浙大過程工程原理實(shí)驗(yàn)甲CO2臨界狀態(tài)觀測(cè)及PVT關(guān)系測(cè)試實(shí)驗(yàn)報(bào)告

化工專業(yè)實(shí)驗(yàn) |裝訂裝訂線專業(yè)：化學(xué)工程與工藝姓名：學(xué)號(hào)：日期：地點(diǎn)：西溪化學(xué)樓課程名稱：專業(yè)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)老師：李昌圣成績(jī)：__________________實(shí)驗(yàn)名稱：CO2臨界狀態(tài)觀測(cè)及PVT關(guān)系測(cè)試實(shí)驗(yàn)類型：__________同組學(xué)生姓名：一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮鸵螅ū靥睿? 二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和原理（必填）三、主要儀器設(shè)備（必填） 四、操作方法和實(shí)驗(yàn)步驟五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄和處理 六、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析（必填）七、討論、心得一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．了解CO2臨界狀態(tài)的觀測(cè)方法，增強(qiáng)對(duì)臨界狀態(tài)的感性認(rèn)識(shí)。2．掌握CO2的P-V-T關(guān)系的測(cè)定方法，學(xué)會(huì)用實(shí)驗(yàn)測(cè)定實(shí)際氣體狀態(tài)變化規(guī)律的方法和技巧。3．加深對(duì)流體的凝結(jié)、汽化、飽和狀態(tài)等熱力學(xué)基本概念的理解。4．掌握有關(guān)儀器的正確使用方法。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備及原理1．整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置由壓力臺(tái)，恒溫器和實(shí)驗(yàn)臺(tái)本體及其防護(hù)罩三大部分組成，如圖1所示。實(shí)驗(yàn)臺(tái)本體如圖2所示。2．對(duì)簡(jiǎn)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有：F（P,V,T）=0或T=F(P,V)（1）本實(shí)驗(yàn)就是根據(jù)式（1），采用定溫方法來測(cè)定CO2的P-V關(guān)系，從而找出CO2的P-V-T關(guān)系。3．實(shí)驗(yàn)中由壓力臺(tái)送來的壓力油進(jìn)入高壓容器和玻璃杯上半部，迫使水銀進(jìn)入預(yù)先裝了CO2氣體的承壓玻璃管。CO2被壓縮，其壓力和容積通過壓臺(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)。4．實(shí)驗(yàn)工質(zhì)二氧化碳的壓力由裝在壓力臺(tái)上的壓力表讀出（如果提高精度可由加在活塞轉(zhuǎn)盤上的平衡砝碼讀出，并考慮水銀柱高度的修正）。溫度由插在恒溫水套中的溫度計(jì)讀出。比體積首先由承壓玻璃管內(nèi)二氧化碳柱的高度來度量，然后再根據(jù)承壓玻璃管內(nèi)徑均勻、截面積不變等條件換算得出。5．抽油、充油操作因?yàn)閴毫ε_(tái)的油缸容量比主容器容量小，需要多次從油杯里抽油，再向主容器充油，才能在壓力表上顯示壓力讀數(shù)。壓力臺(tái)抽油、充油的操作過程非常重要，若操作失誤，很容易損壞實(shí)驗(yàn)設(shè)備，所以務(wù)必按下述步驟仔細(xì)操作：⑴關(guān)閉壓力表及進(jìn)入本體油路的兩個(gè)閥門，開啟壓力臺(tái)上油杯的進(jìn)油閥。⑵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。⑶先關(guān)閉油杯閥門，然后開啟壓力表和進(jìn)入本體油路的兩閥門。⑷搖進(jìn)活塞螺桿，經(jīng)本體充油，如此交復(fù)，直至壓力表上有壓力讀數(shù)為止。⑸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，即可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。⑹實(shí)驗(yàn)結(jié)束后要將油抽回油杯。注意保持系統(tǒng)略有正壓，千萬不可不斷抽油！6．測(cè)定承壓玻璃管內(nèi)CO2的質(zhì)量面積比常數(shù)K值。由于充進(jìn)承壓管內(nèi)的CO2質(zhì)量不便測(cè)量，而玻璃管內(nèi)徑或截面積A又不易測(cè)準(zhǔn)，因而實(shí)驗(yàn)中是采用間接辦法來確定CO2的比體積，認(rèn)為CO2比容V與其高度是一種線性關(guān)系，具體如下：a)已知CO2溶液在20℃，100atm時(shí)的比容V（20℃，100atm）=0.0017m3/kgb）實(shí)測(cè)本實(shí)驗(yàn)臺(tái)CO2在20℃，100atm時(shí)的CO2液柱高度Δh*(m)（注意玻璃水套上刻度的標(biāo)記方法）。c)由a)可知：因?yàn)閂（20℃，100atm）=Δh*/m=0.0017m3/kg，所以則任意溫度、壓力下CO2的比容為式中：Δh=h-h0h—任意溫度、壓力下的水銀柱高度h0—承壓玻璃管內(nèi)徑頂端刻度實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意：做各條定溫線時(shí)，實(shí)驗(yàn)壓力P≤10MPa，否則承壓玻璃管有破裂的危險(xiǎn)；實(shí)驗(yàn)溫度t≤50℃。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1．開啟超級(jí)恒溫槽，調(diào)節(jié)到所需的恒溫溫度。2．壓力計(jì)抽油，方法見原理部分。3．測(cè)定溫度為20℃時(shí)的等溫線及（20℃，100atm）k值。4．在20℃～tc之間，測(cè)定CO2的飽和蒸汽壓和溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系（利用水浴升溫過程中測(cè)試，并要求測(cè)4～5個(gè)點(diǎn)）。5．測(cè)定CO2的臨界等溫線和臨界參數(shù)；觀察臨界現(xiàn)象。6．測(cè)定高于臨界溫度的等溫線。四、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄及處理表1．k值的測(cè)定h/cmh0/cmΔh/cmk/(kg/m2)5.42.62.823.9計(jì)算示例:?h=h-k=表2．?dāng)?shù)據(jù)記錄與處理溫度/℃P/MPah/cmΔh/cmv/(m3/kg)20.010.05.42.80.0011728.55.52.90.0012137.05.63.00.0012555.65.83.20.0013395.67.44.80.0020085.515.713.10.0054815.018.916.30.006824.026.023.40.0097913.036.834.20.01431028.07.06.23.60.0015066.911.48.80.00368231.0（臨界點(diǎn)）7.37.34.70.00196733.010.05.83.20.0013398.06.43.80.001596.016.6140.0058584.028.325.70.010753計(jì)算示例（以20℃第二組為例）：v=3．飽和蒸汽壓與溫度的關(guān)系數(shù)據(jù)T/KPs/kPalogPslogPs(理論)293.1556503.7523.758301.1569503.8423.838304.1573003.8633.868計(jì)算示例（以20℃為例）：logPs五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析1．在P-V圖上繪制等溫線圖1.實(shí)驗(yàn)測(cè)得的CO2等溫線標(biāo)準(zhǔn)等溫線：圖2.標(biāo)準(zhǔn)CO2等溫線2．用實(shí)測(cè)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(cè)蒸汽壓數(shù)據(jù)與理論蒸汽壓數(shù)據(jù)比較圖使用OriginPro8.2按Antoine方程擬合實(shí)驗(yàn)所得的P~T曲線時(shí)，發(fā)現(xiàn)無法收斂，故沒有得出實(shí)驗(yàn)曲線對(duì)應(yīng)的Antoine常數(shù)。但由上圖可看出實(shí)驗(yàn)曲線與理論曲線十分接近，幾乎重合，可以判斷Antoine方程是可以較準(zhǔn)確描述二氧化碳的飽和溫度與飽和蒸汽壓的關(guān)系的。3．臨界比容Vc實(shí)驗(yàn)值與理論值的比較實(shí)驗(yàn)值/(m3/kmol)理論值V3/8RTc0.086560.09420.34290.1286六、實(shí)驗(yàn)討論與誤差分析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(shì)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(cè)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(cè)得P~T曲線的Antoine常數(shù)，可能是因?yàn)閷?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)太少的原因。3．從臨界比容Vc的比較可以得到，實(shí)驗(yàn)值與實(shí)驗(yàn)書