化工热力学第三版课件

第二章流体的PVT关系：状态方程式流体液体气体蒸汽可凝性气体（汽体）第二章流体的PVT关系：状态方程式流体液体气体蒸汽可凝性1热力学最基本性质有两大类P,V,T,XH,S,U,A,G,Cp易测难测怎么办???用容易获得的物性数据(P,V,T,X)来推算较难获得的物性数据(H,S,U,A,G)但存在问题：(1)有限的P-V-T数据，无法全面了解流体的P-V-T行为；(2)离散的P-V-T数据，不便于求导和积分，无法求得H,S,U,A,G等热力学数据。如何解决？？热力学最基本性质有两大类P,V,T,XH,S,U,A,G,C2如何解决？？只有建立能反映流体P-V-T关系的解析形式才能解决。这就是状态方程EquationofState(EOS)的由来。EOS反映了体系的特征，是推算实验数据之外信息和其他物性数据不可缺少的模型。流体P-V-T数据+状态方程EOS是计算热力学性质最重要的模型之一。EOS+Cpig所有的热力学性质。如何解决？？只有建立能反映流体P-V-T关系的解析形式才能解3研究流体PVT

关系的意义：（1）可以根据压力和温度求得流体的比容和密度；对i.g.（2）可利用PVT关系计算不能直接从实验测得的热力学性质对i.g.研究流体PVT关系的意义：（1）可以根据压力和温度求得流4§

2-1纯物质的P、V、T行为

P、V、T行为

用图表示

图示法

P—T图P—V图

用状态方程表示§2-1纯物质的P、V、T行为P、V、T行为用图5纯物质的P-V-T相图纯物质的P-V-T相图6P-V-T相图的投影图P-V-T相图的投影图7压力温度213临界点三相点图2-1纯物质的P-T图(1)1.P-T图Gibbs相律：F=C-P+n纯流体F=3-P压力温度213临界点三相点图2-1纯物质的P-T图8

三相点是物质自身的特性，不能加以改变，表1部分物质三相点的温度和压力物质HeH2O2N2NH3CO2H2OT/K2.1713.8454.3663.18195.4216.55273.16P/KPa5.17.10.212.66.2516.80.611三相点是物质自身的特性，不能加以改变，表19

冰点是在大气压力下,水的气、液、固三相共存冰点温度为 大气压力为时外压增大，水的冰点随之减小H2O的三相点温度为273.16K，压力为610.62Pa。冰点是在大气压力下,水的气、液、固三相共存冰点温度为 10温度蒸发冷凝液汽压力213熔融凝固固液图2-1纯物质的P-T图(2)升华凝华气固两相平衡线上：F=1温度蒸发冷凝液汽压力213熔融凝固固液图2-1纯物质的11压力温度213固相区液相区蒸汽区

压缩流体区（SCF）图2-1纯物质的P-T图(3)气体区

SuperCriticalFluid临界温度下气体液化所需的最小压力气体液化所允许的最高温度（无论如何加压也不液化）(可通过加压或降温液化)单相区内：F=2压力温度213固相区液相区蒸汽区压缩流体区图2-112在临界点之上的物态称为超临界流体超临界流体的性质：超临界流体由于液体与气体分界消失，是提高压力也不液化的非凝聚性气体，兼具液体与气体性质。仍是一种气体，但又不同于一般气体，是一种稠密气态。

密度比一般气体要大两个数量级，与液体相近。

粘度比液体小，但扩散速度比液体快两个数量级，有较好的流动性和传递性。介电常数大，有利于溶解一些极性高的物质。很强的溶解能力。在临界点之上的物态称为超临界流体超临界流体的性质：超临界流体13超临界流体应用原理：

物质在超临界流体中的溶解度受压力和温度的影响较大。可以利用升温、降压手段（或两者兼用）将超临界流体中所溶解的物质分离析出，达到分离提纯的目的。如：高压条件下，使超临界流体与物料接触，物料中的有效成分溶于超临界流体中（如萃取）；分离后对溶有溶质的超临界流体降压，溶质析出。如果有效成分不止一种，可以采取逐级降压，使多种溶质分步析出。分离过程中没有相变，过程能耗低。超临界流体应用原理：物质在超临界流体中的溶解度受压力和14超临界流体的应用：超临界流体萃取超临界水氧化技术超临界流体干燥超临界流体色谱超临界流体化学反应常用的物质及临界点：

二氧化碳：304.3K7.39MPa水：647K

22MPa甲醇：512K8.1MPa乙醇：516K6.38MPa超临界流体的应用：超临界流体萃取超临界水氧化技术超临界15液相固相气相T/Kp/Pa超临界流体临界点二氧化碳相图示意图Tc=304.3KPc=73.9105Pa液相固相气相T/Kp/Pa超临界流体临界点二氧16二氧化碳超临界流体的萃取的优点1.

流体密度大，溶解能力强2.

流体黏度小，扩散快，可进入各种微孔3.

毒性低，易分离4.

无残留，不改变萃取物的香味和口味5.

操作条件温和（约31C,73大气压），萃取剂可重复使用，无三废6.

可用于食品、保健品和药品的萃取与提纯二氧化碳超临界流体的萃取的优点1.流体密度大，溶解能力强217P-V-T相图的投影图P-V-T相图的投影图18图2-2

纯物质的P—V图（1）饱和液体线饱和蒸汽线三相线固相线液相线临界等温线2.P-V图图2-2纯物质的P—V图（1）饱和液体线饱和蒸汽线19图2-2

纯物质的P—V图（2）SS/LLV/SV/LV（蒸汽）G（气体）SCF一定掌握每条线、每种相态的位置及意义图2-2纯物质的P—V图（2）SS/LLV/SV/20图2-2

纯物质的P—V图（3）临界等温线图2-2纯物质的P—V图（3）临界等温线21表1各种气体的Tc

、pc

以及正常沸点Tb物质Tc,℃pc,atmTb,℃燃烧值,kJ/g甲烷-82.5545.36-161.4555.6乙烷32.1848.08-88.6552.0丙烷96.5941.98-42.1550.5正丁烷151.937.43-0.549.6正戊烷196.4633.3236.0549.1正己烷234.429.8068.7548.4根据以下数据选择合适的液化气成分表1各种气体的Tc、pc以及正常沸点Tb根据以下数据22练习题1.纯物质由蒸汽变成固体，必须经过液相？2.纯物质由蒸汽变成液体，必须经过冷凝的相变过程？3.当压力大于临界压力时，纯物质就以液态存在？

4.指定温度下的纯物质，当压力低于该温度下的饱和蒸汽压时，则气体的状态为（)A.饱和蒸汽B.超临界流体C.饱和液体D.过热蒸汽

5.T温度下过冷纯液体的压力P（)A.>Ps(T)

B.=Ps(T)C.<Ps(T)D.不确定错错错

6.T温度下过冷纯蒸汽的压力P（)A.>Ps(T)

B.=Ps(T)C.<Ps(T)D.不确定练习题1.纯物质由蒸汽变成固体，必须经过液相？2.纯物质由蒸237.对于纯物质，一定温度下露点压力和泡点压力是()A.相同的B.不相同8.对于纯物质，一定温度下露点和泡点在P-T图上是()A.相同的B.不相同9.对于纯物质，一定温度下露点和泡点在P-V图上是()A.相同的B.不相同10.泡点温度的轨迹是

饱和液相线11.露点温度的轨迹是

饱和汽相线7.对于纯物质，一定温度下露点压力和泡点压力是()824第二章流体的PVT关系：状态方程式流体液体气体蒸汽可凝性气体（汽体）第二章流体的PVT关系：状态方程式流体液体气体蒸汽可凝性25热力学最基本性质有两大类P,V,T,XH,S,U,A,G,Cp易测难测怎么办???用容易获得的物性数据(P,V,T,X)来推算较难获得的物性数据(H,S,U,A,G)但存在问题：(1)有限的P-V-T数据，无法全面了解流体的P-V-T行为；(2)离散的P-V-T数据，不便于求导和积分，无法求得H,S,U,A,G等热力学数据。如何解决？？热力学最基本性质有两大类P,V,T,XH,S,U,A,G,C26如何解决？？只有建立能反映流体P-V-T关系的解析形式才能解决。这就是状态方程EquationofState(EOS)的由来。EOS反映了体系的特征，是推算实验数据之外信息和其他物性数据不可缺少的模型。流体P-V-T数据+状态方程EOS是计算热力学性质最重要的模型之一。EOS+Cpig所有的热力学性质。如何解决？？只有建立能反映流体P-V-T关系的解析形式才能解27研究流体PVT

关系的意义：（1）可以根据压力和温度求得流体的比容和密度；对i.g.（2）可利用PVT关系计算不能直接从实验测得的热力学性质对i.g.研究流体PVT关系的意义：（1）可以根据压力和温度求得流28§

2-1纯物质的P、V、T行为

P、V、T行为

用图表示

图示法

P—T图P—V图

用状态方程表示§2-1纯物质的P、V、T行为P、V、T行为用图29纯物质的P-V-T相图纯物质的P-V-T相图30P-V-T相图的投影图P-V-T相图的投影图31压力温度213临界点三相点图2-1纯物质的P-T图(1)1.P-T图Gibbs相律：F=C-P+n纯流体F=3-P压力温度213临界点三相点图2-1纯物质的P-T图32

三相点是物质自身的特性，不能加以改变，表1部分物质三相点的温度和压力物质HeH2O2N2NH3CO2H2OT/K2.1713.8454.3663.18195.4216.55273.16P/KPa5.17.10.212.66.2516.80.611三相点是物质自身的特性，不能加以改变，表133

冰点是在大气压力下,水的气、液、固三相共存冰点温度为 大气压力为时外压增大，水的冰点随之减小H2O的三相点温度为273.16K，压力为610.62Pa。冰点是在大气压力下,水的气、液、固三相共存冰点温度为 34温度蒸发冷凝液汽压力213熔融凝固固液图2-1纯物质的P-T图(2)升华凝华气固两相平衡线上：F=1温度蒸发冷凝液汽压力213熔融凝固固液图2-1纯物质的35压力温度213固相区液相区蒸汽区

压缩流体区（SCF）图2-1纯物质的P-T图(3)气体区

SuperCriticalFluid临界温度下气体液化所需的最小压力气体液化所允许的最高温度（无论如何加压也不液化）(可通过加压或降温液化)单相区内：F=2压力温度213固相区液相区蒸汽区压缩流体区图2-136在临界点之上的物态称为超临界流体超临界流体的性质：超临界流体由于液体与气体分界消失，是提高压力也不液化的非凝聚性气体，兼具液体与气体性质。仍是一种气体，但又不同于一般气体，是一种稠密气态。

密度比一般气体要大两个数量级，与液体相近。

粘度比液体小，但扩散速度比液体快两个数量级，有较好的流动性和传递性。介电常数大，有利于溶解一些极性高的物质。很强的溶解能力。在临界点之上的物态称为超临界流体超临界流体的性质：超临界流体37超临界流体应用原理：

物质在超临界流体中的溶解度受压力和温度的影响较大。可以利用升温、降压手段（或两者兼用）将超临界流体中所溶解的物质分离析出，达到分离提纯的目的。如：高压条件下，使超临界流体与物料接触，物料中的有效成分溶于超临界流体中（如萃取）；分离后对溶有溶质的超临界流体降压，溶质析出。如果有效成分不止一种，可以采取逐级降压，使多种溶质分步析出。分离过程中没有相变，过程能耗低。超临界流体应用原理：物质在超临界流体中的溶解度受压力和38超临界流体的应用：超临界流体萃取超临界水氧化技术超临界流体干燥超临界流体色谱超临界流体化学反应常用的物质及临界点：

二氧化碳：304.3K7.39MPa水：647K

22MPa甲醇：512K8.1MPa乙醇：516K6.38MPa超临界流体的应用：超临界流体萃取超临界水氧化技术超临界39液相固相气相T/Kp/Pa超临界流体临界点二氧化碳相图示意图Tc=304.3KPc=73.9105Pa液相固相气相T/Kp/Pa超临界流体临界点二氧40二氧化碳超临界流体的萃取的优点1.

流体密度大，溶解能力强2.

流体黏度小，扩散快，可进入各种微孔3.

毒性低，易分离4.

无残留，不改变萃取物的香味和口味5.

操作条件温和（约31C,73大气压），萃取剂可重复使用，无三废6.

可用于食品、保健品和药品的萃取与提纯二氧化碳超临界流体的萃取的优点1.流体密度大，溶解能力强241P-V-T相图的投影图P-V-T相图的投影图42图2-2

纯物质的P—V图（1）饱和液体线饱和蒸汽线三相线固相线液相线临界等温线2.P-V图图2-2纯物质的P—V图（1）饱和液体线饱和蒸汽线43图2-2

纯物质的P—V图（2）SS/LLV/SV/LV（蒸汽）G（气体）SCF一定掌握每条线、每种相态的位置及意义图2-2纯物质的P—V图（2）SS/LLV/SV/44图2-2

纯物质的P—V图（3）临界等温线图2-2纯物质的P—V图（3）临界等温线45表1各种气体的Tc

、pc

以及正常沸点Tb物质Tc,℃pc,atmTb,℃燃烧值,kJ/g甲烷-82.5545.36-161.4555.6乙烷32.1848.08-88.6552.0丙烷96.5941.98-42.1550.5正丁烷151.937.43-0.549.6正戊烷196.4633.3236.05