E05_CO2臨界狀態(tài)觀測(cè)及PVT關(guān)系測(cè)試

1、裝 訂 線專業(yè)： 姓名： 學(xué)號(hào)： 日期： 地點(diǎn)： 實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱： 化工專業(yè)實(shí)驗(yàn) 指導(dǎo)老師： 成績(jī)：_實(shí)驗(yàn)名稱： CO2臨界狀態(tài)觀測(cè)及PVT關(guān)系測(cè)試 實(shí)驗(yàn)類型：_ 同組學(xué)生姓名： 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅ū靥睿┒?、?shí)驗(yàn)內(nèi)容和原理（必填）三、主要儀器設(shè)備（必填）四、操作方法和實(shí)驗(yàn)步驟五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析（必填）七、討論、心得一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1了解CO2臨界狀態(tài)的觀測(cè)方法，增強(qiáng)對(duì)臨界狀態(tài)的感性認(rèn)識(shí)。 2掌握CO2的P-V-T關(guān)系的測(cè)定方法，學(xué)會(huì)用實(shí)驗(yàn)測(cè)定實(shí)際氣體狀態(tài)變化規(guī)律的方法和技巧。3加深對(duì)流體的凝結(jié)、汽化、飽和狀態(tài)等熱力學(xué)基本概念的理解。 4掌握有關(guān)儀器的正確使用方法。 二、

2、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及原理1整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置由壓力臺(tái)，恒溫器和實(shí)驗(yàn)臺(tái)本體及其防護(hù)罩三大部分組成，如圖1所示。實(shí)驗(yàn)臺(tái)本體如圖2所示。圖 1 CO2實(shí)驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)圖 圖2 實(shí)驗(yàn)臺(tái)本體2對(duì)簡(jiǎn)單可壓縮熱力系統(tǒng)，當(dāng)工質(zhì)處于平衡狀態(tài)時(shí)，其狀態(tài)參數(shù)P、V、T有： f（P, V, T）=0 或 T=f（P, V） （1） 本實(shí)驗(yàn)就是根據(jù)式（1），采用定溫方法來(lái)測(cè)定CO2的P-V關(guān)系，從而找出CO2的P-V-T關(guān)系。 實(shí)驗(yàn)中由壓力臺(tái)送來(lái)的壓力油進(jìn)入高壓容器和玻璃杯上半部，迫使水銀進(jìn)入預(yù)先裝了CO2氣體的承壓玻璃管。CO2被壓縮，其壓力和容積通過(guò)壓臺(tái)上的活塞桿的進(jìn)、退來(lái)調(diào)節(jié)，溫度由恒溫器供給的水套里的水溫來(lái)調(diào)節(jié)。 實(shí)驗(yàn)工質(zhì)二氧化碳的

3、壓力由裝在壓力臺(tái)上的壓力表讀出（如要提高精度需考慮水銀柱高度的修正）。溫度由插在恒溫水套中的溫度計(jì)讀出。比體積首先由承壓玻璃管內(nèi)二氧化碳柱的高度來(lái)度量，然后再根據(jù)承壓玻璃管內(nèi)徑均勻、截面積不變等條件換算得出。 3. 抽油、充油操作因?yàn)閴毫ε_(tái)的油缸容量比主容器容量小，需要多次從油杯里抽油，再向主容器充油，才能在壓力表上顯示壓力讀數(shù)。壓力臺(tái)抽油、充油的操作過(guò)程非常重要，若操作失誤，很容易損壞實(shí)驗(yàn)設(shè)備，所以務(wù)必按下述步驟仔細(xì)操作：（1）關(guān)閉壓力表及進(jìn)入本體油路的兩個(gè)閥門，開啟壓力臺(tái)上油杯的進(jìn)油閥。 （2）搖退壓力臺(tái)上的活塞螺桿，直至螺桿全部退出，這時(shí)壓力臺(tái)油缸中抽滿了油。 （3）先關(guān)閉油杯閥門，然后

4、開啟壓力表和進(jìn)入本體油路的兩閥門。 （4）搖進(jìn)活塞螺桿，經(jīng)本體充油，如此交復(fù)，直至壓力表上有壓力讀數(shù)為止。 （5）再次檢查油杯閥門是否關(guān)好，壓力表及本體油路閥門是否開啟，即可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。 （6）實(shí)驗(yàn)結(jié)束后要將油抽回油杯。注意保持系統(tǒng)略有正壓，千萬(wàn)不可不斷抽油！4. 測(cè)定承壓玻璃管內(nèi)CO2的質(zhì)量面積比常數(shù)K值。 由于充進(jìn)承壓管內(nèi)的CO2質(zhì)量不便測(cè)量，而玻璃管內(nèi)徑或截面積A又不易測(cè)準(zhǔn)，因而實(shí)驗(yàn)中是采用間接辦法來(lái)確定CO2的比體積，認(rèn)為CO2比容V與其高度是一種線性關(guān)系，具體如下： a)已知CO2液體在20，100atm時(shí)的比容V（20，100atm）=0.00117m3/kg b）實(shí)測(cè)本實(shí)驗(yàn)臺(tái)CO2

5、在20，100atm時(shí)的CO2液柱高度h*(m)（注意玻璃水套上刻度的標(biāo)記方法）。 c)由a)可知： 因?yàn)閂（20，100atm）=h*A/m=0.00117m3/kg，所以則任意溫度、壓力下CO2的比容為式中：h=h-h0h 任意溫度、壓力下的水銀柱高度 h0承壓玻璃管內(nèi)徑頂端刻度 實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意： 做各條定溫線時(shí)，實(shí)驗(yàn)壓力P10MPa，否則承壓玻璃管有破裂的危險(xiǎn)；實(shí)驗(yàn)溫度t50 。 三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1開啟超級(jí)恒溫槽，調(diào)節(jié)到所需的恒溫溫度。2壓力計(jì)抽油，方法見(jiàn)原理部分。3測(cè)定溫度為20 時(shí)的等溫線及（20，100atm）k值，測(cè)量?jī)蓚€(gè)飽和點(diǎn)及過(guò)冷過(guò)熱兩點(diǎn)。4在20tc 之間，測(cè)定CO2的飽和

6、蒸汽壓和溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系（可在27左右測(cè)量氣液相飽和壓力和體積）。5測(cè)定CO2的臨界等溫線和臨界參數(shù)；觀察臨界現(xiàn)象。a) 測(cè)定臨界等溫線b) 臨界乳光現(xiàn)象觀察c) 整體相變現(xiàn)象d) 汽、液兩相模糊不清現(xiàn)象6測(cè)定高于臨界溫度的等溫線（3135即可），測(cè)量35個(gè)點(diǎn)。綜上，即本實(shí)驗(yàn)需要測(cè)量1個(gè)臨界點(diǎn)，3條等溫線，再通過(guò)5個(gè)飽和氣液相的點(diǎn)得到飽和線。四、數(shù)據(jù)處理及報(bào)告1k值的測(cè)定承壓玻璃管內(nèi)徑頂端刻度h0=3.0cm，在20時(shí)，測(cè)得p=10.0MPa狀態(tài)下h=6.2cm，則h=3.2cm，所以 h/cmh0/cmh/cmk/(kg/m2)6.23.03.227.352. 數(shù)據(jù)記錄及處理臨界點(diǎn)以下等溫線及

7、飽和線數(shù)據(jù)（20）P/MPah/cmh/cmv/(m3/kg)10.006.23.20.6.206.63.60.5.5017.014.00.3.9030.027.00.臨界點(diǎn)以下飽和線數(shù)據(jù)（27）P/MPah/cmh/cmv/(m3/kg)6.0515.812.80.6.656.63.60.臨界等溫線數(shù)據(jù)（32）P/MPah/cmh/cmv/(m3/kg)6.5016.213.20.6.9014.211.20.7.407.84.80.7.807.24.20.臨界點(diǎn)以上等溫線數(shù)據(jù)（34）P/MPah/cmh/cmv/(m3/kg)4.2029.826.80.5.7020.017.00.6.751

8、6.413.40.7.2013.410.40.7.708.65.60.計(jì)算示例（以20，P=6.20MPa為例）： 臨界點(diǎn)數(shù)據(jù)： t/P/MPav/(m3/kg)32.07.400.3. 根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，在P-V圖上繪制等溫線、飽和線，如下圖：臨界等溫線32超臨界等溫線34飽和線20等溫線標(biāo)準(zhǔn)等溫線：比較實(shí)驗(yàn)等溫線和標(biāo)準(zhǔn)等溫線可得，兩圖總體上比較相近，曲線在各個(gè)區(qū)域的形狀和趨勢(shì)相似。但同時(shí)實(shí)驗(yàn)結(jié)果在數(shù)值上也存在一定誤差，比如等溫的飽和氣液相蒸汽壓不一致等，造成誤差的原因有以下幾個(gè)方面：恒溫槽溫度不恒為設(shè)定溫度；CO2因壓縮產(chǎn)生溫度的變化，未等系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定就讀數(shù)；壓力表在氣體發(fā)生相變時(shí)讀數(shù)變化

9、劇烈，偶然誤差大；實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不夠多，擬合效果不夠好。4. 蒸汽壓數(shù)據(jù)的擬合理論上來(lái)說(shuō)，同一溫度下飽和氣相和飽和液相的蒸汽壓應(yīng)一致，但因?qū)嶒?yàn)過(guò)程的偏差，所得蒸汽壓都不一致，故計(jì)算飽和蒸汽壓時(shí)取飽和氣液兩相的平均壓力。結(jié)果列表如下：t/T/KPs/kPalgPs20293.1558503.767227300.1563503.802832305.1571503.8543以Antoine方程 進(jìn)行擬合，所得曲線如下圖：理論的Antoine方程曲線圖像如下：實(shí)驗(yàn)擬合方程結(jié)果中A=7.146，B =1400，C = 120，擬合方差R2=0.9427。與理論值A(chǔ)=7.76，B=1566，C=97.87相比，

10、仍有一定的偏差。且因擬合數(shù)據(jù)組數(shù)太少，造成相關(guān)指數(shù)R2過(guò)小，實(shí)驗(yàn)結(jié)果可信度不高。5臨界比容Vc實(shí)驗(yàn)值與理論值的比較實(shí)驗(yàn)中測(cè)得，Tc=32.0，Pc=7.40Mpa，Vc=0.m3/kg=0. m3/kg*44kg/kmol=0.0772 m3/ kmol，實(shí)驗(yàn)結(jié)果與幾種理論結(jié)果列表如下：實(shí)驗(yàn)值/(m3/ kmol)理論值/(m3/kmol)理想氣體范德華方程0.07720.09420.35060.1315從臨界比容Vc的比較可以看到，實(shí)驗(yàn)值與理論值相對(duì)較為接近。由于臨界狀態(tài)的CO2嚴(yán)重偏離理想氣體狀態(tài)，故根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程計(jì)算會(huì)有較大偏差。范德華方程同樣有其局限性，對(duì)臨界狀態(tài)的CO2也不適用。五、討論、心得1通過(guò)這次實(shí)驗(yàn)，我們對(duì)臨界現(xiàn)象有了直觀的了解，觀察到了臨界乳光現(xiàn)象、汽液兩相突變現(xiàn)象。由于此次實(shí)驗(yàn)是第一次接觸臨界乳光現(xiàn)象，一開始還錯(cuò)把它當(dāng)成液體的劇烈汽化。氣液兩相突變這一現(xiàn)象在平時(shí)因條件不允許難以見(jiàn)到，這一次且由于管徑較細(xì)，能看到更為清晰的現(xiàn)象。2. 本次實(shí)驗(yàn)需要用到較多的曲線擬