气体标准状态

标准状态状态函数中热力学能U及焓H和吉布斯自由能G等热力学函数的绝对值是无法确定的。为了便于比较不同状态时它们的相对值，需要规定一个状态作为比较的标准。所谓标准状态，是在指定温度T和标准压力p下该物质的状态，简称标准态。对具体系统而言，纯理想气体的标准态是该气体处于标准压力p(100kPa)下的状态；［1混合理想气体的标准态是指任一气体组分的分压力为p的状态；纯液体(或纯固体)物质的标准态是标准压力p下的纯液体(或纯固体)。溶液中溶质的标准态，是在指定温度T和标准压力p,质量摩尔浓度1mol/kg的状态。因压力对液体和固体的体积影响恒很小，故可将溶质的标准态浓度改用c=1mol/L代替。应当注意的是，由于标准态只规定了压力p，而没有指定温度，所以与温度有关的状态函数的标准状态应注明温度。为了便于比较，国际理论和应用化学联合会(IUPAC)推荐选择273.15K(0°C)作为参考温度。需要注意的是，在1982年以前，IUPAC曾经采用101.325kPa作为标准状态的压力。从手册或专著查阅热力学数据时，应注意其规定的标准状态，以免造成数据误用。1《石油化工自动化仪表选型设计规范》P8以及1954年第十届国际计量大会(CGPM)定义标准状态为：0摄氏度，0.101MPa；2《自动检测技术与装置(张宏建主编)》P204以及《天然气流量的标准孔板计算方法》定义标准状态为：温度293.15K(20C),压力101.325KPa；3国际标准化组织和美国国家标准规定以温度288.15K(15C)，压力101.325KPa作为计量气体体积流量的标态。在温度压力不太高时，可以用理想气体状态方程粗算：V0=V1*P1*T0/P0/T1其中，P1、T1、V1和PO、TO、V0分别是实际工况和标准状况下的压力温度和体积；若要比较精确的结果，需要进一步校正。再查一下气体的压缩系数，修正一下就可以了什么是气体的压缩系数？答：气体压缩系数Compressibilitycoefficient,也称压缩因子Compressibilityfactor。是实际气体性质与理想气体性质偏差的修正值。通常用Z表示，Z=Pv/RT=Pv/RT；Z也可以认为是mu实际气体比容v(v)对理想气体比容v的比值；Z=v/v；v=RT/P。其中，P是气actualidealactualidealideal体的绝对压力；v是摩尔体积；R是通用气体常数；R=R/M；R是气体的摩尔气体常数；T是热力muu学温度。Z偏离1越远，气体性质偏离理想气体性质越远。Z在实际气体状态方程中出现。凡在气体流量的计算中必然要考虑压缩系数。在压力不太高、温度较高、密度较小的参数范围内，按理想气体计算能满足一般工程计算精度的需要，使用理想气体状态方程就可以了，此时压缩系数等于1。但是在较高压力、较低温度或者要求高准确度计算，需要使用实际气体状态方程，在计量气体流量时由于要求计算准确度较高，通常需要考虑压缩系数。随着对气体状态方程准确度要求提高，在百余年来实际气体状态方程出现了许多不同形式，对压缩系数也有不同的表述。比较有名的是范德瓦尔状态方程和维里状态方程。求得压缩系数的方法：1)查表法，对比态参数在图表上查得。已有的图表是通过试验对不同气体测得P、V、T(分别是压力、比容、温度)数据和相应的临界参数P、v、T、计算得到对比参数P、v、T绘制的Z--P、cccrrrrv图。Z是固定的，如图1，Z固定为0.27。rcC图1通用气体压缩系数,纵坐标Z，横坐标是Pr式中，P是临界压力，T是临界温度，随物质不同而不同；对比压力P、对比温度T根据测量的ccrr压力、温度和临界压力、温度计算；P=P/P；T=T/T；zc为临界点处实际气体的压缩因子，称rcrc为临界压缩因子。实验表明，临界压缩因子zc数值相近的各种气体，可以认为具有相似的热力学性质，即在相同的对比压力pr及对比温度Tr下，它们的对比比体积vr的数值基本相同，都可以表示为vr=f(pr,Tr)。于是压缩因子还可以表示为对于临界压缩因子zc有相同数值的气体，当它们的对比参数pr及Tr相同，即处于对应状态时，它们压缩因子z具有相同的数值。于是，如果把压缩因子z随状态变化的实验关系整理成z与对比参数pr及Tr的关系，并表示成如图1所示的图线，就可以用于所有具有相同临界压缩因子zc的气体，直接按其状态所对应的pr、Tr的值，由图上查取该状态下压缩因子z的数值。因而这种表示z与pr、Tr关系的线图称为通用压缩因子图。各种气体临界压缩因子的数值大致在0.23〜0.31的范围内，而60%的烃类气体的zc在0.27左右，故最常见的通用压缩因子图为zc-0.27的线图。该图也常用于zc不等于0.27的气体的近似计算，当用于zc=0.26〜0.28的各种气体时，除临界点附近的状态外，所得z的数值的误差小于5%。此外，对于一些没有详细物性数据的气体，采用通用压缩因子图估算其状态变化关系有很大的实用价值。如果在气体的状态变化范围内，压缩因子z的数值在0.95〜1.05的范围内，则可当作理想气体处理。在临界压缩因子z数值相同的条件下，如果已知T及P,就可应用通用热力性crr质图查出相应的偏差来。在应用通用热力性质图时，应注意该图的临界压缩因子z的数值。显C然，使用非同组的压缩因子图，会带来较大的误差。计算法根据维里状态方程其中，3是对比密度，3=P/P；T是对比温度，T=T/T；b是维里系数，cci,j对于空气，b使用下表，b是维里系数i,ji,j对于天然气，按照AGA8/1992andISO-12213-2/1997，天然气的z系数计算其中，Pm是天然气的莫尔密度，Pr是对比密度，B是第二维里系数，C*是温度从属系数n(emperaturedependentcoefficients),bn,cn和kn是IS0T2213-2/1997.给的状态方程的参数，Pm是莫尔密度，Pr是对