Boyle’s Law 1662constant constant temperature pV =.
Trang 12.1 Ph ng trình tr ng thái c a ch t khí
2.2 Nhi t dung riêng c a ch t khí
2 Pt tr ng thái c a ch t khí
Trang 21.4
2.1 Ph Ph ng trình tr ng thái c a ch t khí ng trình tr ng thái c a ch t khí
- T i tr ng thái cân b ng, th c nghi m và lý thuy t cho th y:
0 )
, , ( p v T =
f
cho phép tìm th y thông s th 3 khi bi t 2 thông s kia
2.1.1 Ph ng trình tr ng thái khí lý t ng
2.1.2 H n h p khí lý t ng
2.1.3 Ph ng trình tr ng thái khí th c
Trang 31.4.1 Ph Ph ng trình tr ng thái khí lý t ng trình tr ng thái khí lý t ng ng
Ü Khí đ c xem là khí lý t ng n u th a mãn 2 đi u ki n sau:
- Không có l c t ng tác gi a các phân t và nguyên t
- Không có th tích b n thân phân t
Ü Khí th c có th xem là khí lý t ng đi u ki n áp su t khá
th p và nhi t đ khá cao
Ü M i quan h gi a các thông s p, v, T c a khí lý t ng đ u tiên đ c rút ra t các k t qu th c nghi m, sau đó đ c ch ng minh b ng lý thuy t nh thuy t đ ng h c phân t
Trang 4Ü Mô ph ng chuy n đ ng c a phân t khí
Trang 5Boyle’s Law (1662)
constant (constant temperature)
pV =
Trang 6Charles’ Law (1776)
constant (constant pressure)
V
T =
Trang 7Gay-Lussac’s Law (1802)
constant (constant volume)
p
T =
t ( o C)
Trang 8Ph ng trình tr ng thái khí lý t ng (Pt Clapeyron)
RT
pv = hay: pV = GRT
trong đó: - p (N/m2 ): áp su t tuy t đ i c a kh i khí đang xét
- v (m3/kg): th tích riêng c a kh i khí đang xét
- V (m3): th tích c a kh i khí đang xét
- T (oK): nhi t đ tuy t đ i c a kh i khí đang xét
- G (kg): kh i l ng c a kh i khí đang xét
- R (J/kg.đ ) h ng s c a ch t khí đang xét
μ μ
μ = 8314
= R
R V i μ là kh i l ng phân t c a 1 kmol khí
đang xét (vd: μ c a O2 là 32 kg , c a N2 là
28 kg, vv )
Trang 9Ví d 1.4 [1]: xác đ nh th tích riêng c a CO2 t i:
p = 70 bar
T = 40 oC
Gi i: CO2 ⇒ μ = 12 + 2x16 = 44 (kg / kmol)
(Ho c tra theo b ng 1.3 [1]: μCO2 = 44.01 (kg / kmol)
S d ng pt tr ng thái khí lý t ng:
) /
( 00845
0
) 273 40
( 955
kg m
x RT
v RT
đo kg J
R CO 188 955 ( / )
44
8314
n u xem khí CO2 đi u ki n trên nh khí lý t ng
Trang 102.1.2 H n h p khí lý t ng
1
1
2
=
n
i
i
G G
G G
x
x x
o o o
x x x
o
oo
p,V,T
p,V 1,T
p,V 2,T
1
1
2
=
n
i
i
V V
V V
x
x x
o o o
p,V,T
p 1,V,T
p 2,V,T
x
x x o
o
o
n
p p
p
p = 1 + 2 + +
Ü H n h p các khí lý t ng c ng là khí lý t ng
G
G
g i = i
Ü Thành ph n kh i l ng
V
V
r i = i
Ü Thành ph n th tích
Ü nh lu t Gibbs-Dalton
Trang 11H ng s ch t khí Rhh c a h n h p
Ü Phân t l ng t ng đ ng c a h n h p
n n
hh
g g
μ
/
/ /
1 2 2
1
i c a hh)
n n
μ = 1 1 + 2 2 + + (n u bi t r
i c a hh)
Ü H ng s ch t khí t ng
đ ng R c a h n h p hh
R R
μ μ
μ 8314
=
Ü Quan h gi a ri và gi
hh
i i i
r g
μ
μ
=
hay:
Trang 12Ü Th tích riêng và kh i l ng riêng c a h n h p
n
n hh
hh hh
g g
g G
V v
ρ ρ
=
2
2
1
1
(n u bi t gi c a hh)
n n hh
hh
V
ρ = = 1 1 + 2 2 + + (n u bi t ri c a hh)
Ü Phân áp su t c a các thành ph n
i
hh i
hh
p
μ
μ
=
n
p = 1 + 2 + +
Trang 13Ü Ví d 1.5 [1]
H n h p khói th i
12.5% CO2 4% O2 83.5% N2
xác đ nh
vhh t i
p1 = 100 kPa
T1 = 227 o C (1)
ng áp
T2 = 27 o C (2)
Xem hh là khí lý t ng
hh
hh hh hh
p
T
R
Ü Tính Rhh:
hh hh
R
μ
8314
= (J/kg đ ) v i: μhh = r1 μ 1 + r2 μ 2 + r3 μ 3
16 30 28
835 0 32 04 0 44 125
.
hh
μ (kg/kmol) R hh = 275 66 (J/kg/đ )
Ü Th tích riêng c a hh: 1 3783 (m3/kg)
10 100
) 273 227
( 66 275
3 )
1
x
x
v hh
8270 0 ) 273 27
( 66 275
) 2
Trang 142.1.3 Ph ng trình tr ng thái c a khí th c
Ü Có h n 200 pt tr ng thái c a khí th c đã đ c công b , h u
nh t t c đ u xu t phát t th c nghi m
v
a
μ
=
−
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+ 2
trong đó: - a: h s hi u ch nh khi tính đ n l c t ng tác gi a các phân t
- b: h s hi u ch nh khi k đ n th tích b n thân c a phân t
Ü thu n ti n tính toán, t pttt c a t ng lo i khí th c
å B NG 1.2 [1] đ d dàng tra c u
Ü Pt Van der Waals đ c thành l p (n m 1871) d a trên pt
tr ng thái c a khí lý t ng:
pt 1.34 [1]
(m 3 /kmol)
v i:
8314
=
=
μ
R
v v
(J/kmol đ )
Ng i so n: TS Hà anh Tùng
HBK tp HCM
1/2009
Trang 15Tính l i VD 1.4: xác đ nh th tích riêng c a CO2 t i:
p = 70 bar
T = 40 oC
Gi i:
a) xem khí CO2 đi u ki n trên nh khí lý t ng.
b) xem khí CO2 đi u ki n trên là khí th c, s
d ng pt Van des Waals
) / ( 00845
0 m3 kg p
RT
v = =
a)
S d ng pt Van des Waals:
v
a
μ
=
−
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛ + 2
B ng 1.2 [1] cho CO2: a = 3.647 bar.(m 3 /kmol) 2
b = 0.0428 m 3 /kmol
( 0 0428) 8314 ( 40 273 )
10 647 3 10
5
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
μ
v v
x x
0 1561
0 647
3 019
29
70v3μ − vμ2 + vμ − =
23 0
v
Ng i so n: TS Hà anh Tùng
HBK tp HCM
1/2009
Trang 162.2 Nhi t dung riêng (NDR) c a ch t khí
Ü Là nhi t l ng c n thi t cung c p cho 1 đ n v ch t khí t ng
lên 1 đ theo m t quá trình nào đó
Ü Phân lo i:
- NDR kh i l ng c (kJ/kg/đ )
- NDR th tích c’ (kJ/m3/đ )
- NDR kmol cμ (kJ/kmol.đ )
' 4
22 c
c
cμ = μ =
Ü Quan h gi a các lo i NDR
Ü Th ng s d ng nh t: c p , c μp (đ ng áp); c v , c μv (đ ng tích)
i n
i
i
=
=
1
v i gi là các thành ph n kh i l ng c a h n h p
Ü NDR kh i l ng c a h n h p khí:
Ng i so n: TS Hà anh Tùng
HBK tp HCM
1/2009
Trang 17B ng NDR kmol c a m t s lo i khí
(kcal/kmol đ )
Ü Note: 1 kcal = 4.186 kJ
kcal/kmol đ
Lo i khí
cμv cμp
Khí 2 nguyên t (O2, N2, ) 5 7 1.4 Khí 3 và nhi u nguyên t
k = c p /c v
Trang 18B ng NDR kmol c a m t s lo i khí
Ü VD: - Khí O2: cμp= 29.3 å cp= cμp/μ = 29.3/32 = 0.9156 kJ/kg đ
- Khí CO2: cμp= 37.7 å cp= cμp/μ = 37.7/44 = 0.857 kJ/kg đ
- Không khí : cp (kk) = 0.23 cp (O2) + 0.77 cp (N2) = 1.016 kJ/kg đ
Lo i khí
cμv cμp Khí 1 nguyên t 12.6 20.9 1.6 Khí 2 nguyên t (O2, N2, ) 20.9 29.3 1.4 Khí 3 và nhi u nguyên t
(CO2, NH3, …) 29.3 37.7 1.3
k = c p /c v
Trang 19Tính nhi t l ng theo nhi t dung riêng
Q = Gc (t2-t1)
trong đó: * Q (kJ): nhi t l ng cung c p cho quá trình
* G (kg): kh i l ng ch t môi gi i
* c (kJ/kg đ ): nhi t dung riêng c a quá trình
* t1, t2 ( o C): nhi t đ đ u và cu i c a quá trình
G
Q
- Gia nhi t cho dòng môi gi i đ ng áp
)
Gc
Q G
- Gia nhi t cho dòng môi gi i đ ng tích
−
=
Trang 20Ví d 2.4 [1]:
Q = ??
V = 300 l không khí
p = 3 at
T1 = 20 oC
T2 = 120 oC
Không khí (21% O2, 79% N2) μKK = 28 84 ≈ 29 (kg/kmol)
x
x x
x RT
pV
) 273 20
( 29 8314
3 0 10 981 0
= +
=
=
Gi i: Q = G c v(T2 −T1)
(kJ kmol đo)
cμv = 20 9 /
KK đ c xem nh khí lý
t ng 2 nguyên t c v = cμv / μ = 20 9 / 29 = 0 721 (kJ /kg.đo)
(120 20) 75 705 ( ) 721
0 05
=
) (t2 t1 Gc