化工热力学实验.docx

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、实验目的了解。02临界状态的观测方法，增加对临界状态概念的感性认识。 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。 掌握C02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。 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、实验内容测定C02的p-v-t关系。在p-v坐标图中绘出低于临界温度(t=20°C)、临界温度(t=31.1°C)和高于临界温度(t=40C)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。 测定C02在低于临界温度时，饱和温度与饱和压力之间的对应关系。 观测临界状态临界状态时近汽液两相模糊的现象。 汽液整体相变现象。 测定的C02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。 整体结构：见图1。 本体结构：见图2。 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；7一恒温水套；8一承压玻璃管；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 装好实验设备，开启试验台本体上的日光灯 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。 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。 测定t=20°C的低于临界温度的等温线 测定临界温度t=30.10C的等温线和临界参数，观察临界现象 测定t=40C的高于临界温度的等温线 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v 与其高度是一种线性关系。具体如下： 1）已知CO2液体在20°C,9.8MPa时的比容v（20°C,9.8MPa）=0.00117m3/kg 2）如前操作实地测出本试验台CO2在20C,9.8MPa时的CO2液柱高度^h*（m）,（注意玻璃水套上刻度的标记方法）Ah*xA 3）由1）可知u（20°c,9.8MPa）==0.00117m3/kgm mAh*==k（板m2）A0.00117 那么任意温度，压力下CO2的比容为AhAhv==—mhk式中Ah=h-hf 将测得的数据整理成表，并在p-v图上作出等温线 应用RK方程进行体积数据推算，并与相应的实验值比较 对所测数据进行误差分析七、注意事项 1.做各条定温线，实验压力p^9.8Mpa,实验温度W50C 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。 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。 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。 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卜，加压（或减压）过程也必须足够缓慢，以免玻璃管内的二氧化碳温度偏离管外的恒定温度。