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1、化工热力学实验第1页，本讲稿共32页实验一实验一二氧化碳临界状态观测及二氧化碳临界状态观测及p-v-t关系测定关系测定一、实验目的一、实验目的1.了解了解CO2临界状态的观测方法，增加对临界临界状态的观测方法，增加对临界状态概念的感性认识。状态概念的感性认识。2.加深对课堂所讲工质的热力状态、凝结、汽加深对课堂所讲工质的热力状态、凝结、汽化、饱和状态等基本概念的理解。化、饱和状态等基本概念的理解。第2页，本讲稿共32页n3.掌握掌握CO2的的p-v-t关系的测定方法，学关系的测定方法，学会用实验测定实际气体状态变化规律的会用实验测定实际气体状态变化规律的方法和技巧。方法和技巧。n4.学会活塞式
2、压力计、恒温器等部分热学会活塞式压力计、恒温器等部分热工仪器的正确使用方法。工仪器的正确使用方法。第3页，本讲稿共32页二、实验内容二、实验内容n1.测定测定CO2的的p-v-t关系。在关系。在p-v坐标图坐标图中绘出低于临界温度中绘出低于临界温度(t=20)、临界温度、临界温度(t=31.1)和高于临界温度和高于临界温度(t=40)的三的三条等温曲线，并与标准实验曲线及理论计条等温曲线，并与标准实验曲线及理论计算值相比较，并分析差异原因。算值相比较，并分析差异原因。n2.测定测定CO2在低于临界温度时，饱和温在低于临界温度时，饱和温度与饱和压力之间的对应关系。度与饱和压力之间的对应关系。第4
3、页，本讲稿共32页3.观测临界状态观测临界状态n(1)临界状态时近汽液两相模糊的现象。临界状态时近汽液两相模糊的现象。n(2)汽液整体相变现象。汽液整体相变现象。n(3)测定的测定的CO2的的tc,pc,vc等临界参数，等临界参数，并将实验所得的并将实验所得的vc值与理想气体状态方程值与理想气体状态方程和范德瓦尔方程的理论值相比较，简述其和范德瓦尔方程的理论值相比较，简述其差异原因差异原因。第5页，本讲稿共32页第6页，本讲稿共32页n三、实验设备及原理三、实验设备及原理第7页，本讲稿共32页n对简单可压缩热力系统，当工质处于平对简单可压缩热力系统，当工质处于平衡状态时，其状态参效衡状态时，其
4、状态参效p、v、t之间有：之间有：nF(p,v,t)=0或或t=f(p,v)（1）n本试验就是根据式（本试验就是根据式（1），采用定温方法），采用定温方法来测定来测定CO2 p-v之间的关系，从而找出之间的关系，从而找出CO2的的p-v-t的关系。的关系。第8页，本讲稿共32页四、实验步骤四、实验步骤n1.装好实验设备，开启试验台本体上的日光灯装好实验设备，开启试验台本体上的日光灯n2.使用恒温器调定温度使用恒温器调定温度n3.加压前的准备加压前的准备n4.做好实验的原始记录做好实验的原始记录n5.测定低于临界温度测定低于临界温度t=20时的定温线时的定温线n6.测定临界等温线测定临界等温线t
5、=31.1和临界参数，观和临界参数，观察临界现象察临界现象n7.测定高于临界温度测定高于临界温度t=40时的等温线时的等温线第9页，本讲稿共32页五、数据处理五、数据处理n1 计算仪器常数计算仪器常数n 由于充进承压玻璃管内的由于充进承压玻璃管内的CO2质量不便测质量不便测量，而玻璃管内径或界面（量，而玻璃管内径或界面（A）又不易测）又不易测准，因而实验中采用间接办法来确定准，因而实验中采用间接办法来确定CO2的比容，认为的比容，认为CO2的比容的比容与其高度是一种与其高度是一种线性关系。具体如下：线性关系。具体如下：n1)已知已知CO2液体在液体在20，9.8MPa时的比时的比容容（20，9
6、.8MPa）=0.00117m3/kg第10页，本讲稿共32页2）如前操作实地测出本试验台）如前操作实地测出本试验台CO2在在20，9.8MPa时的时的CO2液柱高度液柱高度h*(m)，（注意玻璃水套上刻度的标记，（注意玻璃水套上刻度的标记方法）方法）3）由）由1)可知可知(20,9.8MPa)=0.00117m3/kg第11页，本讲稿共32页那么任意温度，压力下那么任意温度，压力下CO2的比容为的比容为式中式中 ，将测得的数据整理，将测得的数据整理成表，并在成表，并在p-v图上作出等温线图上作出等温线第12页，本讲稿共32页n2 应用应用RK方程进行体积数据推算，并与方程进行体积数据推算，并
7、与相应的实验值比较相应的实验值比较n 临界温度以下取气相与液相各一值，其临界温度以下取气相与液相各一值，其它每个温度一值它每个温度一值第13页，本讲稿共32页六、实验报告六、实验报告n1.简述实验原理及过程。简述实验原理及过程。n2.各种数据的原始记录。各种数据的原始记录。n3.计算及在计算及在p-v图上画出等温线。图上画出等温线。n4.将实验测得的饱和温度与饱和压力的对将实验测得的饱和温度与饱和压力的对应与有关资料上数据进行比较应与有关资料上数据进行比较n5.将实验测得的临界比容将实验测得的临界比容vc与理论计算与理论计算值比较其差异及原因。值比较其差异及原因。RK方程比较。方程比较。n6.
8、实验讨论。实验讨论。第14页，本讲稿共32页实验二二元汽液平衡数据的测定汽液平衡数据的测定 循环釜原理示意图循环釜原理示意图A蒸馏瓶蒸馏瓶 B接收瓶接收瓶一、一、原理原理第15页，本讲稿共32页n 达到平衡状态时，每一组分在各相中达到平衡状态时，每一组分在各相中的化学位相等，即逸度相等。对于二元的化学位相等，即逸度相等。对于二元两相平衡，其热力学基本关系式为：两相平衡，其热力学基本关系式为：常压下，汽相可视为理想气体，则常压下，汽相可视为理想气体，则第16页，本讲稿共32页第17页，本讲稿共32页n二二 实验目的实验目的n1 测定常压下乙醇（测定常压下乙醇（1）水（）水（2）二元汽液）二元汽液
9、平衡数据平衡数据n2 通过实验了解汽液平衡釜的构造，掌握二通过实验了解汽液平衡釜的构造，掌握二元汽液平衡数据的测定方法和技能。元汽液平衡数据的测定方法和技能。n3 绘制汽液平衡相图。绘制汽液平衡相图。第18页，本讲稿共32页三三 实验装置实验装置第19页，本讲稿共32页四四 实验步骤实验步骤n1.加料：从加料口加入加料：从加料口加入25-30毫升乙醇毫升乙醇和水，组成约为和水，组成约为0.1，0.3，0.5，0.7，检查气密性，然后开冷却水。检查气密性，然后开冷却水。n2.观察大气压观察大气压,将将100毫升针筒与系统相毫升针筒与系统相连，控制系统压力为连，控制系统压力为101.325kPa。
10、n3.加热：接通电源，调节变压器，缓慢加热：接通电源，调节变压器，缓慢升温加热至釜液沸腾。升温加热至釜液沸腾。n4.调节阿贝折光仪的循环水温至调节阿贝折光仪的循环水温至25度度第20页，本讲稿共32页n5.取样；观察平衡釜内的沸腾情况，冷凝取样；观察平衡釜内的沸腾情况，冷凝回流液控制在每秒回流液控制在每秒23滴，稳定地回流约滴，稳定地回流约20分钟，以建立平衡状态。记下平衡温度，分钟，以建立平衡状态。记下平衡温度，用取样器同时取气液两相样品。（为保证用取样器同时取气液两相样品。（为保证样品准确，取样时用取样器抽洗样品准确，取样时用取样器抽洗23次后次后再测）再测）n6.分析：将取下的样品用阿贝
11、折光仪测定分析：将取下的样品用阿贝折光仪测定其折光指数，通过标准曲线图查其折光指数，通过标准曲线图查x,y的值；的值；或采用气相色谱分析检测或采用气相色谱分析检测第21页，本讲稿共32页n7.取样后，改变釜内的组成，重复上述取样后，改变釜内的组成，重复上述步骤，进行第二组数据的测定，要求每步骤，进行第二组数据的测定，要求每组至少测四组平衡数据。组至少测四组平衡数据。n8.实验结束，先把变压器的电压逐渐调实验结束，先把变压器的电压逐渐调到零，关闭其开关，切断折光仪和恒温到零，关闭其开关，切断折光仪和恒温槽的电源，釜内温度降低，关冷却水，槽的电源，釜内温度降低，关冷却水，整理好实验仪器试验台。整理
12、好实验仪器试验台。第22页，本讲稿共32页n五、数据处理五、数据处理n1 绘出折光率绘出折光率-组成标准曲线组成标准曲线n2将实验测得的平衡数据以表格形式列出将实验测得的平衡数据以表格形式列出n3 计算出活度系数计算出活度系数n4 由附录标准值绘制由附录标准值绘制Txy图图n5 将实验值标在图中，比较偏差，分析将实验值标在图中，比较偏差，分析原因。原因。第23页，本讲稿共32页实验三实验三三元液液平衡数据的测定三元液液平衡数据的测定一一、原理、原理液液平衡准则液液平衡准则第24页，本讲稿共32页二二 实验目的实验目的n1测定醋酸测定醋酸水水醋酸乙烯在醋酸乙烯在25下下的液液平衡数据的液液平衡数
13、据n2用醋酸用醋酸水、醋酸水、醋酸醋酸乙烯两对二醋酸乙烯两对二元系的汽液平衡数据以及醋酸乙烯元系的汽液平衡数据以及醋酸乙烯水水二元系的液液平衡数据，求得的活度系二元系的液液平衡数据，求得的活度系数关联式常数，以计算三元液液平衡结数关联式常数，以计算三元液液平衡结线的推算值，与实验数据比较；线的推算值，与实验数据比较；n3通过实验了解测定方法，掌握实验技通过实验了解测定方法，掌握实验技能，学会三角形相图的绘制。能，学会三角形相图的绘制。第25页，本讲稿共32页实验数据理论数值醋酸-水-醋酸乙烯溶解度曲线第26页，本讲稿共32页第27页，本讲稿共32页三三 实验装置实验装置第28页，本讲稿共32页
14、四四 实验步骤实验步骤n1测定溶解度曲线测定溶解度曲线n 将恒温水浴的温度调至将恒温水浴的温度调至25，根据相图，根据相图，配制配制30%醋酸醋酸醋酸乙烯二元溶液约醋酸乙烯二元溶液约20g，恒温，恒温15min，然后用已称重的针筒缓慢，然后用已称重的针筒缓慢滴入水不断摇动，仔细观察浊点出现，达浊滴入水不断摇动，仔细观察浊点出现，达浊点后将针筒拔出称重，减量法求出加样量，点后将针筒拔出称重，减量法求出加样量，计算各组分的组成。滴加醋酸使溶液澄清，计算各组分的组成。滴加醋酸使溶液澄清，恒温恒温15min，再加水至第二浊点，同上计，再加水至第二浊点，同上计算组成。算组成。第29页，本讲稿共32页2测
15、定平衡结线测定平衡结线n 根据相图，配制在部分互溶区的三元溶根据相图，配制在部分互溶区的三元溶液液HAc30%,VAc40%,H2O30%约约60g，预先计算好各组分的重量，用分析天平，预先计算好各组分的重量，用分析天平减量法称取醋酸、水、醋酸乙烯重量，分减量法称取醋酸、水、醋酸乙烯重量，分别加入平衡釜中，计算出三元溶液的浓度。别加入平衡釜中，计算出三元溶液的浓度。将此盛有部分互溶液体的装置调节至将此盛有部分互溶液体的装置调节至25恒温，用电磁搅拌恒温，用电磁搅拌20min，静止恒温，静止恒温1015min，使其溶液分层达到平衡。，使其溶液分层达到平衡。第30页，本讲稿共32页n 将已静止分层
16、的液体用针筒分别取油层将已静止分层的液体用针筒分别取油层及水层，利用酸碱中和法分析其中的醋及水层，利用酸碱中和法分析其中的醋酸含量由溶解度曲线查出另一组成，酸含量由溶解度曲线查出另一组成，于是就可算出第三组分的组成。于是就可算出第三组分的组成。n 取取HAc25%,VAc35%,H2O40%约约60g，同上测定，同上测定第31页，本讲稿共32页n五、数据处理五、数据处理n1绘制相图绘制相图n 在三角形相图中，将本文附录中给出在三角形相图中，将本文附录中给出的醋酸的醋酸水水醋酸乙烯三元体系的溶解醋酸乙烯三元体系的溶解度数据作成光滑的溶解度曲线，把自己度数据作成光滑的溶解度曲线，把自己测得的数据标绘在图上测得的数据标绘在图上n2 绘出结线绘出结线n3 计算平衡常数计算平衡常数第32页，本讲稿共32页