化工热力学第3章　流体PVT关系.ppt

化工热力学 Chemical Engineering Thermodynamics 上海大学环境与化学 工程学院化工系 第3章 流体的PVT关系 一 单组分流体的PVT关系 二 气体的状态方程式 三 对比态原理与普遍化真实气体状态方程式 四 真实气体混合物的PVT关系 五 液体的普遍化关联式 主要内容 1.流体的热力学性质分类： 前言 可直接测量： 不可直接测量： EOS数学模型 流体的pVT关系是化工热力学的起点和基石。 2.表示方法：相图、状态方程式、热力学性质图表 一、单组分流体的pVT相图 固 固 液 液 液-汽 汽 气 临界点 三相线 固- 汽 凝固时收缩 三维相图1 凝固时膨胀 三维相图2 三维相图的投影 水在常压加热变化 带有活塞的汽缸保持恒压 液体水 画出其T-V相图（20℃－300℃） 问题： 观察 加热 水的T-V相图 水在恒温下减压变化 活塞的重量逐渐减轻 过冷水 画出其p-V相图 问题： p=1MPa，T=150 STATE2 STATE3 STATE4 STATE5 恒温（150 ）下，水的体积随压力变化的示意图 p=1MPa p=0.472MPa p=0.472MPa p=0.472MPa p=0.2MPa 观察 过冷水 饱和水 汽液混合物 饱和汽 过热蒸汽 纯物质的P-V图 特性： 汽液两相区的体积差随温度和压力的上升而减少，外延至ΔV=0点，可求得Pc,Vc和Tc. 在单相区，等温线为光滑的曲线或直线；高于Tc的的等温线光滑，无转折点，低于Tc的的等温线有折点，由三部分组成。 等温线在两相区的水平段随温度的升高而逐渐变短，到临界温度是最后缩成一点C。 纯物质的P-V图 等温线在临界点处是一个水平拐点，其斜率和曲率均为零。数学上的表达式为： 临界点C 纯物质的P-T图 1-2线 汽固平衡线（升华线） 2-c线 汽液平衡线（汽化线） 2-3线 液固平衡线（熔化线） C点临界点，2点三相点 P＝Pc,T＝Tc的区域， 两相性质相同 PPc,TTc的区域，压缩流体区（密流区，超临界流体区） 从A点到B点，即从液体到气体，但没有穿过相界面，这个变化过程是渐变的的过程，不存在突发的相变。 纯物质的P-T图 例题3-1 在4L的刚性容器中装有50℃、2kg水的饱和气液混合物，已知50℃时水的饱和液相体积 ，饱和汽相体积，水的临界体积如下。现在将水慢慢加热，使得饱和气液混合物变成了单相，问：此单相是什么？如果将容器换为400L，最终答案时什么？ 解：如例题3-1附图所示。 （1） 若刚性容器的体积为4L，则容器中水的饱和气液混合物的单位质量为： 即A1点位于饱和液相体积与临界体积之间的汽液共存区内。由于刚性容器体积保持不变，因此加热过程在等容线上变化，到达B1时，汽液共存相变为液相单相；继续加热，当TTc，则最终单相为超临界流体，即C1点。 超临界流体区 同理，容器体积为400L时， 当水慢慢加热后，则状态从位于汽液共存区的A2，变为汽相单相B2，继续加热，当TTc，则最终单相为超临界流体C2. 超临界流体区 经过大量实验数据处理表明,纯物质的 PVT 之间实际上存在有这样的函数关系，即： f ( P, T, V ) = 0 是关联平衡状态下任何纯物质均相流体的压力﹑体积和温度三者之间关系。－－－－状态方程式（Equation of Satate，EOS）。 PVT关系 二 状态方程（Equation of state） 纯流体的状态方程(EOS) 是描述流体P-V-T性质的关系式 混合物的状态方程中还包括混合物的组成（通常是摩尔分数）。 f ( P, T, V ) = 0 f ( P, T, V，n ) = 0 状态方程(EOS) 定义 状态方程的应用 1 状态方程可代表一定范围内的P、V、T实验数据，借此可计算P、V、T数据。 2 用状态方程可计算不能直接从实验测定的其它热力学性质。 3 用状态方程可进行相平衡和化学反应平衡计算。 状态方程的分类 （1）理想气体状态方程； （2）立方型状态方程； （3）多参数状态方程 （Virial（维里）方程） f ( P, T, V ) = 0 1 理想气体状态方程 1.假定分子的大小如同几何点一样，分子间不存在相互作用力，由这样的分子组成的气体叫做理想气体。 2.在极低的压力下真实气体非常接近理想气体，可以当作理想气体处理。 理想气体 p为气体压力；V为摩尔体积； T为绝对温度；R为通用气体常数； 理想气体状态方程 是最简单的状态方程式 理想气体状态方程的应用 1 在较低压力和较高温度下可用理想气体方程进行计算。 2 为真实气体状态方程计算提供初