз

имеем в предположении  постоянство теплот испарения и сублимации:

      а)       = ,

где , а - разница между энергией второй и первой фазы процесса испарения 

       =

      

        

        (1) 

      б)  ,

где - разница между энергией второй и первой фазы процесса возгонки 

      

        (2)

      Результаты  вычислений, необходимых для построения графиков зависимостей lnP от Т представлены в таблицах 1,2. 
 
 
 

 
 

Таблица №2 - Равновесие Ажид=Агаз

 

      По  данным таблицы строим график зависимости  lnP от (рисунок 1), на котором линия od - равновесие Ажид=Агаз; линия oa – равновесие Атв=Агаз. 
 
 
 

      Таким образом, в исследованном интервале  температур зависимости упругости  пара над твёрдым и жидким веществом  описываются уравнениями:

         (3) 

               (4) 
 
 
 

2 Вычисление теплоты испарения, возгонки и плавления вещества. 
 
 

      Теплоту сублимации и испарения определяем по величинам  и  

        Дж/моль 

        Дж/моль

      Теплоту плавления вещества вычисляем, используя  закон Гесса: 

                         

        Дж/моль 
 

      3 Расчёт точных координат тройной точки трёхфазного

                        равновесия Атв = Ажид = Агаз 

      В таблицах 1,2 представлены результаты расчётов P(тв) = f(T) и P(ж) = f(T) по уравнениям (3) и (4), а на рисунке 2  результаты этих расчётов представлены кривыми OA и ОК вместе с результатами экспериментальных исследований.

      Точные  координаты тройной точки (точки  пересечения прямых на рисунке 1 и  кривых упругостей паров на рисунке 2) можно определить, приравняв правые части уравнений(3) и (4). 

                                               lnPтв= lnPжид 

        

        

      

                        

            отсюда температура  трёхфазного равновесия .

   Давление  паров трёхфазного нонвариантного равновесия

                              Атв=Ажид=Агаз

вычисляем, подставив  =147.3 в уравнение (3) и (4): 

                    11500Па 
 

               5 Количественное влияние внешнего давления на

                           температуру плавления вещества 

      При 300 атм. температура плавления вещества 147.3 К очень мало отличается от температуры тройной точки 147.6 К, поэтому линия двухфазного равновесия на рисунке 2 будет практически вертикальной прямой ОВ, исходящей из тройной точки. Весьма незначительный наклон вправо этой прямой количественно оценивается постоянным коэффициентом влияния внешнего давления на температуру плавления вещества.

                                          Р= Па = 300атм. 

                         (5),

То есть увеличение внешнего давления на 1 атм. приводит к увеличению температуры плавления лишь на 0,000987 градуса. 

         

            6 Расчет нормальных температур кипения и плавления

            вещества и температуры  плавления вещества A при давлении Р 

      Нормальную (при Р_вн = 1 атм = 1,013×10⁵ Па) температуру кипения рассчитываем по формуле (4) с учётом того, что всякая жидкость закипает тогда, когда упругость её паров равна внешнему давлению Ржид = Рвн: 

      

      Нормальная  температура плавления  , как это следует из выражения (5), примерно лишь на 0,000987 К выше температуры тройной точки, поэтому  

        

       , 

где,  

 

 и из этого выражения следует  что:

К