浙大过程工程原理实验甲CO2临界状态观测及PVT关系测试实验报告

化工专业实验 |装订装订线专业：化学工程与工艺姓名：学号：日期：地点：西溪化学楼课程名称：专业实验指导老师：李昌圣成绩：__________________实验名称：CO2临界状态观测及PVT关系测试实验类型：__________同组学生姓名：一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得一、实验目的1．了解CO2临界状态的观测方法，增强对临界状态的感性认识。2．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。3．加深对流体的凝结、汽化、饱和状态等热力学基本概念的理解。4．掌握有关仪器的正确使用方法。二、实验设备及原理1．整个实验装置由压力台，恒温器和实验台本体及其防护罩三大部分组成，如图1所示。实验台本体如图2所示。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P、V、T有：F（P,V,T）=0或T=F(P,V)（1）本实验就是根据式（1），采用定温方法来测定CO2的P-V关系，从而找出CO2的P-V-T关系。3．实验中由压力台送来的压力油进入高压容器和玻璃杯上半部，迫使水银进入预先装了CO2气体的承压玻璃管。CO2被压缩，其压力和容积通过压台上的活塞杆的进、退来调节，温度由恒温器供给的水套里的水温来调节。4．实验工质二氧化碳的压力由装在压力台上的压力表读出（如果提高精度可由加在活塞转盘上的平衡砝码读出，并考虑水银柱高度的修正）。温度由插在恒温水套中的温度计读出。比体积首先由承压玻璃管内二氧化碳柱的高度来度量，然后再根据承压玻璃管内径均匀、截面积不变等条件换算得出。5．抽油、充油操作因为压力台的油缸容量比主容器容量小，需要多次从油杯里抽油，再向主容器充油，才能在压力表上显示压力读数。压力台抽油、充油的操作过程非常重要，若操作失误，很容易损坏实验设备，所以务必按下述步骤仔细操作：⑴关闭压力表及进入本体油路的两个阀门，开启压力台上油杯的进油阀。⑵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。⑶先关闭油杯阀门，然后开启压力表和进入本体油路的两阀门。⑷摇进活塞螺杆，经本体充油，如此交复，直至压力表上有压力读数为止。⑸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，即可进行实验。⑹实验结束后要将油抽回油杯。注意保持系统略有正压，千万不可不断抽油！6．测定承压玻璃管内CO2的质量面积比常数K值。由于充进承压管内的CO2质量不便测量，而玻璃管内径或截面积A又不易测准，因而实验中是采用间接办法来确定CO2的比体积，认为CO2比容V与其高度是一种线性关系，具体如下：a)已知CO2溶液在20℃，100atm时的比容V（20℃，100atm）=0.0017m3/kgb）实测本实验台CO2在20℃，100atm时的CO2液柱高度Δh*(m)（注意玻璃水套上刻度的标记方法）。c)由a)可知：因为V（20℃，100atm）=Δh*/m=0.0017m3/kg，所以则任意温度、压力下CO2的比容为式中：Δh=h-h0h—任意温度、压力下的水银柱高度h0—承压玻璃管内径顶端刻度实验中应注意：做各条定温线时，实验压力P≤10MPa，否则承压玻璃管有破裂的危险；实验温度t≤50℃。三、实验内容及步骤1．开启超级恒温槽，调节到所需的恒温温度。2．压力计抽油，方法见原理部分。3．测定温度为20℃时的等温线及（20℃，100atm）k值。4．在20℃～tc之间，测定CO2的饱和蒸汽压和温度的对应关系（利用水浴升温过程中测试，并要求测4～5个点）。5．测定CO2的临界等温线和临界参数；观察临界现象。6．测定高于临界温度的等温线。四、实验数据记录及处理表1．k值的测定h/cmh0/cmΔh/cmk/(kg/m2)5.42.62.823.9计算示例:∆h=h-k=表2．数据记录与处理温度/℃P/MPah/cmΔh/cmv/(m3/kg)20.010.05.42.80.0011728.55.52.90.0012137.05.63.00.0012555.65.83.20.0013395.67.44.80.0020085.515.713.10.0054815.018.916.30.006824.026.023.40.0097913.036.834.20.01431028.07.06.23.60.0015066.911.48.80.00368231.0（临界点）7.37.34.70.00196733.010.05.83.20.0013398.06.43.80.001596.016.6140.0058584.028.325.70.010753计算示例（以20℃第二组为例）：v=3．饱和蒸汽压与温度的关系数据T/KPs/kPalogPslogPs(理论)293.1556503.7523.758301.1569503.8423.838304.1573003.8633.868计算示例（以20℃为例）：logPs五、实验结果及分析1．在P-V图上绘制等温线图1.实验测得的CO2等温线标准等温线：图2.标准CO2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：图3.实测蒸汽压数据与理论蒸汽压数据比较图使用OriginPro8.2按Antoine方程拟合实验所得的P~T曲线时，发现无法收敛，故没有得出实验曲线对应的Antoine常数。但由上图可看出实验曲线与理论曲线十分接近，几乎重合，可以判断Antoine方程是可以较准确描述二氧化碳的饱和温度与饱和蒸汽压的关系的。3．临界比容Vc实验值与理论值的比较实验值/(m3/kmol)理论值V3/8RTc0.086560.09420.34290.1286六、实验讨论与误差分析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P~T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