CO2的PVT关系测定和临界状态观测1

第页专业：_应用化学0701___姓名：__洪俊杰_______学号：___3070601067____日期：__12.25_______地点：_____________实验报告课程名称：___中级化学实验______指导老师：__王永尧_____成绩：__________________实验名称：_CO2的PVT关系测定和临界状态观测_实验类型：______同组学生姓名：_______一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理 六、实验结果及分析（必填）实验目的1.学习流体PVT关系的实验测定方法，加深理解流体P-V状态图和不同类型等温线的特征。2.掌握实际气体液化的条件和气-液相变、饱和蒸气压的意义。3.通过对CO2临界现象的感性认识，理解临界点和超临界流体的重要意义。4.学习活塞式压力计的正确使用。实验原理PVT关系是物理化学研究的重要课题之一，总体上，PVT关系可以通过三种方法得到：（1）直接实验测定，通过数据拟合参数得到状态方程（2）经验半经验方法，主要是建立在一定理论基础或物理意义的各种状态方程（3）理论推导。对于物质的量确定的系统，当处于平衡状态时，其状态函数PVT之间存在着一定的关系：f（P，Vm，T）=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，可以得到由一组恒温线组成的P-Vm图。温度较高时，等温线是一条光滑曲线；温度较低时，等温线上有一水平线段，反映气-液相变化的特征，水平线段的两个端点分别代表互为共轭的饱和气体和饱和液体，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，即临界点（Criticalpoint）。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。试验台本体示意图见左图。由于充进承压玻璃管内的CO2质量和玻璃管截面积不便测量，实验中采用间接办法来确定CO2的比体积。假设CO2的比体积V及其高度呈线性关系。已知CO2液体在20℃，9.8MPa时的比容V(293K，9.8MPa)=0.00117m3/Kg，若实际测定在20℃，9.8MPa时的CO2液柱高度Δh(m)，则K即为玻璃管内CO2的质面比常数。所以，任意温度、压力下CO2的比体积为：式中：△h0=h-h0，其中h为实验温度、压力下水银柱高度；h0为承压玻璃管顶端刻度。实验仪器和试剂仪器：PVT关系测定实验装置1套，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。试剂：CO2工作物质；压力油。实验步骤1.加压前的准备：1）关压力表及其进入本体油路的两个阀门，开启压力台上油杯的进油阀。2）摇退活塞式压力计上的活塞螺杆，直至螺杆全部退出。这时，压力台油缸中抽满了油。3）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。4）摇进活寒螺杆，使本体充油。如此反复，直至压力表上有压力读数为止。5）再次检查油杯阀门是否关好，压力表及本体油路阀门是否开启。若均已调定后，即可进行实验。2.测定气－液相变等温线：1）将超级恒温槽调定在t=10℃，并保持恒温。2）压力记录从水夹套管上有刻度开始，当玻璃管内水银升起来后，应足够缓慢地摇进（退）活塞螺杆，以保证平衡。3）平衡后，记录该温度下的压力及水银高度。按照适当的压力间隔取h值，直至压力p=9.8MPa。注意加压后CO2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。特别要注意饱和气体和饱和液体之间的变化以及液化、气化等现象。4）重复测定t=20、25、27、29℃时的实验数据。3、测定临界等温线和临界参数，并观察临界现象：a）观察临界乳光现象：保持临界温度不变。摇进活塞杆至压力达PC附近，然后突然摇退活塞杆（注意勿使实验本体晃动！）降压。在此瞬间玻璃管内将出现圆锥状的乳白色的闪光现象。这就是临界乳光现象。这是由于CO2分子受重力场作用沿高度分布不均匀和光的散射所造成的。可以反复几次，来观察这一现象。b）整体相变现象：由于在临界点时，气化潜热等于零，饱和气体线和饱和液相线合于一点，所以这时气液的相互转变不像临界温度以下时那样逐渐积累、需要一定的时间且表现为渐变过程，这时当压力稍作变化时，气、液是以突变的形式相互转化。c）气、液两相模糊不清现象：首先在压力等于7.64MPa附近，突然降压，CO2状态点由等温线沿绝热线降到液相区，管内CO2出现了明显的液面。这就是说，如果这时管内的CO2是气体的话，那么，这种气体离液相区很接近，可以说是接近液态的气体；当我们在膨胀之后，突然压缩CO2时，这个液面又立即消失了。这就告诉我们，这时CO2液体离气相区也是非常接近的，可以说是接近气态的液体。这就是临界点附近饱和气、液相模糊不清现象。4、测定高于临界温度时的等温线：调节温度t=35℃，t=45℃，记录数据。数据记录和处理室温：12.5℃大气压：102.80Kpa根据20℃时的数据，算出K=12564.1kg·m-2h0=2.63表1CO2等温测定P~V关系数据记录10.0℃20.0℃25.0℃27.0℃P/MPa△hVm/L/molP/MPa△hVm/L/molP/MPa△hVm/L/molP(MPa)△hVm/L/mol2.0028.420.99552.0029.521.03402.0030.611.07222.0031.211.09322.2624.730.86632.8220.240.70902.8720.520.71883.0019.700.69013.0017.470.61194.0112.710.44524.0413.050.45714.2912.250.42913.6012.460.43655.188.250.28905.567.830.27436.086.720.23544.389.630.33735.616.740.23616.235.720.20196.585.230.18324.435.990.20985.673.890.13636.313.070.10756.604.710.16504.454.690.16435.671.810.06346.352.130.07466.642.690.09424.461.990.06976.681.590.05576.341.870.06556.671.890.06624.831.480.05187.631.560.05467.151.670.05857.541.700.05956.381.430.05018.691.520.05327.911.630.05718.421.600.05608.161.370.04809.801.470.05159.011.580.05539.801.560.05469.801.350.0473///9.801.550.0543///续表129.0℃31.1℃35.0℃45.0℃P/MPa△hVm/L/molP/MPa△hVm/L/molP/MPa△hVm/L/molP/MPa)/△hVm2.0031.391.10182.0031.831.11502.0032.271.13042.0033.601.17703.4916.630.58373.3918.040.63193.4117.780.62283.3019.460.68175.119.710.34084.7811.150.39064.8811.060.38744.6712.650.44316.495.920.20786.296.790.23786.287.430.26035.909.210.32266.954.520.15877.055.210.18257.514.840.16956.947.020.24596.984.070.14297.463.690.12937.983.280.11498.145.090.17837.022.550.08957.851.920.06738.991.990.06978.704.180.14647.002.010.07068.491.820.06389.801.860.06529.293.370.11807.851.780.06259.191.750.06139.802.760.09678.961.690.05939.801.700.05959.801.630.0572///根据表中数据作图图1CO2的P~Vm图六、实验结果及讨论。表2CO2的饱和蒸汽压数据温度/℃10.020.025.027.029.0P实验值/Mpa4.4305.6506.3336.6377.010P理论值/Mpa/5.7306.4326.7347.129误差分析：实验值都比理论值小，可能原因是平衡时间不够，在气压计不稳定的时候就读数，导致误差，还有可能是温度偏低，操作原因等。表3临界比体积Vc（m3·kg-1）Vc（文献值）Vc（实验值）Vc=RTc/PcVc=3RTc/8Pc0.002160.002940.003390.00127RE%=+36.11%，误差较大。首先可能是临界温度控制不好，并导致了临界现象观测出现偏差，最后导致误差偏大