二氧化碳实验

1、二氧化碳的PVT关系测定和临界状态观测【实验目的】学习流体pVT关系的实验测定方法，加深理解流体pVT状态图pV图的特点和气液相变、 饱和蒸气压、沸点的意义。通过CO2临界状态的观测，增强对气液临界现象的感性认识，理解临界参数的重要意义。学习活塞式压力计的正确使用。【实验原理】对于物质的量确定的系统，当处于平衡状态时，其状态函数p、*、T之间存在关系:f (p,VmT) 0，该方程描述的物质状态图是以p、Vm、T为坐标的立体曲面。在不同温度下截取恒温剖面，相交曲线投影在p-Vm平面上，可以得到由一族恒温线组成的p-Vm图，如图1所示。它直观地表达了物质的pVT关系。温度较高时，等温线是一条光滑

2、曲线；温度较低时，等温线上的有一水平线段，反映气-液相变化的特征，水平线段的两个端点(如i和k两点)分别代表互为共轭的饱和气体和饱和液体。饱和气体和饱和液体的体积随温度的变化在p-Vm图上构成气液共存区的边界线， 称双节线。随着温度升高，水平线段不断缩短，饱和气体线和饱和液体线最后汇于一点(C 点)，即临界点(Critical point)o临界点的温度、压力和体积分别称临界温度Tc、临界压力 pc和临界体积Vc，是物质固有的特征参数。温度低于Tc是气体液化的必要条件。温度、压 力高于临界点的流体称超临界流体，其应用技术是目前研究的热点。280270 K0,20.4 皿 O.fu0,8图1 C

3、O的p- V图 2m本实验测定CO2的一系列等温线，观测气-液相变和临界现象。实验装置如图2所示， 由活塞式压力计、超级恒温槽和试验台本体及其防护罩等几部分组成。试验台本体如图3 所示。图3 试验台本体示意图1高压容器；2玻璃杯；3一压力油；4一水银；5一密封填料；6一填料压盖；7一恒温水套；8一承压玻璃管；9CO2； 10温度计实验中由活塞式压力计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气体的承压玻璃管中，CO2被压缩，其压力和容积通过活塞式压力计上的活塞杆的 进、退来调节。温度由超级恒温槽供给的水套里的水温来调节。02的压力由压力表读出。 温度由插在恒温水套中

4、的温度计(温度计应该事先校正)读出。02体积由承压玻璃管内柱 的高度变化来测量。由于充进承压玻璃管内的C02质量和玻璃管截面积不易测量，实验中采用间接办法来 确定C02的比体积。假设C02的比体积V与其高度呈线性关系。已知C02液体在20C，9.8MPa 时的比体积v (20C，9.8MPa)=0.00117m3.kg-i，若实际测得在20C，9.8MPa时的C02液柱 高度A(m)，则0.00117m3 卞g-1v (20C，9.8MPa)= Ah A / m =om/A = Ah /0.00117 = K(kp-2)K为玻璃管内CO2的质面比常数(kgp-2)。所以，实验温度、压力下CO2

5、的比体积为:v = Ah /(m / A) = Ah / K式中：赫=h - h。h为实验温度、压力下水银柱高度；h为承压玻璃内管顶端刻度。【实验知识点】流体pVT关系的实验测定方法，CO2临界现象的观测。活塞式压力计的使用低温恒温槽的使用【实验注意事项】1 .活塞式压力计的使用：活塞式压力计油缸充油时，关闭压力表及其进入本体油路的两个阀门，开启活塞式压 力计上进油杯的进油阀，摇退活塞式压力计上的活塞螺杆，直至螺杆全部退出。给本体加压：先关闭油杯阀门，然后开启压力表和进入本体油路的两个阀门；摇进活 塞螺杆，使本体充油，直至压力表上有读数为止。低温恒温槽的使用：设定温度在实验的温度，恒定至少10

6、分钟以上才能开始实验。注意加压和减压要足够缓慢，一方面使得体系易达到平衡，另一方面也避免对仪器的损 坏。实验过程中，要注意加压后CO2的变化，仔细测试和观察CO2最初液化和完全液化时的 压力和水银高度。特别要注意观察饱和气体与饱和液体之间的变化和液化、气化等现象。要准确记录CO2开始液化的压力，此时应该缓慢地反复加压减压多次，记录只有极少量 液体时系统的压力。准确记录CO2完全液化时的压力，此时也应该缓慢地反复加压减压多次。开始液化和完 全液化的压力应该尽量接近。观察临界现象时，减压要迅速，现象才明显。但不可减压过多，否则容易将仪器装置损 坏。每条曲线上至少应该有10个以上实验数据。【实验数据

7、记录和处理】室温：18.3C 大气压：101.78kPa h0=3.40cm表1： t = 20.0C CO2等温线数据P (MPa)h(cm)_2 h(cm)v (m3/kg)Vm(dm3mol-1)实验现象3.7628.1024.700.010620.0004684.1624.7821.380.009200.0004054.3623.4220.020.008610.0003794.5622.0418.640.008020.0003534.7620.7417.340.007460.0003284.9619.4416.040.006900.0003045.1618.3014.900.00641

8、0.0002825.3617.2013.800.005940.0002615.5616.1012.700.005460.0002405.7615.0811.680.005020.000221出现液体5.8014.7011.300.004860.0002145.8611.387.980.003430.0001515.9211.157.750.003330.0001475.9410.457.050.003030.0001335.969.005.600.002410.0001066.007.804.400.001890.0000836.206.823.420.001470.0000656.346.5

9、43.140.001350.0000596.586.352.950.001270.0000566.966.302.900.001250.000055全部液化7.366.282.880.001240.0000557.756.202.800.001200.0000538.366.182.780.001200.0000539.566.142.740.001180.00005210.566.102.700.001160.00005111.566.082.680.001150.000051表2： t = 23.0C CO2等温线数据P(MPa)h(cm) h(cm)v (m3/kg)Vm(dm3mol-

10、1)实验现象3.7628.1624.760.010650.0004694.1624.8421.440.009220.0004064.5622.0618.660.008030.0003534.9619.6416.240.006990.0003075.3617.4614.060.006050.0002665.7615.4412.040.005180.0002285.9614.3010.900.004690.0002066.1613.069.660.004160.000183出现液体6.1812.008.600.003700.0001636.2210.006.600.002840.0001256.3

11、47.744.340.001870.0000826.666.663.260.001400.0000626.976.403.000.001290.0000577.166.362.960.001270.000056全部液化7.566.302.900.001250.0000558.366.262.860.001230.0000549.166.202.800.001200.000053表3： t = 25.0C CO2等温线数据P(MPa)h(cm) h(cm)v (m3/kg)Vm(dm3mol-1)实验现象3.7628.2624.860.010690.0004714.1625.0821.680.0

12、09330.0004104.5622.2618.860.008110.0003574.9619.8416.440.007070.0003115.3617.7014.300.006150.0002715.7615.7612.360.005320.0002345.9614.6811.280.004850.0002146.1613.7410.340.004450.0001966.3612.589.180.003950.0001746.3812.228.820.003790.000167出现液体6.4110.887.480.003220.0001426.469.606.200.002670.00011

13、76.567.804.400.001890.0000836.926.663.260.001400.0000627.066.543.140.001350.0000597.366.463.060.001320.000058全部液化8.166.403.000.001290.0000579.166.302.900.001250.000055表4： t = 27.0C CO2等温线数据P (MPa)h(cm) h(cm)v (m3/kg)Vm(dm3mol-1)实验现象3.7628.4025.000.010750.0004734.3623.7020.300.008730.0003844.9620.081

14、6.680.007170.0003165.5617.0213.620.005860.0002586.1614.3410.940.004710.0002076.3613.4010.000.004300.0001896.5612.268.860.003810.0001686.6811.508.100.003480.000153出现液体6.749.506.100.002620.0001156.827.644.240.001820.0000807.186.703.300.001420.0000627.386.643.240.001390.0000617.446.563.160.001360.00006

15、0全部液化7.766.503.100.001330.0000598.766.403.000.001290.000057表 5： t = 29.0C(co2等温线数据P(MPa)h(cm) h(cm)v (m3/kg)Vm(dm3mol-1)实验现象3.7628.6025.200.010840.0004774.3624.0620.660.008890.0003914.9620.3016.900.007270.0003205.5617.3413.940.006000.0002646.1614.8011.400.004900.0002166.5613.009.600.004130.0001826.7

16、612.148.740.003760.0001656.9610.887.480.003220.0001427.0010.407.000.003010.000133出现液体7.068.344.940.002120.0000947.207.704.300.001850.0000817.326.863.460.001490.0000667.526.743.340.001440.000063全部液化8.566.503.100.001330.0000599.566.403.000.001290.000057表 6： t = 31.1C(co2等温线数据P(MPa)h(cm) h(cm)v (m3/kg)

17、Vm(dm3mol-1)实验现象3.7628.9425.540.010990.0004834.3624.2020.800.008950.0003944.9620.6017.200.007400.0003265.5617.6514.250.006130.0002706.1615.2011.800.005080.0002236.7612.809.400.004040.0001786.9611.948.540.003670.0001627.1610.907.500.003230.0001427.2410.006.600.002840.0001257.269.806.400.002750.000121

18、7.289.706.300.002710.0001197.309.576.170.002650.0001177.329.486.080.002620.0001157.369.065.660.002430.0001077.378.705.300.002280.0001007.388.204.800.002060.000091乳光现象7.407.644.240.001820.0000807.707.003.600.001550.0000687.986.803.400.001460.0000648.366.703.300.001420.0000629.166.503.100.001330.00005

19、99.766.443.040.001310.000058表 7： t = 35.0C(co2等温线数据P (MPa)h(cm) h(cm)v (m3/kg)Vm(dm3mol-1)实验现象3.7629.0025.600.011010.0004854.3624.5021.100.009080.0003994.9621.0417.640.007590.0003345.5618.2014.800.006370.0002806.1615.8012.400.005330.0002356.7613.6210.220.004400.0001937.3611.508.100.003480.0001537.96

20、8.505.100.002190.0000978.567.103.700.001590.0000709.166.803.400.001460.000064表8： t = 45.0C CO2等温线数据P (MPa)h(cm) h(cm)v (m3/kg)Vm(dm3mol-1)实验现象3.7635.2031.800.013680.0006024.3626.2022.800.009810.0004324.9622.5019.100.008220.0003625.5619.8016.400.007050.0003106.1617.3613.960.006000.0002646.7615.4012.000