新化工熱力學(xué)-第二章流體PVT關(guān)系

1、化工熱力學(xué)化工熱力學(xué)第二章第二章 P-V-T化工熱力學(xué)化工熱力學(xué)第二章第二章 P-V-T化工熱力學(xué)化工熱力學(xué)第二章第二章 P-V-T化工熱力學(xué)化工熱力學(xué)第二章第二章 P-V-T2.1 純物質(zhì)的p-V-T關(guān)系p-V-T立體相圖立體相圖化工熱力學(xué)化工熱力學(xué)第二章第二章 P-V-T2.1 純物質(zhì)的p-V-T關(guān)系水的水的p-V-T立體相圖立體相圖純物質(zhì)純物質(zhì)P-V-TP-V-T相圖相圖單相區(qū)單相區(qū)V L SV L S純物質(zhì)的純物質(zhì)的p-T圖圖純物質(zhì)的純物質(zhì)的p-V圖圖一一 純物質(zhì)純物質(zhì)P-V-TP-V-T相圖相圖兩相共存區(qū)兩相共存區(qū)S/L V/L V/SS/L V/L V/S一一 純物質(zhì)純物質(zhì)P-V-

2、TP-V-T相圖相圖飽和線飽和線一一 純物質(zhì)純物質(zhì)P-V-TP-V-T相圖相圖過飽和蒸汽過飽和蒸汽一一 純物質(zhì)純物質(zhì)P-V-TP-V-T相圖相圖過飽和液體過飽和液體一一 純物質(zhì)純物質(zhì)P-V-TP-V-T相圖相圖三相線三相線/ /點點V/L/SV/L/S一一 純物質(zhì)純物質(zhì)P-V-TP-V-T相圖相圖臨界點臨界點一一 純物質(zhì)純物質(zhì)P-V-TP-V-T相圖相圖超臨界流體超臨界流體123C固固相相氣氣(汽汽)相相液液相相密密流流區(qū)區(qū)二二 .P-T圖圖1-2線線 汽固平衡線（升華線）汽固平衡線（升華線）2-c線線 汽液平衡線（汽化線）汽液平衡線（汽化線）2-3線線 液固平衡線（熔化線）液固平衡線（熔化線

3、）C點臨界點，點臨界點，2點三相點點三相點PPc,TTc的區(qū)域，屬汽體的區(qū)域，屬汽體PTc的區(qū)域，屬氣體的區(qū)域，屬氣體PPc,TTc的區(qū)域，兩相的區(qū)域，兩相性質(zhì)相同性質(zhì)相同TcTPcPPPc,TTc的區(qū)域，密流區(qū)的區(qū)域，密流區(qū) 具有液體和氣體的雙重性質(zhì)，具有液體和氣體的雙重性質(zhì)，密度同液體，溶解度大；粘度密度同液體，溶解度大；粘度同氣體，擴散系數(shù)大。同氣體，擴散系數(shù)大。AB固體區(qū)固體區(qū)液體區(qū)液體區(qū)氣體區(qū)氣體區(qū)三相點三相點F=C-P+2=0水的三相點：水的三相點：0.0098 臨界點臨界點汽固平衡線汽固平衡線液固平衡液固平衡線線汽液汽液平衡平衡線線二、二、p-T 圖圖臨界等容線臨界等容線超臨界流

4、體區(qū)超臨界流體區(qū)（TTc和和PPc）化工熱力學(xué)化工熱力學(xué)第二章第二章 P-V-T三三 .P-V圖圖0VPTcT0VPTcT22VPT1T2T3TcT4T5汽液兩相區(qū)汽液兩相區(qū)氣氣液液汽汽特性：特性：汽液兩相區(qū)的比容差隨溫度和壓汽液兩相區(qū)的比容差隨溫度和壓力的上升而減少，外延至力的上升而減少，外延至V=0V=0點，點，可求得可求得Pc,VcPc,Vc和和Tc.Tc.在單相區(qū)，等溫線為光滑的曲在單相區(qū)，等溫線為光滑的曲線或直線；高于線或直線；高于Tc的的等溫線的的等溫線光滑，無轉(zhuǎn)折點，低于光滑，無轉(zhuǎn)折點，低于Tc的的的的等溫線有折點，由三部分組成。等溫線有折點，由三部分組成。臨界點處，等溫線既是極

5、值點臨界點處，等溫線既是極值點又是拐點又是拐點C臨界點臨界點過冷液體區(qū)過冷液體區(qū) p-V圖圖飽和液相線飽和液相線飽和汽相線飽和汽相線汽液兩相平衡區(qū)汽液兩相平衡區(qū)F=C-P+2=1v超臨界超臨界流體流體區(qū)區(qū)（TTc和和PPc）過熱蒸汽區(qū)過熱蒸汽區(qū) 點點在在點點在在CVPCVPTT0022 恒溫線恒溫線臨界點臨界點數(shù)據(jù)見數(shù)據(jù)見附錄附錄2；正常沸正常沸點在哪？點在哪？化工熱力學(xué)化工熱力學(xué)第二章第二章 P-V-T化工熱力學(xué)化工熱力學(xué)第二章第二章 P-V-T化工熱力學(xué)化工熱力學(xué)第二章第二章 P-V-T化工熱力學(xué)化工熱力學(xué)第二章第二章 P-V-T純流體純流體pVT關(guān)系的應(yīng)用關(guān)系的應(yīng)用液化氣成分的選擇液化氣

6、成分的選擇物質(zhì)物質(zhì)Tc ， Pc ，atmTB ， 燃燒值，燃燒值，kJ/g甲烷甲烷-82.6245.36-161.4555.6乙烷乙烷32.1848.08-88.6552.0丙烷丙烷96.5941.98-42.1550.5正丁烷正丁烷151.937.43-0.549.6正戊烷正戊烷196.4633.3236.0549.1正己烷正己烷234.429.8068.7548.4液化石油氣的主要液化石油氣的主要成分為何是成分為何是丙烷、丙烷、丁烷和少量的戊烷丁烷和少量的戊烷而不是甲烷、乙烷而不是甲烷、乙烷和正己烷？和正己烷？化工熱力學(xué)化工熱力學(xué)第二章第二章 P-V-T（了解）（了解）v超臨界流體（超臨

7、界流體（Supercritical Fluid, SCF）1） 定義：定義：在在TTc和和PPc區(qū)域內(nèi)，區(qū)域內(nèi)，氣體、液體變得不可區(qū)氣體、液體變得不可區(qū)分，分，形成的一種特殊狀態(tài)的流體，形成的一種特殊狀態(tài)的流體，稱為稱為超臨界流體。超臨界流體。2） 特點：特點：多種物理化學(xué)性質(zhì)介于氣體和液體之間多種物理化學(xué)性質(zhì)介于氣體和液體之間 ,并兼具并兼具 兩者的優(yōu)點。具有兩者的優(yōu)點。具有液體一樣液體一樣的密度、溶解能力和傳熱系數(shù)的密度、溶解能力和傳熱系數(shù) ,具有具有氣體一樣氣體一樣的低粘度和高擴散系數(shù)。的低粘度和高擴散系數(shù)。物質(zhì)的溶解度對物質(zhì)的溶解度對T、P的變化很敏感的變化很敏感 ，特別是在臨界狀態(tài)，

8、特別是在臨界狀態(tài)附近附近 ， T、P微小變化會導(dǎo)致溶質(zhì)的溶解度發(fā)生幾個數(shù)量微小變化會導(dǎo)致溶質(zhì)的溶解度發(fā)生幾個數(shù)量級的突變級的突變 ，超臨界流體正是利用了這一特性，通過對超臨界流體正是利用了這一特性，通過對T、P的調(diào)控來進行物質(zhì)的分離。的調(diào)控來進行物質(zhì)的分離。超臨界流體特性超臨界流體特性 性質(zhì)性質(zhì) 氣體氣體 超臨界流體超臨界流體 液體液體 1atm, 1530Pc Tc 1atm, 1530 密度密度/(g/mL)(0.62)10-3 0.20.9 0.61.6 粘度粘度/g/(cms)(13)10-4(19)10-4 (0.23)10-2 擴散系擴散系/(cm2/s) 0.10.4 (27)1

9、0-4 (0.23)10-5超臨界流體的多種物理化學(xué)性質(zhì)介于氣體和液體之超臨界流體的多種物理化學(xué)性質(zhì)介于氣體和液體之間，并兼具二者的優(yōu)點。間，并兼具二者的優(yōu)點。v現(xiàn)研究較多的超臨界流體包括現(xiàn)研究較多的超臨界流體包括 : CO2 、H2O、NH3、甲醇、乙醇、戊烷、乙烷、乙烯等。、甲醇、乙醇、戊烷、乙烷、乙烯等。v但受溶劑來源、價格、安全性等因素限制。只但受溶劑來源、價格、安全性等因素限制。只有有CO2 應(yīng)用最多應(yīng)用最多.臨界條件溫和臨界條件溫和Tc=31 ；Pc =7.4MPa。萃取溫度低萃取溫度低(3 0 50 )能保留產(chǎn)品的能保留產(chǎn)品的天然有效活性。天然有效活性。 溶解能力溶解能力強。強。惰性（不污染產(chǎn)品）惰性（不污染產(chǎn)品） 、價廉易得、價廉易得、選擇性良好選擇性良好和和產(chǎn)產(chǎn)物易從反應(yīng)混合物中分離出來。物易從反應(yīng)混合物中分離出來?；崃W(xué)化工熱力學(xué)第二章第二章 P-V-T化工熱力學(xué)化工熱力學(xué)第二章第二章 P-V-T2.立方型方程的根立方型方程的根0)(23 PabVPaVPRTbV1) TTc2) T=Tc3) TTc僅有僅有一個實根一個實根，超臨，超臨界流體（界流體（PPc)和氣體和氣體(PPc)的摩爾體積。的摩爾體積。P=Pc,三個重實根三個重實根