氣體標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)

標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)狀態(tài)函數(shù)中熱力學(xué)能U及焓H和吉布斯自由能G等熱力學(xué)函數(shù)的絕對值是無法確定的。為了便于比較不同狀態(tài)時它們的相對值，需要規(guī)定一個狀態(tài)作為比較的標(biāo)準(zhǔn)。所謂標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，是在指定溫度T和標(biāo)準(zhǔn)壓力p下該物質(zhì)的狀態(tài)，簡稱標(biāo)準(zhǔn)態(tài)。對具體系統(tǒng)而言，純理想氣體的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)是該氣體處于標(biāo)準(zhǔn)壓力p(100kPa)下的狀態(tài)；［1混合理想氣體的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)是指任一氣體組分的分壓力為p的狀態(tài)；純液體(或純固體)物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)是標(biāo)準(zhǔn)壓力p下的純液體(或純固體)。溶液中溶質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)，是在指定溫度T和標(biāo)準(zhǔn)壓力p,質(zhì)量摩爾濃度1mol/kg的狀態(tài)。因壓力對液體和固體的體積影響恒很小，故可將溶質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)態(tài)濃度改用c=1mol/L代替。應(yīng)當(dāng)注意的是，由于標(biāo)準(zhǔn)態(tài)只規(guī)定了壓力p，而沒有指定溫度，所以與溫度有關(guān)的狀態(tài)函數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)應(yīng)注明溫度。為了便于比較，國際理論和應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會(IUPAC)推薦選擇273.15K(0°C)作為參考溫度。需要注意的是，在1982年以前，IUPAC曾經(jīng)采用101.325kPa作為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)的壓力。從手冊或?qū)Ｖ殚啛崃W(xué)數(shù)據(jù)時，應(yīng)注意其規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，以免造成數(shù)據(jù)誤用。1《石油化工自動化儀表選型設(shè)計規(guī)范》P8以及1954年第十屆國際計量大會(CGPM)定義標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)為：0攝氏度，0.101MPa；2《自動檢測技術(shù)與裝置(張宏建主編)》P204以及《天然氣流量的標(biāo)準(zhǔn)孔板計算方法》定義標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)為：溫度293.15K(20C),壓力101.325KPa；3國際標(biāo)準(zhǔn)化組織和美國國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定以溫度288.15K(15C)，壓力101.325KPa作為計量氣體體積流量的標(biāo)態(tài)。在溫度壓力不太高時，可以用理想氣體狀態(tài)方程粗算：V0=V1*P1*T0/P0/T1其中，P1、T1、V1和PO、TO、V0分別是實際工況和標(biāo)準(zhǔn)狀況下的壓力溫度和體積；若要比較精確的結(jié)果，需要進(jìn)一步校正。再查一下氣體的壓縮系數(shù)，修正一下就可以了什么是氣體的壓縮系數(shù)？答：氣體壓縮系數(shù)Compressibilitycoefficient,也稱壓縮因子Compressibilityfactor。是實際氣體性質(zhì)與理想氣體性質(zhì)偏差的修正值。通常用Z表示，Z=Pv/RT=Pv/RT；Z也可以認(rèn)為是mu實際氣體比容v(v)對理想氣體比容v的比值；Z=v/v；v=RT/P。其中，P是氣actualidealactualidealideal體的絕對壓力；v是摩爾體積；R是通用氣體常數(shù)；R=R/M；R是氣體的摩爾氣體常數(shù)；T是熱力muu學(xué)溫度。Z偏離1越遠(yuǎn)，氣體性質(zhì)偏離理想氣體性質(zhì)越遠(yuǎn)。Z在實際氣體狀態(tài)方程中出現(xiàn)。凡在氣體流量的計算中必然要考慮壓縮系數(shù)。在壓力不太高、溫度較高、密度較小的參數(shù)范圍內(nèi)，按理想氣體計算能滿足一般工程計算精度的需要，使用理想氣體狀態(tài)方程就可以了，此時壓縮系數(shù)等于1。但是在較高壓力、較低溫度或者要求高準(zhǔn)確度計算，需要使用實際氣體狀態(tài)方程，在計量氣體流量時由于要求計算準(zhǔn)確度較高，通常需要考慮壓縮系數(shù)。隨著對氣體狀態(tài)方程準(zhǔn)確度要求提高，在百余年來實際氣體狀態(tài)方程出現(xiàn)了許多不同形式，對壓縮系數(shù)也有不同的表述。比較有名的是范德瓦爾狀態(tài)方程和維里狀態(tài)方程。求得壓縮系數(shù)的方法：1)查表法，對比態(tài)參數(shù)在圖表上查得。已有的圖表是通過試驗對不同氣體測得P、V、T(分別是壓力、比容、溫度)數(shù)據(jù)和相應(yīng)的臨界參數(shù)P、v、T、計算得到對比參數(shù)P、v、T繪制的Z--P、cccrrrrv圖。Z是固定的，如圖1，Z固定為0.27。rcC圖1通用氣體壓縮系數(shù),縱坐標(biāo)Z，橫坐標(biāo)是Pr式中，P是臨界壓力，T是臨界溫度，隨物質(zhì)不同而不同；對比壓力P、對比溫度T根據(jù)測量的ccrr壓力、溫度和臨界壓力、溫度計算；P=P/P；T=T/T；zc為臨界點處實際氣體的壓縮因子，稱rcrc為臨界壓縮因子。實驗表明，臨界壓縮因子zc數(shù)值相近的各種氣體，可以認(rèn)為具有相似的熱力學(xué)性質(zhì)，即在相同的對比壓力pr及對比溫度Tr下，它們的對比比體積vr的數(shù)值基本相同，都可以表示為vr=f(pr,Tr)。于是壓縮因子還可以表示為對于臨界壓縮因子zc有相同數(shù)值的氣體，當(dāng)它們的對比參數(shù)pr及Tr相同，即處于對應(yīng)狀態(tài)時，它們壓縮因子z具有相同的數(shù)值。于是，如果把壓縮因子z隨狀態(tài)變化的實驗關(guān)系整理成z與對比參數(shù)pr及Tr的關(guān)系，并表示成如圖1所示的圖線，就可以用于所有具有相同臨界壓縮因子zc的氣體，直接按其狀態(tài)所對應(yīng)的pr、Tr的值，由圖上查取該狀態(tài)下壓縮因子z的數(shù)值。因而這種表示z與pr、Tr關(guān)系的線圖稱為通用壓縮因子圖。各種氣體臨界壓縮因子的數(shù)值大致在0.23?0.31的范圍內(nèi)，而60%的烴類氣體的zc在0.27左右，故最常見的通用壓縮因子圖為zc-0.27的線圖。該圖也常用于zc不等于0.27的氣體的近似計算，當(dāng)用于zc=0.26?0.28的各種氣體時，除臨界點附近的狀態(tài)外，所得z的數(shù)值的誤差小于5%。此外，對于一些沒有詳細(xì)物性數(shù)據(jù)的氣體，采用通用壓縮因子圖估算其狀態(tài)變化關(guān)系有很大的實用價值。如果在氣體的狀態(tài)變化范圍內(nèi)，壓縮因子z的數(shù)值在0.95?1.05的范圍內(nèi)，則可當(dāng)作理想氣體處理。在臨界壓縮因子z數(shù)值相同的條件下，如果已知T及P,就可應(yīng)用通用熱力性crr質(zhì)圖查出相應(yīng)的偏差來。在應(yīng)用通用熱力性質(zhì)圖時，應(yīng)注意該圖的臨界壓縮因子z的數(shù)值。顯C然，使用非同組的壓縮因子圖，會帶來較大的誤差。計算法根據(jù)維里狀態(tài)方程其中，3是對比密度，3=P/P；T是對比溫度，T=T/T；b是維里系數(shù)，cci,j對于空氣，b使用下表，b是維里系數(shù)i,ji,j對于天然氣，按照AGA8/1992andISO-12213-2/1997，天然氣的z系數(shù)計算其中，Pm是天然氣的莫爾密度，Pr是對比密度，B是第二維里系數(shù)，C*是溫度從屬系數(shù)n(emperaturedependentcoefficients),bn,cn和kn是IS0T2213-2/1997.給的狀態(tài)方程的參數(shù)，Pm是莫爾密度，Pr是對