อุณหพลศาสตร์ของสารผสม
3(3-0-9)
เงื่อนไข: โดยความเห็นชอบของสาขาวิชา
สมบัติของไอ และของเหลวในสภาวะอุดมคติและสภาวะจริง (สมบัติโมลาร์บางส่วน ศักย์เคมี สารละลายอุดมคติ และสารละลายจริง แอกติวิตี และสถานะมาตรฐาน) ของผสมหลายองค์ประกอบในระบบอุดมคติและระบบจริง (การกำหนดสภาวะทางอุณหพลศาสตร์สำหรับของผสม สมการทั่วไปของกิบส์-ดูเฮม สมการการเปลี่ยนแปลงสำหรับระบบสารผสมหลายองค์ประกอบ) การประมาณค่าพลังงานอิสระของกิบส์ และค่าฟูกาซิตีขององค์ประกอบในสารผสม สมดุลวัฏภาคในของผสม สมดุลระบบปฏิกิริยาเคมี และสมการการดุล สารละลายอิเลกโตรไลต์ อุณหพลศาสตร์ของวัฏภาคของแข็ง
เค้าโครงรายวิชา
1. สมบัติของสารละลายอุดมคติและไม่อุดมคติ (4 ชั่วโมง)
– สมบัติโมลาร์บางส่วน
– ศักย์เคมี
– แนวคิดเกี่ยวกับฟูกาซิตี
– สารละลายอุดมคติ และไม่อุดมคติ
– แนวคิดเกี่ยวกับค่าแอกติวิตีและสภาวะมาตรฐาน
2. ของผสมหลายองค์ประกอบสำหรับระบบจริงและในอุดมคติ (5 ชั่วโมง)
– สภาวะทางอุณหพลศาสตร์ของของผสม
– สมการทั่วไปของกิบส์-ดูเฮม
– สมการการเปลี่ยนแปลงสำหรับระบบหลายองค์ประกอบ
3. การประมาณค่าพลังงานอิสระกิบส์และค่าฟูกาซิตี (5 ชั่วโมง)
– พลังงานอิสระกิบส์บางส่วนและค่าฟูกาซิตี
– ค่าสมบัติส่วนเกินของของผสม
– ค่าฟูกาซิตีขององค์ประกอบในของผสมก๊าซ ของเหลว และของแข็ง
4. สมดุลวัฏภาคในของผสม (7 ชั่วโมง)
– สมดุลระหว่างของเหลวและไอโดยใช้สัมประสิทธิ์แอกติวิตีและสมการสถานะ
– การละลายในระบบของเหลว-ก๊าซ
– การละลายในระบบของเหลว-ของเหลว
– การละลายของแข็งในของเหลวและก๊าซ
5. สมดุลปฏิกิริยาเคมี และสมการการดุล (7 ชั่วโมง)
– สมดุลเคมีของระบบสารเดี่ยว
– ระบบปฏิกิริยาวิวิธพันธ์
– สมดุลวัฏภาคและเคมี
– สมการการดุลของเตาปฏิกิริยา
6. สารละลายอิเล็กโทรไลต์ (4 ชั่วโมง)
7. อุณหพลศาสตร์ของวัฏภาคของแข็ง (4 ชั่วโมง)
ผลสัมฤทธิ์การเรียนรู้
นักศึกษาเข้าใจและสามารถประยุกต์ใช้อุณหพลศาสตร์ของสารผสมในการคำนวณและวิจัยเกี่ยวกับสมดุลวัฏภาค อาทิ สมดุลวัฏภาคของเหลวของเหลว สมดุลวัฏภาคของเหลวไอ และสมดุลวัฏภาคของแข็งไอ และสมดุลปฏิกิริยาเคมี นักศึกษาสามารถระบุข้อดี ข้อเสียของแบบจำลองอุณหพลศาสตร์แบบต่าง ๆ และเลือกใช้แบบจำลองที่เหมาะสมกับปัญหาหรืองานวิจัยในทางวิศวกรรมเคมี
Thermodynamics of Mixtures
Condition: Consent of the School
Properties of ideal and non-ideal vapors and liquids : partial molar properties, chemical potential, ideal and non-ideal solutions, concept of activity and standard states. Ideal and non-ideal multicomponent mixtures : thermodynamic description of mixtures, generalized Gibbs-Duhem equation, the equations of change for a multicomponent system. Estimation of Gibbs free energy and fugacity of a component in a mixture. Phase equilibrium in mixtures. Chemical reaction equilibrium and the balance equations. Electrolyte solutions. Solid-phase thermodynamics
Course Outline
1. Properties of ideal and non-ideal solutions (4 hours)
– Partial molar properties
– Chemical potential
– Concept of fugacity
– Ideal and non-ideal solutions
– Concept of activity and standard states
2. Ideal and non-ideal multicomponent mixtures (5 hours)
– Thermodynamic description of mixtures
– Generalized Gibbs-Duhem Equation
– The Equations of change for a multicomponent system
3. Estimation of the Gibbs free energy and fugacity (5 hours)
– Partial molar Gibbs free energy and fugacity
– Excess mixture properties
– Fugacity of a species in gaseous, liquid and solid mixtures
4. Phase equilibrium in mixtures (7 hours)
– Vapor-liquid equilibria using activity coefficient and equation of state
– Gas-liquid solubility
– Liquid-liquid solobility
– Solubility of a solid in a liquid and a gas
5. Chemical reaction equilibrium and the balance equations (7 hours)
– Chem equilibrium in a single-phase system
– Heterogeneous chemical reaction
– Combined chemical and phase equilibrium
– Overall reactor balance equations
6. Electrolyte solutions (4 hours)
7. Solid-phase thermodynamics (4 hours)
Learning Outcomes
Students understand and are able to apply thermodynamics of mixtures on performing calculations and conducting researches of phase equilibria; for example, liquid-liquid equilibrium, vapor-liquid equilibrium and solid-vapor equilibrium; and of chemical reaction equilibria. Students are able to differentiate the disadvantages and advantages of chemical engineering thermodynamic models and able to choose the appropriate models for the selected problems and/or researches.