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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

2013.10

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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。 (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。

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1－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（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ν

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