CO2臨界狀態(tài)觀測及PVT關(guān)系測試78086

1、專業(yè)： 專業(yè)： 姓名： 學(xué)號(hào)： 日期： 2015 地點(diǎn)： 裝 訂 線課程名稱： 化工專業(yè)實(shí)驗(yàn) 指導(dǎo)教師： 成績：_ _實(shí)驗(yàn)名稱： CO2臨界狀態(tài)觀測及PVT關(guān)系測試 同組學(xué)生姓名： 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及原理三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)步驟 四、數(shù)據(jù)記錄及處理五、實(shí)驗(yàn)結(jié)論及誤差分析 六、實(shí)驗(yàn)結(jié)論及誤差分析七、分析和討論 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解CO2臨界狀態(tài)的觀測方法，增加對(duì)臨界狀態(tài)概念的感性認(rèn)識(shí)。2、增加對(duì)課堂所講的工質(zhì)熱力狀態(tài)、凝結(jié)、汽化、飽和狀態(tài)等基本概念的理解。3、掌握CO2的p-v-t關(guān)系的測定方法，學(xué)會(huì)用實(shí)驗(yàn)測定實(shí)際氣體狀態(tài)變化規(guī)律的方法和技巧。 4、學(xué)會(huì)活塞式壓力計(jì)，恒溫器等熱工儀器的正

2、確使用方法。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及原理1、圖試驗(yàn)臺(tái)本體試驗(yàn)臺(tái)本體如圖所示。其中1高壓容器；2玻璃杯；3壓力機(jī)；4水銀；5密封填料；6填料壓蓋；7恒溫水套；8承壓玻璃杯；9CO2空間；10溫度計(jì)。2、對(duì)簡單可壓縮熱力系統(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之間有：或（1）本實(shí)驗(yàn)就是根據(jù)式（1），采用定溫方法來測定CO2的p-v-t關(guān)系，從而找出CO2的p-v-t關(guān)系。實(shí)驗(yàn)中，壓力臺(tái)油缸送來的壓力由壓力油傳入高壓容器幫玻璃杯上半部，迫使水銀進(jìn)入預(yù)先CO2氣體的承壓力玻璃管容器，CO2被壓縮，其壓力通過壓力臺(tái)上的活塞桿的進(jìn)、退來調(diào)節(jié)。溫度由恒溫器供給的水套里的水溫來調(diào)節(jié)。實(shí)驗(yàn)工質(zhì)二氧化碳的壓力值，由

3、裝在壓力臺(tái)上的壓力表讀出。溫度由插在恒溫水套中溫度計(jì)讀出。比容首先由承壓玻璃管內(nèi)二氧化碳柱的高度來測量，而后者根據(jù)承壓玻璃管內(nèi)徑截面不變等條件來換算得出。3、抽油、充油操作因?yàn)閴毫ε_(tái)的油缸容量比容器容量小，需要多次從油杯時(shí)抽油，再向主容器管充油、充油的操作過程非常重要，若操作失誤，不但加不上壓力，還會(huì)損壞試驗(yàn)設(shè)備。所以，務(wù)必認(rèn)真掌握，其步驟如下：關(guān)壓力表及其進(jìn)入本體油路的兩個(gè)閥門，開啟壓力臺(tái)油杯上的進(jìn)油閥。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。先關(guān)閉油杯閥門，然后開啟壓力表和進(jìn)入本體油路的兩個(gè)閥門。搖進(jìn)活塞螺桿，使本體充油。如此交復(fù)，直至壓力表上有壓力表讀數(shù)為止

4、。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。若均已調(diào)定后，即可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。（6） 再次檢查油杯的進(jìn)油閥是否關(guān)閉，壓力表及其進(jìn)入本體油路的二個(gè)閥門是否開啟。溫度是否達(dá)到所要求的實(shí)驗(yàn)溫度。如條件均已調(diào)定，則可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測定。承壓玻璃管(毛細(xì)管)內(nèi)CO2的質(zhì)面比常數(shù)K值的測量方法測定承壓玻璃管內(nèi)CO2質(zhì)量不便測量，而玻璃管內(nèi)徑或截面積（A）又不易測準(zhǔn)，因而實(shí)驗(yàn)中采用間接辦法來確定CO2的比容，認(rèn)為CO2的比容v與其高度是一種線性關(guān)系。具體方法如下：a）已知CO2液體在20，9.8MPa時(shí)的比容v（20、9.8MPa）0.00117M3kg。b）實(shí)際測定實(shí)驗(yàn)臺(tái)在20，9.8MPa時(shí)的CO2液

5、柱高度ho（m）。（注意玻璃管水套上刻度的標(biāo)記方法）c）其中：K即為玻璃管內(nèi)CO2的持面比常數(shù)。所以，任意溫度、壓力下CO2的比容為：式中：任意溫度、壓力下水銀柱高度。承壓玻璃管內(nèi)徑頂端刻度。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及實(shí)驗(yàn)步驟1、接通恒溫浴電源，調(diào)節(jié)恒溫水到所要求的實(shí)驗(yàn)溫度。2、砝碼式壓力計(jì)抽油，方法參見原理部分。3、測定低于臨界溫度t=20時(shí)的等溫線及K值（1）將恒溫器調(diào)定在t=20，并保持恒溫。（2）調(diào)節(jié)壓力。當(dāng)玻璃管內(nèi)水銀柱升起來后，應(yīng)足夠緩慢地?fù)u進(jìn)活塞螺桿，以保證等溫條件。否則，將來不及平衡，使讀數(shù)不準(zhǔn)。（3）按照適當(dāng)?shù)膲毫﹂g隔取h值。（4）注意加壓后CO2的變化，特別是注意壓力和飽和溫度之間的對(duì)

6、應(yīng)關(guān)系以及液化、汽化等現(xiàn)象。要將測得的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及觀察到的現(xiàn)象一并填入表。4、測定t=20tc時(shí)飽和溫度和飽和壓力的對(duì)應(yīng)關(guān)系。5、測定臨界參數(shù)，并觀察臨界現(xiàn)象。（1）按上述方法和步驟測出臨界等溫線，并在該曲線的拐點(diǎn)處找出臨界壓力pc和臨界比容vc，并將數(shù)據(jù)填入表1。（2）觀察臨界現(xiàn)象。a)整體相變現(xiàn)象由于在臨界點(diǎn)時(shí)，汽化潛熱等于零，飽和汽線和飽和流線合于一點(diǎn)，所以這時(shí)汽液的相互轉(zhuǎn)變不是象臨界溫度以下時(shí)那樣逐漸積累，需要一定的時(shí)間，表現(xiàn)為漸變過程，而這時(shí)當(dāng)壓力稍在變化時(shí)，汽、液是以突變的形式相互轉(zhuǎn)化。b)汽、液兩相模糊不清的現(xiàn)象處于臨界點(diǎn)的CO2具有共同參數(shù)（p、v、t），因而不能區(qū)別此時(shí)CO2是

7、氣態(tài)還是液態(tài)。如果說它是氣體，那么，這個(gè)氣體是接近液態(tài)的氣體；如果說它是液體，那么，這個(gè)液體又是接近氣態(tài)的液體。下面就來用實(shí)驗(yàn)證明這個(gè)結(jié)論。因?yàn)檫@時(shí)處于臨界溫度下，如果按等溫線過程進(jìn)行，使CO2壓縮或膨脹，那么，管內(nèi)是什么也看不到的。現(xiàn)在，我們按絕熱過程過程來進(jìn)行。首先在壓力等于7MPa附近，突然降壓CO2狀態(tài)點(diǎn)由等溫線沿絕熱線降到液區(qū)，管內(nèi)CO2出現(xiàn)明顯的液面。這就是說，如果這時(shí)管內(nèi)的CO2是氣體的話，那么，這種氣體離液區(qū)很接近，可以說是接近液態(tài)的氣體；當(dāng)我們?cè)谂蛎浿?，突然壓縮CO2時(shí)，這個(gè)液面又立即消失了。這就告訴我們，這時(shí)CO2液體離氣區(qū)也是非常接近的，可以說是接近氣態(tài)的液體。既然，此

8、時(shí)的CO2既接近氣態(tài)，又接近液態(tài)，所以能處于臨界點(diǎn)附近。可以這樣說：臨界狀態(tài)究竟如何，就是飽和汽、液分不清。這就是臨界點(diǎn)附近，飽和汽、液模糊不清的現(xiàn)象。6、測定高于臨界溫度時(shí)的定溫線。將數(shù)據(jù)填入原始記錄表。四、數(shù)據(jù)記錄及處理（1）K值的測定h/cmho/cmh/cmk/(kg/ m )6.23.03.227.3計(jì)算示例：h=h-ho=6.2-3.0=3.2cmk=h/v=0.032/0.00117=27.3(kg/ m )（2）數(shù)據(jù)表溫度/P/Mpah/cmh/cmv/(m/kg)204.0029.326.30.0096344.5025.022.00.0080595.0021.518.50.0

9、067775.2919.616.60.0060815.768.85.80.0021256.316.53.50.0012826.406.43.40.0012457.006.33.30.00120910.006.23.20.00117224.636.866.73.70.00135522.815.8817.014.00.00512831.215.0024.121.10.0077296.0318.515.50.0056787.0013.610.60.0038837.437.54.50.0016307.707.64.60.0016857.857.24.20.0015388.007.14.10.00150

10、28.357.04.00.00146534.004.0032.429.40.0107694.5028.025.00.0091585.0024.621.60.0079125.9019.616.60.0060816.5016.913.90.0050927.0014.511.50.004212計(jì)算示例：以第一組為例v=h/k=26.3/(27.3*100)=27.3(m/kg )（3）飽和蒸汽壓與溫度的關(guān)系數(shù)據(jù)T/KPs/MPalogPslogPs(理論)293.155.293.7233.758295.965.883.7693.786304.297.433.8703.869計(jì)算示例：以第一組為例lo

11、gPs(理論)=7.76331-1566.08/(T+97.87)= =7.76331-1566.08/(293.15+97.87)=3.758五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及誤差分析1在P-V圖上繪制等溫線圖1，實(shí)驗(yàn)測得CO 等溫線標(biāo)準(zhǔn)等溫線：圖2，標(biāo)準(zhǔn)CO 等溫線2、用實(shí)測的蒸汽壓數(shù)據(jù)和計(jì)算的蒸汽壓數(shù)據(jù)在P-T圖上分別作蒸汽壓曲線圖3.實(shí)測蒸汽壓數(shù)據(jù)與理論蒸汽壓數(shù)據(jù)比較圖由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合出的Antoine常數(shù)（解三元方程組得）與理論值進(jìn)行比較：常數(shù)實(shí)驗(yàn)值理論值誤差A(yù)8.017.763313.18%B-1632.39-1566.084.23%C100.2897.872.46%3臨界比容Vc實(shí)驗(yàn)值與理論值的比較實(shí)

12、驗(yàn)值/(m3/kg)理論值(m3/kg)c=Rc/cc=3Rc/8c0.00250.002160.01930.0072375七、分析和討論1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，曲線的形狀和趨勢相似，這說明實(shí)驗(yàn)結(jié)果與實(shí)際相符，實(shí)驗(yàn)比較成功。同時(shí)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果存在著一定誤差，其原因主要有以下方面：未等恒溫槽溫度穩(wěn)定下來就開始實(shí)驗(yàn)；活塞螺桿搖動(dòng)過快，使CO2溫度發(fā)生變化，未等系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定就讀數(shù)；壓力表靈敏性較差，存在較大的系統(tǒng)誤差；實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不夠多，特別是等溫線拐點(diǎn)處數(shù)據(jù)不夠密集，造成曲線不準(zhǔn)確；超臨界等溫線取的溫度不夠高，導(dǎo)致部分超臨界等溫線與露點(diǎn)線重合。2實(shí)驗(yàn)測得的蒸汽壓數(shù)據(jù)基本符合Antoine方程，但仍略有誤差，一方面實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有一定誤差，另一方面Antoine方程也不是非常準(zhǔn)確?？上茨軘M合出測得PT曲線的Antoine常數(shù)，可能