化工热力学实验讲义

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1、化工热力学试验讲义李俊英齐鲁工业大学化学与制药工程学院化学工程与工艺实验室2013.1016实验一二氧化碳临界状态观测及p-v-t关系测定气体的压力、体积、温度(p、v、t)是物质最基本的热力学性质：pvt数据不仅是绘制真实气体压缩因子固的基础，还是计算内能、始、嫡等一系列热力学函数的根据。在众多的热力学性质中，由于pvt参数可以直接地精确测量，而大部分热力学函数都可以通过pvt参数关联计算，所以气体的pvt性质是研究其热力学性质的基础和桥梁。了解和掌握真实气体pvt性质的测试方法，对研究气体的热力学性质具有重要的意义。一、实验目的1.了解CO2临界状态的观测方法，增加对

2、临界状态概念的感性认识。2.加深对课堂所讲工质的热力状态、凝结、汽化、饱和状态等基本概念的理解。3.掌握CO2的p-v-t关系的测定方法，学会用实验测定实际气体状态变化规律的方法和技巧。4.学会活塞式压力计、恒温器等部分热工仪器的正确使用方法。二、实验内容1.测定CO2的p-v-t关系。在p-v坐标图中绘出低于临界温度(t=20℃)、临界温度(t=31.1℃)和高于临界温度(t=40℃)的三条等温曲线，并与标准实验曲线及理论计算值相比较，并分析差异原因。2.测定CO2在低于临界温度时，饱和温度与饱和压力之间的对应关系。3.观测临界状态(1)临界状态时近汽液两相模糊的现象。

3、(2)汽液整体相变现象。(3)测定的CO2的tc,pc,vc等临界参数，并将实验所得的vc值与理想气体状态方程和范德华方程的理论值相比较，简述其差异原因。三、实验装置实验装置由压力台、恒温器、试验本体、及其防护罩三大部分组成。1.整体结构：见图1。2.本体结构：见图2。161－高压容器；2－玻璃杯；3－压力油；4－水银；5－密封填料；6－填料压盖；7－恒温水套；8－承压玻璃管；9－CO2空间；10－温度计四、实验原理对简单可压缩热力系统，当工质处于平衡状态时，其状态参效p、v、t之间有：F(p,v,t)=0或t=f(p,v)（1）。本试验就是根据式（1），采用定温方法来测

4、定CO2p-v之间的关系，从而找出CO2的p-v-t的关系。实验中由压力台送来的压力油进入高压容器和玻璃杯上半部，迫使水银进入预先装了CO2气体的承压玻璃管。CO2被压缩，其压力和容积通过压力台上的活塞杆的进、退来调节，温度由恒温器供拾的水套里的水温来调节实验工质二氧化碳的压力，由装在压力台上的压力表读出，温度由插在恒温水套中的温度计读出，比容首先由承压玻璃管内二氧化碳柱的高度来度量，而后再根据承压玻璃管内径均匀、面积不变等条件换算得出。五、实验步骤1.装好实验设备，开启试验台本体上的日光灯2.使用恒温器调定温度，对本体维持一定温度。一般先做低温条件下的实验，然后再做较高

5、恒温条件下的实验。3.应用活塞式压力计对玻璃容器中的二氧化碳进行加压。加压时要缓慢转动手轮，使活塞杆缓慢推进压力油进入本体。玻璃容器中的二氧化碳受压缩后体积逐渐减小，在此过程中随时记录各个不同压力下的二氧化碳体积数据，并注意观察纯物质的相变过程。在饱和点附近适当多记录一些数据。4.测定t=20℃的低于临界温度的等温线5.测定临界温度t＝30.10℃的等温线和临界参数，观察临界现象6.测定t=40℃的高于临界温度的等温线7．结束实验后，缓慢卸压，关闭循环水，拔下日光灯电源，整理好实验台。六、数据处理1．计算仪器常数由于充进承压玻璃管内的CO2质量不便测量，而玻璃管内径或界面

6、（A）又不易测准，因而实验中采用间接办法来确定CO2的比容，认为CO2的比容ν16与其高度是一种线性关系。具体如下：1)已知CO2液体在20℃，9.8MPa时的比容ν（20℃，9.8MPa）=0.00117m3/kg2）如前操作实地测出本试验台CO2在20℃，9.8MPa时的CO2液柱高度Δh*(m)，（注意玻璃水套上刻度的标记方法）3）由1)可知υ(20°c,9.8MPa)==0.00117m3/kg那么任意温度，压力下CO2的比容为式中1．将测得的数据整理成表，并在p-v图上作出等温线2．应用RK方程进行体积数据推算，并与相应的实验值比较3．对所测数据进行误差分析七、

7、注意事项1．做各条定温线，实验压力p≤9.8Mpa，实验温度t≤50℃2．一般取h时压力间隔可取0.196～0.490MPa，但在接近饱和状态时和临界状态时，压力间隔应取为0.049MPa。3．实验中取h时，水银柱液面高度的读数要注意，应使视线与水银柱半圆形液面的中间对齐。4．不要在气体被压缩的情况下打开油杯阀门，致使二氧化碳突然膨胀而溢出玻璃管外，水银则被冲出玻璃杯，卸压时应该慢慢退出活塞杆，使压力逐渐下降。5．为保证二氧化碳的定温压缩和定温膨胀，除了要保证流过水套的水温恒定以外，加压（或减压）过程也必须足够缓慢，以免玻璃管