二氧化碳實(shí)驗(yàn)

1、二氧化碳的pVT關(guān)系測(cè)定和臨界狀態(tài)觀測(cè)【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹? 學(xué)習(xí)流體pVT關(guān)系的實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法，加深理解流體pVT狀態(tài)圖pV圖的特點(diǎn)和氣液相變、飽和蒸氣壓、沸點(diǎn)的意義。2 通過(guò)CO2臨界狀態(tài)的觀測(cè)，增強(qiáng)對(duì)氣液臨界現(xiàn)象的感性認(rèn)識(shí)，理解臨界參數(shù)的重要意義。3 學(xué)習(xí)活塞式壓力計(jì)的正確使用?！緦?shí)驗(yàn)原理】對(duì)于物質(zhì)的量確定的系統(tǒng)，當(dāng)處于平衡狀態(tài)時(shí)，其狀態(tài)函數(shù)p、Vm、T之間存在關(guān)系：，該方程描述的物質(zhì)狀態(tài)圖是以p、Vm、T為坐標(biāo)的立體曲面。在不同溫度下截取恒溫剖面，相交曲線投影在p-Vm平面上，可以得到由一族恒溫線組成的p-Vm圖，如圖1所示。它直觀地表達(dá)了物質(zhì)的pVT關(guān)系。溫度較高時(shí)，等溫線是一條光滑曲線；溫度

2、較低時(shí)，等溫線上的有一水平線段，反映氣-液相變化的特征，水平線段的兩個(gè)端點(diǎn)（如i和k兩點(diǎn)）分別代表互為共軛的飽和氣體和飽和液體。飽和氣體和飽和液體的體積隨溫度的變化在p-Vm圖上構(gòu)成氣液共存區(qū)的邊界線，稱(chēng)雙節(jié)線。隨著溫度升高，水平線段不斷縮短，飽和氣體線和飽和液體線最后匯于一點(diǎn)（c點(diǎn)），即臨界點(diǎn)（Critical point）。臨界點(diǎn)的溫度、壓力和體積分別稱(chēng)臨界溫度Tc、臨界壓力pc和臨界體積Vc，是物質(zhì)固有的特征參數(shù)。溫度低于Tc是氣體液化的必要條件。溫度、壓力高于臨界點(diǎn)的流體稱(chēng)超臨界流體，其應(yīng)用技術(shù)是目前研究的熱點(diǎn)。圖1 CO2的p- Vm圖本實(shí)驗(yàn)測(cè)定CO2的一系列等溫線，觀測(cè)氣-液相變和

3、臨界現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示，由活塞式壓力計(jì)、超級(jí)恒溫槽和試驗(yàn)臺(tái)本體及其防護(hù)罩等幾部分組成。試驗(yàn)臺(tái)本體如圖3所示。 圖3 試驗(yàn)臺(tái)本體示意圖1高壓容器；2玻璃杯；3壓力油；4水銀；5密封填料；6填料壓蓋；7恒溫水套；8承壓玻璃管；9CO2；10溫度計(jì)實(shí)驗(yàn)中由活塞式壓力計(jì)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氣體的承壓玻璃管中，CO2被壓縮，其壓力和容積通過(guò)活塞式壓力計(jì)上的活塞桿的進(jìn)、退來(lái)調(diào)節(jié)。溫度由超級(jí)恒溫槽供給的水套里的水溫來(lái)調(diào)節(jié)。CO2的壓力由壓力表讀出。溫度由插在恒溫水套中的溫度計(jì)（溫度計(jì)應(yīng)該事先校正）讀出。CO2體積由承壓玻璃管內(nèi)柱的高度變化來(lái)測(cè)量。由于充進(jìn)承

4、壓玻璃管內(nèi)的CO2質(zhì)量和玻璃管截面積不易測(cè)量，實(shí)驗(yàn)中采用間接辦法來(lái)確定CO2的比體積。假設(shè)CO2的比體積v與其高度呈線性關(guān)系。已知CO2液體在20，9.8MPa時(shí)的比體積v (20，9.8MPa)=0.00117m3·kg-1，若實(shí)際測(cè)得在20，9.8MPa時(shí)的CO2液柱高度ho(m)，則v (20，9.8MPa)=K為玻璃管內(nèi)CO2的質(zhì)面比常數(shù)。所以，實(shí)驗(yàn)溫度、壓力下CO2的比體積為：式中：。h為實(shí)驗(yàn)溫度、壓力下水銀柱高度；為承壓玻璃內(nèi)管頂端刻度?！緦?shí)驗(yàn)知識(shí)點(diǎn)】1 流體pVT關(guān)系的實(shí)驗(yàn)測(cè)定方法，2 CO2臨界現(xiàn)象的觀測(cè)。3 活塞式壓力計(jì)的使用4 低溫恒溫槽的使用【實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)】1活

5、塞式壓力計(jì)的使用：（1）活塞式壓力計(jì)油缸充油時(shí)，關(guān)閉壓力表及其進(jìn)入本體油路的兩個(gè)閥門(mén)，開(kāi)啟活塞式壓力計(jì)上進(jìn)油杯的進(jìn)油閥，搖退活塞式壓力計(jì)上的活塞螺桿，直至螺桿全部退出。(2) 給本體加壓：先關(guān)閉油杯閥門(mén)，然后開(kāi)啟壓力表和進(jìn)入本體油路的兩個(gè)閥門(mén)；搖進(jìn)活塞螺桿，使本體充油，直至壓力表上有讀數(shù)為止。2低溫恒溫槽的使用：設(shè)定溫度在實(shí)驗(yàn)的溫度，恒定至少10分鐘以上才能開(kāi)始實(shí)驗(yàn)。3注意加壓和減壓要足夠緩慢，一方面使得體系易達(dá)到平衡，另一方面也避免對(duì)儀器的損壞。4實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，要注意加壓后CO2的變化，仔細(xì)測(cè)試和觀察CO2最初液化和完全液化時(shí)的壓力和水銀高度。特別要注意觀察飽和氣體與飽和液體之間的變化和液化、

6、氣化等現(xiàn)象。5要準(zhǔn)確記錄CO2開(kāi)始液化的壓力，此時(shí)應(yīng)該緩慢地反復(fù)加壓減壓多次，記錄只有極少量液體時(shí)系統(tǒng)的壓力。6準(zhǔn)確記錄CO2完全液化時(shí)的壓力，此時(shí)也應(yīng)該緩慢地反復(fù)加壓減壓多次。開(kāi)始液化和完全液化的壓力應(yīng)該盡量接近。7觀察臨界現(xiàn)象時(shí)，減壓要迅速，現(xiàn)象才明顯。但不可減壓過(guò)多，否則容易將儀器裝置損壞。8每條曲線上至少應(yīng)該有10個(gè)以上實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)?！緦?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理】 室溫：18.3 大氣壓：101.78kPa h03.40cm表1：t20.0 CO2等溫線數(shù)據(jù)P (MPa)h(cm)h(cm)(m3/kg)Vm(dm3mol-1)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象3.7628.1024.700.010620.0004684.

7、1624.7821.380.009200.0004054.3623.4220.020.008610.0003794.5622.0418.640.008020.0003534.7620.7417.340.007460.0003284.9619.4416.040.006900.0003045.1618.3014.900.006410.0002825.3617.2013.800.005940.0002615.5616.1012.700.005460.0002405.7615.0811.680.005020.000221出現(xiàn)液體5.8014.7011.300.004860.0002145.8611.3

8、87.980.003430.0001515.9211.157.750.003330.0001475.9410.457.050.003030.0001335.969.005.600.002410.0001066.007.804.400.001890.0000836.206.823.420.001470.0000656.346.543.140.001350.0000596.586.352.950.001270.0000566.966.302.900.001250.000055全部液化7.366.282.880.001240.0000557.756.202.800.001200.0000538.36

9、6.182.780.001200.0000539.566.142.740.001180.00005210.566.102.700.001160.00005111.566.082.680.001150.000051表2：t23.0 CO2等溫線數(shù)據(jù)P(MPa)h(cm)h(cm)(m3/kg)Vm(dm3mol-1)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象3.7628.1624.760.010650.0004694.1624.8421.440.009220.0004064.5622.0618.660.008030.0003534.9619.6416.240.006990.0003075.3617.4614.060.006050

10、.0002665.7615.4412.040.005180.0002285.9614.3010.900.004690.0002066.1613.069.660.004160.000183出現(xiàn)液體6.1812.008.600.003700.0001636.2210.006.600.002840.0001256.347.744.340.001870.0000826.666.663.260.001400.0000626.976.403.000.001290.0000577.166.362.960.001270.000056全部液化7.566.302.900.001250.0000558.366.26

11、2.860.001230.0000549.166.202.800.001200.000053表3：t25.0 CO2等溫線數(shù)據(jù)P(MPa)h(cm)h(cm)(m3/kg)Vm(dm3mol-1)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象3.7628.2624.860.010690.0004714.1625.0821.680.009330.0004104.5622.2618.860.008110.0003574.9619.8416.440.007070.0003115.3617.7014.300.006150.0002715.7615.7612.360.005320.0002345.9614.6811.280.004850.0

12、002146.1613.7410.340.004450.0001966.3612.589.180.003950.0001746.3812.228.820.003790.000167出現(xiàn)液體6.4110.887.480.003220.0001426.469.606.200.002670.0001176.567.804.400.001890.0000836.926.663.260.001400.0000627.066.543.140.001350.0000597.366.463.060.001320.000058全部液化8.166.403.000.001290.0000579.166.302.90

13、0.001250.000055表4：t27.0 CO2等溫線數(shù)據(jù)P (MPa)h(cm)h(cm)(m3/kg)Vm(dm3mol-1)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象3.7628.4025.000.010750.0004734.3623.7020.300.008730.0003844.9620.0816.680.007170.0003165.5617.0213.620.005860.0002586.1614.3410.940.004710.0002076.3613.4010.000.004300.0001896.5612.268.860.003810.0001686.6811.508.100.003480.0001

14、53出現(xiàn)液體6.749.506.100.002620.0001156.827.644.240.001820.0000807.186.703.300.001420.0000627.386.643.240.001390.0000617.446.563.160.001360.000060全部液化7.766.503.100.001330.0000598.766.403.000.001290.000057表5： t29.0 CO2等溫線數(shù)據(jù)P(MPa)h(cm)h(cm)(m3/kg)Vm(dm3mol-1)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象3.7628.6025.200.010840.0004774.3624.0620.660

15、.008890.0003914.9620.3016.900.007270.0003205.5617.3413.940.006000.0002646.1614.8011.400.004900.0002166.5613.009.600.004130.0001826.7612.148.740.003760.0001656.9610.887.480.003220.0001427.0010.407.000.003010.000133出現(xiàn)液體7.068.344.940.002120.0000947.207.704.300.001850.0000817.326.863.460.001490.0000667.

16、526.743.340.001440.000063全部液化8.566.503.100.001330.0000599.566.403.000.001290.000057表6： t31.1 CO2等溫線數(shù)據(jù)P(MPa)h(cm)h(cm)(m3/kg)Vm(dm3mol-1)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象3.7628.9425.540.010990.0004834.3624.2020.800.008950.0003944.9620.6017.200.007400.0003265.5617.6514.250.006130.0002706.1615.2011.800.005080.0002236.7612.809.400.

17、004040.0001786.9611.948.540.003670.0001627.1610.907.500.003230.0001427.2410.006.600.002840.0001257.269.806.400.002750.0001217.289.706.300.002710.0001197.309.576.170.002650.0001177.329.486.080.002620.0001157.369.065.660.002430.0001077.378.705.300.002280.0001007.388.204.800.002060.000091乳光現(xiàn)象7.407.644.

18、240.001820.0000807.707.003.600.001550.0000687.986.803.400.001460.0000648.366.703.300.001420.0000629.166.503.100.001330.0000599.766.443.040.001310.000058表7： t35.0 CO2等溫線數(shù)據(jù)P (MPa)h(cm)h(cm)(m3/kg)Vm(dm3mol-1)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象3.7629.0025.600.011010.0004854.3624.5021.100.009080.0003994.9621.0417.640.007590.0003345.5

19、618.2014.800.006370.0002806.1615.8012.400.005330.0002356.7613.6210.220.004400.0001937.3611.508.100.003480.0001537.968.505.100.002190.0000978.567.103.700.001590.0000709.166.803.400.001460.000064表8： t45.0 CO2等溫線數(shù)據(jù)P (MPa)h(cm)h(cm)(m3/kg)Vm(dm3mol-1)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象3.7635.2031.800.013680.0006024.3626.2022.800.009810.0004324.9622.5019.100.008220.00036