CO2临界状态观测及PVT关系测试

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资源描述
专业:姓名:沏尹上皆学号:实验报告日期:2015地点:课程名称:化工专业实验指导教师:成绩:实验名称:CO2临界状态观测及PVT关系测试同组学生姓名:一、实验目的二、实验设备及原理三、实验内容及实验步骤四、数据记录及处理五、实验结论及误差分析六、实验结论及误差分析七、分析和讨论、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、实验设备及原理1、图试验台本体试验台本体如图所示。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;9CO2空间;10温度计。p、v、t之间有:F(p,v,t)=0或t=F(p,v)(1)2、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帮玻璃杯上半部,迫使水银进入预先CO2气体的承压力玻璃管容器,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,而后者根据承压玻璃管内径截面不变等条件来换算得出。3、抽油、充油操作因为压力台的油缸容量比容器容量小,需要多次从油杯时抽油,再向主容器管充油、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表读数为止。(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。(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。承压玻璃管(毛细管)内CO2的质面比常数K值的测量方法测定承压玻璃管内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v与其高度是一种线性关系。具体方法如下:a)已知CO2夜体在20C,9.8MPa时的比容v(20C、9.8MPa)=0.00117M3-kg。b)实际测定实验台在20C,9.8MPa时的CO2液柱高度ho(nj)。(注意玻璃管水套上刻度的标记方法)v(20oC,98Mpa)=-hA=0.00117m3/kgcm,ho0.001172=k(kg/m)其中:K即为玻璃管内CO2的持面比常数。所以,任意温度、压力下CO2的比容为:(m3/kg)=h_hv=二一mAK式中:.h=hhoh任意温度、压力下水银柱高度。ho承压玻璃管内径顶端刻度。三、实验内容及实验步骤1、接通恒温浴电源,调节恒温水到所要求的实验温度。2、祛码式压力计抽油,方法参见原理部分。3、测定低于临界温度t=20C时的等温线及K值(1)将恒温器调定在t=20C,并保持恒温。(2)调节压力。当玻璃管内水银柱升起来后,应足够缓慢地摇进活塞螺杆,以保证等温条件。否则,将来不及平衡,使读数不准。(3)按照适当的压力间隔取h值。(4)注意加压后CO2的变化,特别是注意压力和饱和温度之间的对应关系以及液化、汽化等现象。要将测得的实验数据及观察到的现象一并填入表。4、测定t=20tcC时饱和温度和饱和压力的对应关系。5、测定临界参数,并观察临界现象。(1)按上述方法和步骤测出临界等温线,并在该曲线的拐点处找出临界压力pc和临界比容vc,并将数据填入表1。(2)观察临界现象。a)整体相变现象由于在临界点时,汽化潜热等于零,饱和汽线和饱和流线合于一点,所以这时汽液的相互转变不是象临界温度以下时那样逐渐积累,需要一定的时间,表现为渐变过程,而这时当压力稍在变化时,汽、液是以突变的形式相互转化。b)汽、液两相模糊不清的现象处于临界点的CO2具有共同参数(p、v、t),因而不能区别此时CO2是气态还是液态。如果说它是气体,那么,这个气体是接近液态的气体;如果说它是液体,那么,这个液体又是接近气态的液体。下面就来用实验证明这个结论。因为这时处于临界温度下,如果按等温线过程进行,使CO纤缩或膨胀,那么,管内是什么也看不到的。现在,我们按绝热过程过程来进行。首先在压力等于7MPa附近,突然降压CO2状态点由等温线沿绝热线降到液区,管内CO2出现明显的液面。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液体离气区也是非常接近的,可以说是接近气态的液体。既然,此时的CO2既接近气态,又接近液态,所以能处于临界点附近。可以这样说:临界状态究竟如何,就是饱和汽、液分不清。这就是临界点附近,饱和汽、液模糊不清的现象。6、测定高于临界温度时的定温线。将数据填入原始记录表。四、数据记录及处理(1)K值的测定h/cmho/cmAh/cmk/(kg/m2)6.23.03.227.3计算示例:Ah=h-ho=6.2-3.0=3.2cmk=Ah/v=0.032/0.00117=27.3(kg/m2)(2)数据表温度/CP/Mpah/cmAh/cmv/(m3/kg)204.0029.326.30.0096344.5025.022.00.0080595.0021.518.50.0067775.2919.616.60.0060815.768.85.80.0021256.316.53.50.0012826.406.43.40.0012457.006.33.30.00120910.006.23.20.00117224.636.866.73.70.00135522.815.8817.014.00.00512831.215.0024.121.10.0077296.0318.515.50.0056787.0013.610.60.0038837.437.54.50.0016307.707.64.60.0016857.857.24.20.0015388.007.14.10.0015028.357.04.00.00146534.004.0032.429.40.0107694.5028.025.00.0091585.0024.621.60.0079125.9019.616.60.0060816.5016.913.90.0050927.0014.511.50.004212计算示例:以第一组为例v=Ah/k=26.3/(27.3*100)=27.3(m2/kg)(3)饱和蒸汽压与温度的关系数据T/KPs/MPalogPslogPs(理论)293.155.293.7233.758295.965.883.7693.786304.297.433.8703.869计算示例:以第一组为例logPs(理论)=7.76331-1566.08/(T+97.87)=7.76331-1566.08/(293.15+97.87)=3.758五、实验结果及误差分析1.在P-V图上绘制等温线IT=2()P-P(20)/Mpa-P(31,21)/Mpa-a-P(34)/MpaT=31.21。Ed芸OZ)CL9-0.0000.004O.OOS0.012v/(mA3/kg)图1,实验测得CO等温线标准等温线:图2,标准CO?等温线2、用实测的蒸汽压数据和计算的蒸汽压数据在P-T图上分别作蒸汽压曲线logPs图3.实测蒸汽压数据与理论蒸汽压数据比较图由实验数据拟合出的Antoine常数(解三元方程组得)与理论值进行比较:常数实验值理论值误差|A8.017.763313.18%B-1632.39-1566.084.23%C100.2897.872.46%3.临界比容Vc实验值与理论值的比较实验值/(m3/kg)理论值(mA3/kg)?ib=R?C/?C?C=3R?/8?C0.00250.002160.01930.0072375七、分析和讨论1 .比较实验等温线和标准等温线可得,两图总体上比较相近,曲线的形状和趋势相似,这说明实验结果与实际相符,实验比较成功。同时,实验结果存在着一定误差,其原因主要有以下方面:未等恒温槽温度稳定下来就开始实验;活塞螺杆摇动过快,使CO2温度发生变化,未等系统达到稳定就读数;压力表灵敏性较差,存在较大的系统误差;实验数据不够多,特别是等温线拐点处数据不够密集,造成曲线不准确;超临界等温线取的温度不够高,导致部分超临界等温线与露点线重合。2 .实验测得的蒸汽压数据基本符合Antoine方程,但仍略有误差,一方面实验数据有一定误差,另一方面Antoine方程也不是非常准确。可惜未能拟合出测得PT曲线的Antoine常数,可能是因为实验数据太少的原因。3 .从临界比容Vc的比较可以得到,实验值与实验书上提供的理论值较接近,误差小于10%由于临界状态的CO2严重偏离理想气体状态,因此根据理想气体状态方程计算得到的比容值远大于理论值。而范德华方程有很大的局限性,根据范德华方程得到的值也大于理论值,但要比理想状态方程更接近实际。4 .通过这次实验,我们对临界现象有了直观的了解,观察到了临界乳光现象、汽液两相突变现象。
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