介质的基础知识

介质的基础知识济南市锅检所王善奎二0一三年五月第1页，共52页。第一节.基本概念第二节.物质状态第三节.气体的基本定律第四节.介质的特性第2页，共52页。第一节.基本概念一、分子原子元素二、温度三、压力第3页，共52页。分子:构成物质且保持这种物质性质的最小微粒叫分子。原子:分子由更小的微粒——原子组成。元素:在化学中，把性质相同的同一种类原子叫做元素。一、分子原子元素第4页，共52页。二、温度１、定义：宏观上，温度是物体冷热程度的量度；微观上，温度是物体分子的不规则热运动温烈程度的反映。温度愈高，物体分子的不规则热运动愈激烈。反之则下降，当温度达到绝对零度时，分子热运动则完全停止。第5页，共52页。

2、温度的度量：温度的量度实质上是温差的量度。目前国际上用得较多的温标有摄氏温标、热力学温标、华氏温标。第6页，共52页。（1）摄氏温标（即摄氏温度）取标准大气压力下的冰点为零度和水沸点为100度作为两个基准点，在此两点之间分成100等分，每一等分温度间隔即为1摄氏度，以符号℃表示，并以t代表其读数。第7页，共52页。（2）绝对温标（即热力学温度）当理想气体的温度达到绝对零度（即-273.15℃）时，气体的压强为零。绝对温标就是以气体分子热运动停止状态的温度为零度，并参照摄氏度的分度法建立温度单位尺度。

在标准大气压力下的冰点为273.15K，水的沸点为373.15K。以符号K表示，并以T代表其读数。

第8页，共52页。常用温标绝对K摄氏℃

100373.150.01273.160273.15-17.80-273.1537.8冰熔点水三相点水沸点第9页，共52页。由于热力学温度的间隔刻度和摄氏温度的间隔刻度完全相等，因此一个单位摄氏度等于一个单位开氏度，唯一不同的是它们各自的起点不同，相差273.15。绝对温度没有负值。计算数值关系T=t+273.15(K)t=T-273.15(℃)第10页，共52页。三、压力垂直作用于物体单位面积上的力叫做压强。公式：p=F/S式中：p表示压强，单位帕斯卡，F表示压力，单位牛顿（N），S表示受力面积。第11页，共52页。单位：在国际单位制中，压强的单位是帕斯卡，简称帕用“Pa”表示，即牛顿／平方米，1帕斯卡=1牛顿／米2，即1Pa=1N／m2

。兆帕、千克力／平方厘米等；工程所用压强单位“公斤力／厘米21公斤力／厘米2=10000公斤力／米２=9.8x104Pa=0.098MPa约=0.1MPa第12页，共52页。第二节.物质的状态一、物质状态的变化二、饱和状态三、临界状态第13页，共52页。一、物质状态的变化气态、液态和固态就是物质的三种主要聚集状态，传统称为物质三态。其中任何一种聚集状态只能在一定的条件下（温度、压力等）存在。当条件发生变化时，物质分子间的相互位置就发生相应变化，即表现为状态的变化。第14页，共52页。固液气熔化（吸热）凝固（放热）汽化(吸热)液化(放热)物态变化凝华(放热)升华(吸热)物质三态第15页，共52页。1、气化：

物质从液态变成气态的过程(1).蒸发:表面发生的气化现象在任何温度下都能进行的气化现象(2).沸腾:在一定的温度下液体内部和表面同时发生的剧烈的气化现象第16页，共52页。2.液化：物质从气态变成液态的过程液化方式:降低温度使气体液化压缩体积使气体液化第17页，共52页。二二、饱和状态（相平衡）

任何物质在不同外界条件（温度、压力）下，都可以气态、液态或者固态存在。外界条件变化时，物质分子间的作用力大小和分子运动的剧烈程度也会变化。

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物质的相平衡状态取决于压力、温度，若有一个条件发生变化，则与其相对应的相平衡就遭到破坏，同时发生相变过程，从而建立新的相平衡关系，直至达到新的平衡。第19页，共52页。在密闭的容器里，有气液两相时，由于逸出液面的气体分子无法逃出容器，只能聚留在液面上方的气相空间里，这些气体分子在其自由运动中碰撞到液面时会发生凝结，返回液体里去。其返回的分子数随液面上方气相空间的蒸气密度的增大而增多，随着蒸气密度的不断增大，液体的蒸发速度逐渐减慢。第20页，共52页。当逸出液面的分子数与返回液体的分子数相等时，就达到了动态平衡，从宏观上讲，液体就不再蒸发，气、液两相就处于相对稳定的共存状态。这种状态称为饱和状态。其液体叫饱和液体，其密度叫饱和液体密度；饱和液体面上的蒸气叫饱和蒸气,其密度叫蒸气密度，其压力叫饱和蒸气压。第21页，共52页。物质处于一定温度下的饱和状态参数（密度、压力）都具有各自的恒定值，当温度升高时，液体分子的动能也随着增加，逸入气相的分子数目增多，同时由于液体自身的膨胀迫使蒸气空间缩小，所以蒸气密度就增大，而液体密度则相应减小。蒸气密度的增大可以直接反映为蒸气压的升高，这说明了饱和蒸气压随温度的上升而增高。第22页，共52页。三、临界状态临界状态是气-液相变的特有现象。表示物质处于临界状态的主要参数是临界温度、临界压力和临界体积，这三个参数一般统称为临界常数，每种气体都各有特定的临界常数。。第23页，共52页。第24页，共52页。

只有当气体温度降低到某一温度以下时，才能使之液化，这个特定的温度称为该气体的临界温度。临界温度Tc，在临界温度以上，物质只能处于气态，无论施加多大压力都不能使之液化。反之，已经液化了的气体，当其温度升到临界温度时会呈气态。第25页，共52页。

气体在临界温度时能使之液化所需要的最小压力叫临界压力Pc；气体在临界温度和临界压力下所占有的体积叫临界体积，一般以临界比容vc表示，vc的倒数则谓临界密度dc。实际上，Pc和dc（或vc）分别等于温度渐升至Tc时饱和蒸气压与饱和蒸气密度（或比容）所趋近的极限值。第26页，共52页。

密闭容器装气体的状态，以下三类情况。第一类:临界温度低于环境温度的气体，只能是单一的气相存在，其压力是受气体的压缩程度所控制，可按真实气体状态议程式计算，例如氢（tc=－240.2℃）、氮（tc=－147.0℃），氧（tc=－118.6℃），空气（tc=－140.7℃）等永久气体属于这一类（第27页，共52页。第二类:临界温度高于环境温度的气体，始终是气液两相平衡共存，其压力是受液面上方保持动态平衡的饱和蒸气压所支配.例如氨（tc=132.4℃）、氯（tc=143.8℃）等。第28页，共52页。第三类:是临界温度处于环境温度变化范围内的气体.例如二氧化碳（tc=31℃），乙烷（tc=32.2℃），乙烯（tc=9.2℃），一氧化二氮（tc=36.5℃）等液化气体，会随环境温度的变化而发生相变，可以是气液两相平衡共存或者是单一的气体；若相变成单一气相时，其压力则受气体的压缩程度所控制，又相同于第一类气体。第29页，共52页。

第三节、气体的基本定律

1.玻—马定律：一定量的气体在等温时的体积（V）与压强（P）成反比，即：P1V1=P2V2=常数式中V1、V2分别是定量的气体在压力P1，P2时的体积。第30页，共52页。2.查理定律：一定量的气体在等体积时的压强（P）与绝对温度（T）成正比，或者说一定质量的气体若体积不变，则其压强与热力学温度成正比。即：P1/T1=P2/T2=常数式中P1、P2分别是定量的气体在绝对温度T1、T2时的压力。第31页，共52页。

3、盖-吕萨克定律：一定量的气体在等压时的体积（V）与绝对温度（T）成正比，即：V1/T1=V2/T2=常数。式中T1、T2分别是定量的气体在体积V1、V2时的绝对温度。第32页，共52页。4.理想气体状态方程：如果将上述三定律总合起来:一定量的气体压强和体积的乘积与绝对温度的比值是一个常数.

P1V1/T1=P2V2/T2=常数，上式称为理想气体的气态方程第33页，共52页。

5.克拉珀龙方程：PV/T=m/M*RPV=nRTR---理想气数,R=8.314J/(mol*K)第34页，共52页。第四节.介质的特性第35页，共52页。

一.介质的可燃性１、燃烧的定义：物质剧烈氧化而发光,发热.的现象。

燃烧是一种放热常伴随发光的化学反应，是化学能转变成热能的过程。在日常生活，生产中所见的燃烧现象，大都是可燃物质与空气(氧)或其它氧化剂进行剧烈化合而发生的。如：C+O2=CO2第36页，共52页。

2．燃烧条件燃烧的发生必须同时具备三个条件：①可燃物。凡是能与空气中的氧或其它氧化剂起燃烧反应的物质，均称为可燃物。如汽油、液化石油气，木材等．②助燃物。凡是能帮助和支持燃烧的物质，均称为助燃物。如空气中的氧，氯、高锰酸钾等。③着火源：凡是能引起可燃物质发生燃烧的热能源，均称作着火源。如明火、摩擦，撞击、高温表面，自然发热、化学能、电火花、聚集的日光和射线等。

第37页，共52页。二.爆炸性爆炸爆炸可分为化学爆炸、物理爆炸和核爆炸。化学爆炸是指在极短的时间内，由于可燃物和爆炸物品发生化学反应而引发的瞬间燃烧，同时生成在量热和气体，并以很大压力向四周扩散的现象。物理爆炸是一种纯物理过程，如蒸汽锅炉爆炸、轮胎爆炸等，多数是由于物质受热、体积膨胀、压力剧增、超过容器耐压引起的。爆炸时没有燃烧，但有可能引发火灾，而化学爆炸的火灾危险性要大得多。第38页，共52页。爆炸极限可燃气体，可燃液体的蒸气或可燃粉尘和空气混合达到一定浓度时，遇到火源就会发生爆炸。这个遇到火源能够发生爆炸的浓度范围，称为爆炸极限。通常用可燃气体在空气中的体积百分比(％)来表示。第39页，共52页。

易爆（燃）介质:是指介质(流体)与空气混合的爆炸下限小于10%，或爆炸上限和下限之差值大于等于20%的气体。(HG/T20695<<化工管道设计规范>>)易爆介质指气体或者液体的蒸汽、薄雾与空气混合形成的爆炸混合物，并且其爆炸下限小于10%，或者爆炸上限和爆炸下限的差值大于或者等于20%的介质。第40页，共52页。第41页，共52页。第42页，共52页。

三.介质的毒性

1、毒物与中毒：凡作用于人体产生有害作用，引起机体功能或器质性病理变化的物质都叫毒物。在生产过程中所使用或产生的毒物叫工业毒物。在劳动过程中，工业毒物引起的中毒叫职业中毒。在实际生产过程中，生产性毒物常以气体、蒸汽、雾、烟或粉尘的形式污染生产环境，从而对人体产生毒害。毒物侵入人体后与人体组织发生化学或物理化学作用，并在一定条件下，破坏人体的正常生理功能或引起某些器官或系统发生暂时性或永久性病变的现象，叫做中毒。

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2、工业毒物的分类

按HG

20660《压力容器中化学介质毒性危害和爆炸危险程度分类》的规定分为：极度危害：最高容许浓度＜0.1㎎/m3高度危害：最高容许浓度0.1~＜1.0㎎/m3中度危害：最高容许浓度1.0~＜10㎎/m3轻度危害：最高容许浓度≥10㎎/m3第44页，共52页。第45页，共52页。第46页，共52页。(1)第一组介质，毒性程度为极度危害、高度危害的化学介质，易爆介质，液化气体。

(2)第二组介质，除第一组以外的介质。第47页，共52页。压力容器类别划分方法压力容器类别的划分应当根据介质特性，按要求选择类别划分图，再根据设计压力p(单位MPa)和容积V(单位L)，标出坐标点，确定压力容器类别：第48页，共52页。图A-1

压力容器类别划分图—第一组介质第49页，共52页。图A-2

压力容器类别划分图—第二组