2 流体PVT.ppt

1 1绪论2流体的P V T关系 2 3 2 1纯物质的PVT相图2 2气体的状态方程2 3对比态原理及其应用2 4真实气体混合物的PVT关系2 5流体的饱和热力学性质2 6液体的P V T性质 主要内容 4 2 1纯物质的PVT相图 5 1 2 3 C 固相 气相 液相 密流区 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 Tc T Pc P P Pc T Tc的区域 密流区具有液体和气体的双重性质 密度同液体 溶解度大 粘度同气体 扩散系数大 A B 6 V P T1 T2 T3 Tc T4 T5 汽液两相区 气 液 汽 特性 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 临界点处 等温线既是极值点又是拐点 C P V图 7 2 1纯物质的PVT相图2 2气体的状态方程 8 状态方程的应用 1状态方程代表一定范围内的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用状态方程是相平衡和化学反应平衡计算的基础 9 纯流体的状态方程 EOS 是描述流体P V T性质的关系式f P T V 0 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 10 1理想气体方程 P为压力 V为摩尔体积 T为温度 R为通用气体常数 11 应用1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始值 3判断真实气体状态方程的极限情况的正确程度 当或者时 任何的状态方程都还原为理想气体方程 12 2半经验方程 将半经验模型结合理论方程 或分析已有方程偏离实际情况的原因 引入经验修正项以改进原有方程 是目前建立半经验方程所用的主要方法 半经验方程在工程上应用甚广 数目也多 并可进一步分为三次型方程与多参数方程 13 能展开成为摩尔体积的三次式的半经验方程 这类方程比较简单 仅含两个或三个方程参数 三次型方程 14 一范德华方程 vanderWaals 荷兰1910年诺贝尔物理奖 理想气体的状态方程在描述真实气体时有一定偏差 人们为了消除这种偏差已苦苦探索了好几个世纪 不断对状态方程进行修正 目前已提出的状态方程不下数百个 几乎每一个研究机构或研究者都可以构造一个出来 但被普遍接受并得到广泛应用的只有少数几个 范德华方程无异是最为成功的一个 15 式中a b 范德华常数 与气体种类有关 a V2m 压力修正项 又称内压 分子间相互作用减弱了分子对器壁的碰撞 若分子间无吸引力 压力应高于p 为p a V2m 分子间引力 大 a 大 b 体积修正项 真实气体分子本身占有的体积 即使分子自由活动空间减少的数值 当p 0时 V 还原为理气状态方程 16 Vm C 3b TC 8a 27Rb pC a 27b2 a 27R2T2C 64pC b RTC 8pC 范德华方程的应用应用于nMPa的中压范围的真实气体 准确度高于理气状态方程 可处理真实气体的经典方程 范德华参数与临界参数 vanderWaals方程是第一个适用真实气体的立方型方程 目前工程上广泛采用的立方型方程基本上都是在此基础上衍生出来的 17 二Redlich Kwong RK 方程 18 RK方程是1949年建立 能较成功地用于气相非极性和弱极性化合物的P V T的计算 但对多数强极性化合物效果较差 也不能预测纯流体的蒸汽压 即汽液平衡 19 现将压力为105pa和温度为25 的氮气100L压缩到1L 其温度为 110 试求终态压力 20 查到氮气的有关临界参数为 当T 25 p 105Pa时 可将氮气视作理想气体 其摩尔体积为 则氮气的总摩尔量为 21 压缩终了时氮气的摩尔体积为 现使用R K方程计算终态压力 22 23 三Soave Redlich Kwong SRK 方程 24 偏心因子 其对RK方程的改进是将常数a作为温度的函数 引入了偏心因子的概念 25 SRK方程提高了对极性物质和量子化流体的计算 更主要的是其比RK方程相比大大提高了表达纯物质汽液平衡的能力 使之能用于汽液平衡计算 26 四Peng Robinson PR 方程 27 PR对SRK方程中的体积进行了更精细的修正 从而提高了方程计算Zc和液体密度的准确性 PR方程预测饱和蒸汽压和液体摩尔体积的准确度较SRK有明显的改善 28 立方型方程形式简单 方程中的两个常数可用纯物质的临界性质和偏心因子计算 1 三次方程求根公式 2 迭代法 立方型方程求解方法 迭代法通过将方程写成压缩因子Z表达式的方式进行 29 RK方程的压缩因子表达式 30 表示成Z的展开式 31 SRK方程的压缩因子表达式 32 表示成Z的展开式 33 PR方程的压缩因子表达式 34 表示为Z的展开式 35 迭代法的计算步骤 1设初值Z 通常用理想气体为初值 即Z 1 2计算h 36 3将h代入Z展开式求Z RK和SRK方程 PR方程 4比较前后两次Z值 误差达到允许范围结束 否则重新从2开始 37 试用计算水蒸气在10 3MPa和643K下的摩尔体积 并与水蒸气表查出的数据 V 0 0232m3 kg 1 进行比较 水的临界常数Tc 647 3K pc 22 05MPa 0 344 1 理想气体 2 R K方程 38 1 理想气体方程 PV RTV RT P 39 2 R K方程 为了便于迭代 采用压缩因子式R K方程 40 Tc 647 3K pc 22 05MPa计算a 14 29MPa m6 K1 2 kmol 2b 0 02115m3 kmol 1 将a和b值代入R K方程变为 41 取Z的初值为Z1 1进行迭代求解 第一次计算 误差计算 42 第二次计算 误差计算 43 第三次计算 误差计算 Z4 0 81540 误差小于1 可以结束计算 取Z Z4 0 81540 44 Z 0 81540 45 在半经验方程中 为使求解达到一定的准确度和扩大应用范围 而建立的一类比三次型方程参数更多的方程 这类方程 由于参数多 所需要的实验信息和处理数据的工作量都大为增加 多参数方程 46 一BWR方程 BWR方程于1940年提出 是第一个能在高密度区表示流体P V T关系和计算汽液平衡的多常数方程 在工业上得到了一定的应用 47 该方程的8个常数原先是从烃类的P V T和蒸汽压数据拟合得到 后来为了提高方程的顶测性 对BWR方程常数进行普遍化处理 从而可以从纯物质的临界温度 临界压力和偏心因子来估算 48 二马丁 侯方程 马丁和侯虞钧于19