化工热力学实验指导书..doc

实验一 二氧化碳PVT关系 一、实验目的 1、了解CO2临界状态的观测方法，增加对临界状态概念的感性认识。 2、增加对课堂所讲的工质热力状态、凝结、汽化、饱和状态等基本概念的理解。 3、掌握CO2的p-v-t关系的测定方法，学会用实验测定实际气体状态变化规律的方法和技巧。 4、学会活塞式压力计，恒温器等热工仪器的正确使用方法。 二、实验内容 1、测定CO2的p-v-t关系。在p-v坐标系中绘出低于临界温度（t=20℃）、临界温度（t=31.1℃）和高于临界温度（t=50℃）的三条等温曲线，并与标准实验曲线及理论计算值相比较，并分析其差异原因。 2、测定CO2在低于临界温度（t=20℃、27℃）饱和温度和饱和压力之间的对应关系，并与图四中的ts-ps曲线比较。 3、观测临界状态 （1）临界状态附近气液两相模糊的现象。 （2）气液整体相变现象。 （3）测定CO2的pc、vc、tc等临界参数，并将实验所得的vc值与理想气体状态方程和范德瓦尔方程的理论值相比教，简述其差异原因。 三、实验设备及原理 整个实验装置由压力台、恒温器和实验台本体及其防护罩等三大部分组成（如图一所示）。 图一 试验台系统图 图二 试验台本体 试验台本体如图二所示。其中1—高压容器；2—玻璃杯；3—压力机；4—水银；5—密封填料；6—填料压盖；7—恒温水套；8—承压玻璃杯；9—CO2空间；10—温度计。、 对简单可压缩热力系统，当工质处于平衡状态时，其状态参数p、v、t之间有： F(p,v,t)=0 或t=f(p,v) （1） 本实验就是根据式（1），采用定温方法来测定CO2的p-v-t关系，从而找出CO2的p-v-t关系。 实验中，压力台油缸送来的压力由压力油传入高压容器和玻璃杯上半部，迫使水银进入预先装了CO2气体的承压玻璃管容器，CO2被压缩，其压力通过压力台上的活塞杆的进、退来调节。温度由恒温器供给的水套里的水温来调节。 实验工质二氧化碳的压力值，由装在压力台上的压力表读出。温度由插在恒温水套中的温度计读出。比容首先由承压玻璃管内二氧化碳柱的高度来测量，而后再根据承压玻璃管内径截面不变等条件来换算得出。 四、实验步骤 1、按图一装好实验设备，并开启实验本体上的日光灯（目的是易于观察）。 2、恒温器准备及温度调节： （1）、把水注入恒温器内，至离盖30～50mm。检查并接通电路，启动水泵，使水循环对流。 （2）、把温度调节仪波段开关拨向调节，调节温度旋扭设置所要调定的温度，再将温度调节仪波段开关拨向显示。 （3）、视水温情况，开、关加热器，当水温未达到要调定的温度时，恒温器指示灯是亮的，当指示灯时亮时灭闪动时，说明温度已达到所需要恒温。 （4）、观察温度，其读数的温度点温度设定的温度一致时（或基本一致），则可（近似）认为承压玻璃管内的CO2的温度处于设定的温度。 （5）、当所需要改变实验温度时，重复（2）～（4）即可。 注：当初使水温高于实验设定温度时，应加冰进行调节。 3、加压前的准备： 因为压力台的油缸容量比容器容量小，需要多次从油杯里抽油，再向主容器管充油，才能在压力表显示压力读数。压力台抽油、充油的操作过程非常重要，若操作失误，不但加不上压力，还会损坏试验设备。所以，务必认真掌握，其步骤如下： （1）关压力表及其进入本体油路的两个阀门，开启压力台油杯上的进油阀。 （2）摇退压力台上的活塞螺杆，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）摇进活塞螺杆，使本体充油。如此交复，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。 4、作好实验的原始记录： （1）设备数据记录： 仪器、仪表名称、型号、规格、量程、等。 （2）常规数据记录： 室温、大气压、实验环境情况等。 （3）测定承压玻璃管内CO2质量不便测量，而玻璃管内径或截面积（A）又不易测准，因而实验中采用间接办法来确定CO2的比容，认为CO2的比容与其高度是一种线性关系。具体方法如下： a）已知CO2液体在20℃，9.8MPa时的比容（20℃，9.8Mpa）=0.00117M3·㎏。 b）实际测定实验台在20℃，9.8Mpa时的CO2液柱高度Δh0（m）。（注意玻璃管水套上刻度的标记方法） c）∵（20℃，9.8Mpa）= ∴ 其中：K——即为玻璃管内CO2的质面比常数。 所以，任意温度、压力下CO2的比容为： （m3/kg） 式中，Δh=h-h0 h——任意温度、压力下水银柱高度。