T1 - 气体PVT关系的研究.doc

T1.气体PVT关系的研究（热力学，指导教师： ） 实验目的 1． 观测 CO2 临界状态现象，增加对临界状态概念的感性认识； 2． 加深对纯流体热力学状态：汽化、冷凝、饱和态和超临流体等基本概念的理解；测定 CO2 的PVT 数据，在PV 图上绘出CO2 等温线 3． 掌握低温恒温浴和活塞式压力计的使用方法。 二．实验原理 纯物质的临界点表示汽液二相平衡共存的最高温度（TC）和最高压力点（PC）。纯物质所处的温度高于TC，则不存在液相；压力高于PC，则不存在汽相；同时高于TC 和PC，则为超临界区。本实验测量TTC，T = TC 和TTC 三种温度条件下等温线。其中TTC 等温线， 为一光滑曲线；T = TC 等温线，在临界压力附近有一水平拐点，并出现汽液不分现象；TTC等温线，分为三段，中间一水平段为汽液共存区。对纯流体处于平衡态时，其状态参数P、V 和T 存在以下关系：F(P,V,T) = 0 或 V = f (P,T)由相律，纯流体，在单相区，自由度为2，当温度一定时，体积随压力而变化；在二相区，自由度为1，温度一定时，压力一定，仅体积发生变化。本实验就是利用定温的方法测定CO2 的P 和V 之间的关系，获得CO2 的P-V-T 数据。 三．实验装置流程和试剂 实验装置由试验台本体、压力台和恒温浴组成（图 2-3-1）。试验台本体如图2-3-2 所示。实验装置实物图见图2-3-3。 实验中由压力台送来的压力油进入高压容器和玻璃杯上半部,迫使水银进入预先装有高纯度的CO2 气体的承压玻璃管(毛细管),CO2 被压缩,其压力和容积通过压力台上的活塞杆的进退来调节。温度由恒温水套的水温调节，水套的恒温水由恒温浴供给。 CO2 的压力由压力台上的精密压力表读出（注意：绝对压力=表压+大气压），温度由水套内精密温度计读出。比容由CO2 柱的高度除以质面比常数计算得到。 试剂：高纯度二氧化碳。 图 2-3-1 CO2 PVT 关系实验装置 图2-3-2 试验台本体 1.高压容器 2-玻璃杯 3-压力油 4-水银 5-密封填料 6-填料压盖 7-恒温水套 8-承压玻璃管 9-CO210-精密温度计 四、实验操作步骤 1．按图2-3-1 装好试验设备。 2．接通恒温浴电源，调节恒温水到所要求的实验温度（以恒温水套内精密温度计为准）。 3．加压前的准备——抽油充油操作 （1）关闭压力表下部阀门和进入本体油路的阀门，开启压力台上油杯的进油阀。 （2）摇退压力台上的活塞螺杆，直至螺杆全部退出。此时压力台上油筒中抽满了油。 （3）先关闭油杯的进油阀，然后开启压力表下部阀门和进入本体油路的阀门。 （4）摇进活塞杆，使本体充油。直至压力表上有压力读数显示，毛细管下部出现水银为止。 （5）如活塞杆已摇进到头，压力表上还无压力读数显示，毛细管下部未出现水银，则重复 （1）--（4）步骤。 （6）再次检查油杯的进油阀是否关闭，压力表及其进入本体油路的二个阀门是否开启。温 度是否达到所要求的实验温度。如条件均已调定，则可进行实验测定。 4．测定承压玻璃管(毛细管)内CO2 的质面比常数K 值 由于承压玻璃管(毛细管)内的CO2 质量不便测量，承压玻璃管(毛细管)内径（截面积） 不易测准。本实验用间接方法确定CO2 的比容。假定承压玻璃管(毛细管)内径均匀一致，CO2 比容和高度成正比。具体方法如下： （1）由文献，纯CO2 液体在25℃，7.8MPa 时，比容V = 0.00124 m3/kg； （2）实验测定本装置在25℃，7.8MPa（表压大约为7.7 MPa）时，CO2柱高度为0 0 Δh = h?h 。 式中，ho—承压玻璃管(毛细管)内径顶端的刻度（酌情扣除尖部长度），h’—25℃，7.8MPa 下水银柱上端液面刻度。（注意玻璃水套上刻度的标记方法） （3）如m—CO2 质量，A—承压玻璃管(毛细管)截面积， h—测量温度压力下水银柱上端 液面刻度，K—质面比常数，则25℃，7.8MPa 下比容， 又如Δh 为测量温度压力下CO2 柱高度，则此温度压力下CO2 比容， 5．测定低于临界温度下的等温线（T= 20℃或25℃） （1）将恒温水套温度调至T= 20℃或25℃，并保持恒定。 （2）逐渐增加压力，压力为4.0MPa 左右（毛细管下部出现水银面）开始读取相应水银柱上端液面刻度，记录第一个数据点。读取数据前，一定要有足够的平衡时间，保证温度、压力和水银柱高度恒定。 （3）提高压力约0.3MPa，达到平衡时，读取相应水银柱上端液面刻度