化工热力学第二章 流体的pVT关系ppt课件.ppt

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1、第2章流体的p-V-T关系流体指除固体以外的流动相的总称。均匀流体一般分为液体和气体两类。重点内容纯物质的p-V-T关系状态方程立方型状态方程多参数状态方程对应态原理及其应用流体的蒸气压、蒸发焓和蒸发熵混合规则与混合物的p-V-T关系液体的p-V-T关系1.了解纯物质的P-T图和P-V图2.正确、熟练地应用R-K方程、两项维里方程计算单组分气体的P-V-T关系3.正确、熟练地应用三参数普遍化方法计算单组分气体的P-V-T关系4.了解计算真实气体混合物P-V-T关系的方法，并会进行计算。本章要求：2.1纯物质的p-V-T关系流体的PVT数

2、据是化工生产﹑工程设计和科学研究最为基本的数据，它们是化工热力学的基础数据。这些数据是可以直接测量的，也可以通过关联计算得到。要进行关联计算，首先，我们就要搞清楚纯物质PVT之间有何种数学关系。三维立体图2-1是典型的纯物质的PVT关系图。图2-1纯物质的pVT相图各点、线、面、区的位置和物理意义单相区(v,g,l,s)两相共存区(v/l,l/s,g/s)饱和线三相线临界点超临界流体（T>Tc和p>pc）经过大量实验数据处理表明,纯物质的P-V-T之间实际上存在有这样的函数关系，即f(P,V,T)=0温度蒸发冷凝液汽压力213溶化凝固固

3、液升华凝华气图2—2纯物质的P-T图(1)固压力温度213固相区液相区气相区压缩流体区图2—2纯物质的P-T图(2)三相点临界点液体液体和蒸汽气体图2—3纯物质的P—V图（2）临界点数学特征饱和液体线饱和蒸汽线纯流体的pV相图告诉我们，任何一种处于平衡状态的纯的均相流体，其温度、压力和摩尔体积或比容之间存在一种定量的函数关系：这种函数关系式称为流体的状态方程(equationofstate，简称EOS)。理论上可以从上述函数关系式中任意解出一个变量，如等温压缩系数求全微分体积膨胀系数：表示在压力不变时，体积随温度的变化量：表示在温度不变

4、时，体积随压力的变化量上述偏微分量除以容积，可得；对于液体，由于其具有不可压缩性，体积膨胀系数和等温压缩系数是温度和压力的弱函数，其数值可以从文献或工具书中查到。因此，在液体的温度和压力变化不大时，可以将体积膨胀系数和等温压缩系数当作常数，则2.2流体的状态方程2.2.1理想气体状态方程2.2.2立方型状态方程2.2.3多参数状态方程气体EOS必要条件1）满足临界条件2）P→0（V→∞）符合理想气体定律获得EOS的途径1）理论EOS：有严格的理论推导而来2）实验EOS：根据大量数据关联而来3）半经验半理论EOS：二者相结合EOS的价值1

5、）精确地代表相当广泛范围内的PVT数据，大大减少实验测定工作量。2）可直接计算不做实验测定的其它热力学性质3）进行相平衡的计算在介绍这些方程之前，我们首先复习我们已经非常熟悉的理想气体状态方程。PV=RT是表达式f(P,V,T)=0最简单的形式。（1）理想气体的两个假设A.气体分子间无作用力;B.气体分子本身不占有体积（2）掌握理想气体气体状态方程需明确的三个问题：A.理想气体本身是假设的，实际上是不存在的。但它是一切真实气体当P→0时可以接近的极限，因而该方程可以用来判断真实气体状态方程的正确程度，即：真实气体状态方程在P→0时，应变

6、为：PV=RT2.2.1理想气体状态方程B.低压下的气体（特别是难液化的N2，H2，CO，CH4，…），在工程设计中，在几十个大气压（几个Mpa）下，仍可按理想气体状态方程计算P、V、T：而对较易液化的气体，如NH3，CO2，C2H2（乙炔）等，在较低压力下，也不能用理想气体状态方程计算。C.应用理想气体状态方程时要注意R的单位，常用的是（SI制）当T（K），P（Pa），V（m3/mol）时，R=8.314J/molK当T（K），P（Pa），V（m3/kmol）时，R=8.314×103J/kmolK（3）理想气体状态方程的变型气体密度

7、：（下面介绍一些常用的真实气体状态方程）2.2.2立方型状态方程是指方程可展开为V的三次方形式。方程形式简单，能够用解析法求解，精确度较高，给工程应用带来方便。2.2.2.1VandeWaals方程方程形式：立方型状态方程有3个体积根，其中2个根可能是复数。任何具有物理意义的体积根必须是正的实数，而且大于b。在较低压力下，存在3个正实根，居中者无物理意义，最小根为液相，最大根为气相的摩尔体积。28a/V2—分子引力修正项由于分子相互吸引力存在，分子撞击器壁的力减小，造成压力减小。压力减小的数值与撞击器壁的分子成反比；与吸引其分子数成正比

8、，即与气体比容的平方成反比。b—体积校正项分子本身占有体积，分子自由活动空间减小由V变成V-b。理想气体状态方程的校正：范德华方程的特点：⑴第一个适用于真实气体的状态方程；⑵能够同时描述汽(气)、液两相；⑶