CO2临界状态观测及PVT关系测试

1|实验报告课程名称：专业实验指导老师：李昌圣成绩：__________________实验名称：CO2临界状态观测及PVT关系测试实验类型：__________同组学生姓名：一、实验目的和要求（必填）二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填）四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得一、实验目的1．了解CO2临界状态的观测方法，增强对临界状态的感性认识。2．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。3．加深对流体的凝结、汽化、饱和状态等热力学基本概念的理解。4．掌握有关仪器的正确使用方法。二、实验设备及原理1．整个实验装置由压力台，恒温器和实验台本体及其防护罩三大部分组成，如图1所示。实验台本体如图2所示。2．对简单可压缩热力系统，当工质处于平衡状态时，其状态参数P、V、T有：F（P,V,T）=0或T=F(P,V)（1）本实验就是根据式（1），采用定温方法来测定CO2的P-V关系，从而找出CO2的P-V-T关系。3．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台上的活塞杆的进、退来调节，温度由恒温器供给的水套里的水温来调节。4．实验工质二氧化碳的压力由装在压力台上的压力表读出（如果提高精度可由加在活塞转盘上的平专业：化学工程与工艺姓名：学号：日期：地点：装订线化工专业实验2|衡砝码读出，并考虑水银柱高度的修正）。温度由插在恒温水套中的温度计读出。比体积首先由承压玻璃管内二氧化碳柱的高度来度量，然后再根据承压玻璃管内径均匀、截面积不变等条件换算得出。5．抽油、充油操作因为压力台的油缸容量比主容器容量小，需要多次从油杯里抽油，再向主容器充油，才能在压力表上显示压力读数。压力台抽油、充油的操作过程非常重要，若操作失误，很容易损坏实验设备，所以务必按下述步骤仔细操作：⑴关闭压力表及进入本体油路的两个阀门，开启压力台上油杯的进油阀。⑵摇退压力台上的活塞螺杆，直至螺杆全部退出，这时压力台油缸中抽满了油。⑶先关闭油杯阀门，然后开启压力表和进入本体油路的两阀门。⑷摇进活塞螺杆，经本体充油，如此交复，直至压力表上有压力读数为止。⑸再次检查油杯阀门是否关好，压力表及本体油路阀门是否开启，即可进行实验。⑹实验结束后要将油抽回油杯。注意保持系统略有正压，千万不可不断抽油！6．测定承压玻璃管内CO2的质量面积比常数K值。由于充进承压管内的CO2质量不便测量，而玻璃管内径或截面积A又不易测准，因而实验中是采用间接办法来确定CO2的比体积，认为CO2比容V与其高度是一种线性关系，具体如下：a)已知CO2溶液在20℃，100atm时的比容V（20℃，100atm）=0.0017m3/kgb）实测本实验台CO2在20℃，100atm时的CO2液柱高度Δh*(m)（注意玻璃水套上刻度的标记方法）。c)由a)可知：因为V（20℃，100atm）=Δh*/m=0.0017m3/kg，所以*2(/)0.00117mhkkgmA则任意温度、压力下CO2的比容为3(/)/hhvmkgmAk式中：Δh=h-h0h—任意温度、压力下的水银柱高度h0—承压玻璃管内径顶端刻度实验中应注意：做各条定温线时，实验压力P≤10MPa，否则承压玻璃管有破裂的危险；实验温度t≤50℃。三、实验内容及步骤1．开启超级恒温槽，调节到所需的恒温温度。2．压力计抽油，方法见原理部分。3．测定温度为20℃时的等温线及（20℃，100atm）k值。4．在20℃～tc之间，测定CO2的饱和蒸汽压和温度的对应关系（利用水浴升温过程中测试，并要求测4～5个点）。5．测定CO2的临界等温线和临界参数；观察临界现象。6．测定高于临界温度的等温线。四、实验数据记录及处理1．k值的测定h/cmh0/cmΔh/cmk/(kg/m2)10.207.802.4020.5化工专业实验3|2．20℃等温线数据P/MPah/cmΔh/cmv/(m3/kg)9.0010.222.420.0011808.5010.252.450.0011958.0010.292.490.0012157.5010.312.510.0012247.0010.342.540.0012396.5010.382.580.0012596.0010.402.600.0012685.7010.502.700.0013175.6712.324.520.0022055.6415.207.400.0036105.5619.0511.250.0054885.5219.2211.420.0055715.0022.1814.380.0070154.5024.9517.150.0083664.0028.3020.500.010003.5032.5524.750.012073.0037.7529.950.014613．饱和蒸汽压与温度的关系数据T/KP/MPalogPslogPs(理论)295.055.863.76793.7776297.106.133.78753.7982299.256.363.80353.8197301.306.753.82933.8400303.177.163.85493.85834．临界等温线（T=31.50℃）P/MPah/cmΔh/cmv/(m3/kg)9.0010.122.320.0011328.5010.702.900.0014158.0010.803.000.0014637.8010.983.180.0015517.6011.053.250.0015857.5011.143.340.0016297.4011.353.550.0017327.2014.586.780.0033077.0015.707.900.0038546.5017.9010.10.0049276.0019.8612.060.0058835.5021.9014.100.0068785.0024.3516.550.008073化工专业实验4|4.5027.1019.300.0094154.0030.4022.600.011025．超临界等温线（T=41.10℃）P/MPah/cmΔh/cmv/(m3/kg)9.0012.314.510.0022008.5013.806.000.0029278.0015.277.470.0036447.5016.809.000.0043907.0018.2010.40.0050736.5019.8012.000.0058546.0021.0013.200.0064395.5023.5015.700.0076595.0025.8518.050.0088054.5028.5020.700.010104.0031.9024.100.01176五、实验结果及分析1．在P-V图上绘制等温线化工专业实验5|标准等温线：2．用实测的蒸汽压数据和计算的蒸汽压数据在P-T图上分别作蒸汽压曲线：化工专业实验6|由实验数据拟合出的Antoine常数与理论值进行比较：常数实验值理论值误差A7.97757.763312.76%B-1652.364-1566.085.51%C97.2297.870.664%3．临界比容Vc实验值与理论值的比较实验值/(m3/kg)理论值/(m3/kg)cccRTvP38cccRTvP0.00240.002160.01910.00714六、实验讨论与误差分析1．比较实验等温线和标准等温线可得，两图总体上比较相近，曲线的形状和趋势相似，这说明实验结果与实际相符，实验比较成功。同时，实验结果存在着一定误差，其原因主要有以下方面：恒温槽的温度较难控制，造成温度不稳定；活塞螺杆摇动过快，使CO2温度发生变化，未等系统达到稳定就读数；压力表灵敏性较差，存在较大的系统误差；实验数据不够多，特别是等温线拐点处数据不够密集，造成曲线不准确。2．实验测得的蒸汽压数据基本符合Antoine方程，但相同温度下的蒸汽压都略小于计算值，一方面实验数据有一定误差，另一方面Antoine方程也不是非常准确。由实验数据拟合得到的Antoine常数与理论值比较接近，这也证明了Antoine方程的正确性。3．从临界比容Vc的比较可以得到，实验值与理论值较接近，误差在10%左右。由于临界状态的CO2严重偏离理想气体状态，因此根据理想气体状态方程计算得到的比容值远大于理论值。而范德华方程有很大的局限性，根据范德华方程得到的值也大于理论值，但要比理想状态方程更接近实际。4．通过这次实验，我们对临界现象有了直观的了解，观察到了临界乳光现象、汽液两相突变现象。