新化工热力学-第二章流体的PVT关系

1、化工热力学化工热力学第二章第二章 P-V-T化工热力学化工热力学第二章第二章 P-V-T化工热力学化工热力学第二章第二章 P-V-T化工热力学化工热力学第二章第二章 P-V-T2.1 纯物质的p-V-T关系p-V-T立体相图立体相图化工热力学化工热力学第二章第二章 P-V-T2.1 纯物质的p-V-T关系水的水的p-V-T立体相图立体相图纯物质纯物质P-V-TP-V-T相图相图单相区单相区V L SV L S纯物质的纯物质的p-T图图纯物质的纯物质的p-V图图一一 纯物质纯物质P-V-TP-V-T相图相图两相共存区两相共存区S/L V/L V/SS/L V/L V/S一一 纯物质纯物质P-V-

2、TP-V-T相图相图饱和线饱和线一一 纯物质纯物质P-V-TP-V-T相图相图过饱和蒸汽过饱和蒸汽一一 纯物质纯物质P-V-TP-V-T相图相图过饱和液体过饱和液体一一 纯物质纯物质P-V-TP-V-T相图相图三相线三相线/ /点点V/L/SV/L/S一一 纯物质纯物质P-V-TP-V-T相图相图临界点临界点一一 纯物质纯物质P-V-TP-V-T相图相图超临界流体超临界流体123C固固相相气气(汽汽)相相液液相相密密流流区区二二 .P-T图图1-2线线 汽固平衡线（升华线）汽固平衡线（升华线）2-c线线 汽液平衡线（汽化线）汽液平衡线（汽化线）2-3线线 液固平衡线（熔化线）液固平衡线（熔化线

3、）C点临界点，点临界点，2点三相点点三相点PPc,TTc的区域，属汽体的区域，属汽体PTc的区域，属气体的区域，属气体PPc,TTc的区域，两相的区域，两相性质相同性质相同TcTPcPPPc,TTc的区域，密流区的区域，密流区 具有液体和气体的双重性质，具有液体和气体的双重性质，密度同液体，溶解度大；粘度密度同液体，溶解度大；粘度同气体，扩散系数大。同气体，扩散系数大。AB固体区固体区液体区液体区气体区气体区三相点三相点F=C-P+2=0水的三相点：水的三相点：0.0098 临界点临界点汽固平衡线汽固平衡线液固平衡液固平衡线线汽液汽液平衡平衡线线二、二、p-T 图图临界等容线临界等容线超临界流

4、体区超临界流体区（TTc和和PPc）化工热力学化工热力学第二章第二章 P-V-T三三 .P-V图图0VPTcT0VPTcT22VPT1T2T3TcT4T5汽液两相区汽液两相区气气液液汽汽特性：特性：汽液两相区的比容差随温度和压汽液两相区的比容差随温度和压力的上升而减少，外延至力的上升而减少，外延至V=0V=0点，点，可求得可求得Pc,VcPc,Vc和和TcTc. .在单相区，等温线为光滑的曲在单相区，等温线为光滑的曲线或直线；高于线或直线；高于Tc的的等温线的的等温线光滑，无转折点，低于光滑，无转折点，低于Tc的的的的等温线有折点，由三部分组成。等温线有折点，由三部分组成。临界点处，等温线既是

5、极值点临界点处，等温线既是极值点又是拐点又是拐点C临界点临界点过冷液体区过冷液体区 p-V图图饱和液相线饱和液相线饱和汽相线饱和汽相线汽液两相平衡区汽液两相平衡区F=C-P+2=1v超临界超临界流体流体区区（TTc和和PPc）过热蒸汽区过热蒸汽区 点点在在点点在在CVPCVPTT0022 恒温线恒温线临界点临界点数据见数据见附录附录2；正常沸正常沸点在哪？点在哪？化工热力学化工热力学第二章第二章 P-V-T化工热力学化工热力学第二章第二章 P-V-T化工热力学化工热力学第二章第二章 P-V-T化工热力学化工热力学第二章第二章 P-V-T纯流体纯流体pVT关系的应用关系的应用液化气成分的选择液化

6、气成分的选择物质物质Tc ， Pc ，atmTB ， 燃烧值，燃烧值，kJ/g甲烷甲烷-82.6245.36-161.4555.6乙烷乙烷32.1848.08-88.6552.0丙烷丙烷96.5941.98-42.1550.5正丁烷正丁烷151.937.43-0.549.6正戊烷正戊烷196.4633.3236.0549.1正己烷正己烷234.429.8068.7548.4液化石油气的主要液化石油气的主要成分为何是成分为何是丙烷、丙烷、丁烷和少量的戊烷丁烷和少量的戊烷而不是甲烷、乙烷而不是甲烷、乙烷和正己烷？和正己烷？化工热力学化工热力学第二章第二章 P-V-T（了解）（了解）v超临界流体（超

7、临界流体（Supercritical Fluid, SCF）1） 定义：定义：在在TTc和和PPc区域内，区域内，气体、液体变得不可区气体、液体变得不可区分，分，形成的一种特殊状态的流体，形成的一种特殊状态的流体，称为称为超临界流体。超临界流体。2） 特点：特点：多种物理化学性质介于气体和液体之间多种物理化学性质介于气体和液体之间 ,并兼具并兼具 两者的优点。具有两者的优点。具有液体一样液体一样的密度、溶解能力和传热系数的密度、溶解能力和传热系数 ,具有具有气体一样气体一样的低粘度和高扩散系数。的低粘度和高扩散系数。物质的溶解度对物质的溶解度对T、P的变化很敏感的变化很敏感 ，特别是在临界状态

8、，特别是在临界状态附近附近 ， T、P微小变化会导致溶质的溶解度发生几个数量微小变化会导致溶质的溶解度发生几个数量级的突变级的突变 ，超临界流体正是利用了这一特性，通过对超临界流体正是利用了这一特性，通过对T、P的调控来进行物质的分离。的调控来进行物质的分离。超临界流体特性超临界流体特性 性质性质 气体气体 超临界流体超临界流体 液体液体 1atm, 1530Pc Tc 1atm, 1530 密度密度/(g/mL)(0.62)10-3 0.20.9 0.61.6 粘度粘度/g/(cms)(13)10-4(19)10-4 (0.23)10-2 扩散系扩散系/(cm2/s) 0.10.4 (27)

9、10-4 (0.23)10-5超临界流体的多种物理化学性质介于气体和液体之超临界流体的多种物理化学性质介于气体和液体之间，并兼具二者的优点。间，并兼具二者的优点。v现研究较多的超临界流体包括现研究较多的超临界流体包括 : CO2 、H2O、NH3、甲醇、乙醇、戊烷、乙烷、乙烯等。、甲醇、乙醇、戊烷、乙烷、乙烯等。v但受溶剂来源、价格、安全性等因素限制。只但受溶剂来源、价格、安全性等因素限制。只有有CO2 应用最多应用最多.临界条件温和临界条件温和Tc=31 ；Pc =7.4MPa。萃取温度低萃取温度低(3 0 50 )能保留产品的能保留产品的天然有效活性。天然有效活性。 溶解能力溶解能力强。强。惰性（不污染产品）惰性（不污染产品） 、价廉易得、价廉易得、选择性良好选择性良好和和产产物易从反应混合物中分离出来。物易从反应混合物中分离出来。化工热力学化工热力学第二章第二章 P-V-T化工热力学化工热力学第二章第二章 P-V-T2.立方型方程的根立方型方程的根0)(23 PabVPaVPRTbV1) TTc2) T=Tc3) TTc仅有仅有一个实根一个实根，超临，超临界流体（界流体（PPc)和气体和气体(PPc)的摩尔体积。的摩尔体积。P=Pc,三个重实根三个重实根