流体的压力、体积、温度关系.ppt

第二章流体的pVT关系状态方程,授课教师简介,杨绍娟工学硕士，研究方向为化学工程，精细化工。毕业后先后就职于新药研发的外企：康龙化成（北京）新药技术有限公司（研究员）、南昌航空大学（教师）、北京化工大学北方学院（现燕京理工学院）（教师）。所授过的课程：化工原理、化工热力学、物理化学、有机化学、功能材料、精细材料化学、高聚物合成工艺学、高分子导论等。联系电话：3092055办公地点：贝尔楼301,热力学最基本性质有两大类,P,V,T,Cp,x,如何解决？,U,H,S,G,但存在问题：1)有限的P-V-T数据，无法全面了解流体的P-V-T行为；2)离散的P-V-T数据，不便于求导和积分，无法获得数据点以外的P-V-T和H，U，S，G数据。,易测,难测!,从容易获得的物性数据（P、V、T、x）来推算较难测定的数据（H，U，S，G）,怎么办?,如何解决？只有建立能反映流体P-V-T关系的解析形式才能解决。这就是状态方程EquationofState(EOS)的由来。EOS反映了体系的特征，是推算实验数据之外信息和其它物性数据不可缺少的模型。流体P-V-T数据+状态方程EOS是计算热力学性质最重要的模型之一。,带有活塞的汽缸保持恒压,液体水,一、纯流体的p-V-T相图,T,v,1,2,5,3,4,液体和蒸汽,液体,气体,临界点,饱和液相线（泡点线）,饱和汽相线（露点线）,临界点,过冷液体区,纯物质的P-V图,饱和液相线,饱和汽相线,汽液两相平衡区F=C-P+2=1,超临界流体区（TTc和PPc）,过热蒸汽区,恒温线,临界点数据见附表1；正常沸点在哪？,单相区（V，G，L）两相共存区（V/L）饱和线（饱和液体线、饱和气体线）过热蒸汽过冷液体等温线（T=Tc、TTc、TTc和PPc）,固体区,液体区,气体区,三相点F=C-P+2=0水的三相点：0.0098,临界点,汽固平衡线,液固平衡线,汽液平衡线,纯物质的P-T图,临界等容线,超临界流体区（TTc和PPc）,单相区两相平衡线（饱和曲线）汽化曲线、熔化曲线、升华曲线三相点(Tt,Pt)和临界点(Tc,Pc,Vc)等容线临界等容线V=Vc、VVc、VVc,例1、将下列纯物质经历的过程表示在P-V图上：1）过热蒸汽等温冷凝为过冷液体；2）过冷液体等压加热成过热蒸汽；,C,P,V,1,2,1）过热蒸汽等温冷凝为过冷液体；2）过冷液体等压加热成过热蒸汽；3）饱和蒸汽可逆绝热膨胀；4）饱和液体恒容加热；5）在临界点进行的恒温膨胀,二、流体的状态方程,什么是状态方程（EOS）？流体的状态方程是物质p-V-T关系的解析式。即用一个EOS即可精确地代表相当广泛范围内的p、V、T实验数据，借此可精确地计算所需的p、V、T数据。其函数关系式可表示为：f(p,V,T)=0,2.理想气体状态方程,理想气体：分子间的相互作用力可忽略不计，气体分子本身的体积可忽略不计的一种假想的气体状态。它是低压和较高温度下各种真实气体的极限情况。,理想气体状态方程：PV=nRT,在本书中V代表摩尔体积，理想气体状态方程的表达式为：PV=RT,式中V是摩尔体积，R为通用气体常数，其值见表2-1,例2:将1kmol甲烷压缩储存于容积为0.125m3,温度为323.16K的钢瓶内.问此时甲烷产生的压力多大?其实验值为1.875x107Pa.解:,2.真实气体的状态方程,立方型,多参数高次型,Virial（维里）状态方程vanderWaals（vdW范德华）状态方程Redlich-Kwong状态方程Soave-Redlich-Kwong状态方程,维里（Virial）方程,Z为压缩因子，其大小反映出真实气体对理想气体的偏差程度。B，C分别为第二，第三维里系数。是有物理意义的：微观上，Virial系数反映了分子间的相互作用，第二维里系数B反映了两个分子之间的相互作用；第三维里系数C反映了三重分子的相互作用。宏观上，Virial系数仅是物性和温度的函数。,实际中常用Virial截断式,适用于TTc,P1.5MPa蒸汽,适用于TTc,1.5MPaPTc,仅有一个实根，对应于超临界流体和气体的摩尔体积。,三个重实根V=Vc,C,P,P*,TTc,三个不同实根，发生于两相区,V大对应于饱和汽摩尔体积V小对应于饱和液摩尔体积V中无物理意义。,3)TTc,Redlich-Kwong状态方程,已知T,V，如何求P？直接计算，很方便。在计算时，一定要注意单位，1atm=0.101325106Pa=0.101325MPa已知P,T，如何求V？工程上最常用的情况，因为P，T易测。用各种迭代法求解。已知P,V，如何求T？用各种迭代法求解。,已知p，T求V,以理想气体状态方程计算的摩尔体积为初值V0,例2:将1kmol甲烷压缩储存于容积为0.125m3,温度为323.16K的钢瓶内.问此时甲烷产生的压力多大?其实验值为1.875x107Pa.解:,