CO2临界状态观测及PVT关系测试
二氧化碳临界状态观测及p-v-t关系测定试验
气液相平衡实验
一、实验目的
1、掌握常压下互溶体系汽液平衡数据的测试方法。
2、用阿贝折光仪分析汽、液相组成：确定液相组成的活度系数与组成的关系。
二、实验原理
用循环法测量互溶体系汽液平衡数据，溶液在蒸馏器A中加热沸腾。
产生的蒸馏经过蒸汽导管冷凝在接收器B中，又经过液体导管返回蒸馏器A中蒸馏，故此循环，最终达到一个稳定状态，此时蒸馏器A中产生的组成和量恒定不变，蒸馏器的沸腾温度也不会变，即达到了汽液平衡的温度，称为平衡温度，分别从蒸馏器和接受器中取样分析其浓度即得到平衡液相和汽相的组成。
溶液的组成采用测折光率的方法分析。
折光率是物质的一个特征数值，溶液的折光率与组成，温度有关。
因此预先通过测定已知浓度的溶液在一定温度下的光率，做出折射率，组成工作曲线，然后再由汽液平衡样品的折射率从曲线上内插确定浓度。
二、实验设备。
二氧化碳临界状态观测及P-V-T关系测定实验演示教学
二氧化碳临界状态观测及P-V-T关系测定实验实验报告评分13系 07级第二大组实验室力一楼日期2010-03-24姓名钟伟PB07013076实验题目：二氧化碳临界状态观测及P-V-T关系测定实验CO临界状态的观测方法，增加对临界状态概念的感性认识实验目的：了解2加深对课堂所讲的工质热力状态、凝结、汽化、饱和状态等基本概念的理解CO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掌握2法和技巧学会活塞式压力计、恒温器等热工仪器的正确使用方法。
实验原理和装置:整个实验装置由压力台、恒温器和试验台本体及其防护罩等三大部分组成（如图所示）。
试验台本体如图所示。
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之间有：()0fE或()v pt,= (1)t,,=vp本试验就是根据式（1），采用定温方法来测定2CO 的p-v 之间的关系，从而找出2CO 的p-v -t 关系。
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2CO 气体的承压玻璃管，2CO 被压缩，其压力和容积通过压力台上的活塞杆的进、退来调节。
温度由恒温器供给的水套里的水温来调节。
实验工质二氧化碳的压力，由装在压力台上的压力表读出。
温度由插在恒温水套中的温度计读出。
比容首先由承压玻璃管内二氧化碳柱的高度来测量，而后再根据承压玻璃管内径均匀、截面不变等条件换算得出。
实验步骤：1. 按图1装好试验设备，并开启试验本体上的日光灯2. 恒温器准备及温度调定① 将蒸镏水注入恒温器内，注至离盖30~50mm 。
检查并接通电路，开动电动泵，使水循环对流。
图 21 – 高压容器2 – 玻璃杯3 – 压力油4 – 水银5 – 密封填料6 – 填料压盖7 – 恒温水套8 – 承压玻璃管9 – CO2空间 10 – 温度计。
恒温水恒温水②旋转电接点温度计顶端的帽形磁铁，调动凸轮示标，使凸轮上端面与所要调定的温度一致，再将帽形磁铁用横向螺钉锁紧，以防转动。
化工热力学实验.
2）如前操作实地测出本试验台CO2在 20℃，9.8MPa时的CO2液柱高度 Δh*(m)，（注意玻璃水套上刻度的标记
方法） 3）由1)可知υ(20℃,9.8MPa)=
h A
=0.00117m3/kg
m
m h* k(kg m2 ) A 0.00117
那么任意温度，压力下CO2的比容为
L
V
fi fi
常压下，汽相可视为理想气体，则
Pyi
Pis xi i
i
Pyi Pis xi
二 实验目的
1 测定常压下乙醇（1）－水（2）二元汽液 平衡数据
2 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。
3 绘制汽液平衡相图。
三 实验装置
四 实验步骤
F(p,v,t)=0或t=f(p,v)（1） 本试验就是根据式（1），采用定温方法
来测定CO2 p-v之间的关系，从而找出 CO2的p-v-t的关系。
四、实验步骤
1. 装好实验设备，开启试验台本体上的日光灯 2. 使用恒温器调定温度 3. 加压前的准备 4. 做好实验的原始记录 5. 测定低于临界温度t=20℃时的定温线 6. 测定临界等温线t=31.1℃和临界参数，观
v h h mh k
式中 h h hf ，将测得的数据整理
成表，并在p-v图上作出等温线
2 应用RK方程进行体积数据推算，并与 相应的实验值比较
临界温度以下取气相与液相各一值，其 它每个温度一值
六、实验报告
1. 简述实验原理及过程。 2. 各种数据的原始记录。 3. 计算及在p-v图上画出等温线。 4. 将实验测得的饱和温度与饱和压力的
二氧化碳临界状态观测及pvT关系试验课件
结果分析
分析测试数据，得出 PVT关系曲线和相关 参数。
CHAPTER 04
二氧化碳临界状态与pvt关系 的联系
二氧化碳临界状态对pvt关系的影响
相变压力变化
在二氧化碳的临界点，气液相的 压力趋于一致，导致pvt关系发生
显著变化。
密度和体积变化
随着温度和压力的增加，二氧化碳 的密度和体积在临界点附近有突变 ，对pvt关系产生影响。
二氧化碳临界状态的定义
定义
重要性
二氧化碳临界状态是指气体在一定温 度和压力下，达到饱和状态后，无法 继续溶解或液化，呈现一种特殊的物 理状态。
二氧化碳临界状态在气体压缩、制冷 、能源利用等领域具有广泛应用，对 于热力学研究和工业应用具有重要意 义。
特征
在临界状态下，二氧化碳的密度、粘 度、热导率等物理性质发生显著变化 ，表现出与常规气体状态不同的特性 。
工业应用
在实际工业过程中，掌握二氧化 碳的临界状态和pvt关系有助于 优化生产过程，降低能耗和排放
。
CHAPTER 05
结论
研究成果总结
二氧化碳临界状态观测
通过实验，我们成功观测到了二氧化碳在临界状态下的物理特性。实验数据显示，二氧化 碳在临界点附近表现出显著的温度和压力变化，这验证了相变现象的存在。
温度传感器
用于测量温度。
高压PVT测试仪
用于模拟不同压力 和温度下的PVT关 系测试。
压力传感器
用于测量压力。
待测流体
石油、天然气或相 关流体。
试验步骤
准备样品
将待测流体盛装在样 品容器中。
设定参数
设定所需的压力和温 度参数。
开始测试
启动高压PVT测试仪 进行测试。
CO2 临界状态观测及PVT关系测试
已经求出K=28.21kg/m3,则可以求出任意温度、压力下二氧化碳的比容：V=Δh/k 求出结果见下表：表2-不同温度下P-V 关系20℃ 27.5 ℃ 31.7℃ 37℃ h(cm)v(m3/k g)P(MP a)h(cm) v(m3/kg)P(MPa )h(cm) v(m3/kg)P(MP a)h(cm)v(m3/k g)P(MPa)5.79 0.00124 8.736.20 0.00138 8.41 14.23 0.00423 6.82 8.36 0.00215 8.89 5.90 0.001287.54 6.38 0.00145 7.30 12.17 0.0035 7.02 9.52 0.002568.51 6.03 0.00132 6.21 6.48 0.00148 6.919.01 0.00238 7.19 10.60 0.00294 8.01 6.14 0.00136 5.81 6.60 0.00152 6.60 8.09 0.00205 7.21 14.49 0.00432 7.31 6.18 0.00138 5.57 8.910.002346.607.43 0.00182 7.61 16.26 0.00495 6.9 7.40 0.00181 5.57 11.21 0.00316 6.60 7.39 0.00188.15 18.59 0.00578 6.49 8.90 0.00234 5.57 13.42 0.00394 6.60 7.32 0.00178 8.6 20.80 0.00656 6.19 16.80 0.00514 5.57 16.42 0.00501 6.29 19.88 0.00623 5.25 19.52 0.00611 5.79 21.39 0.00677 5.11 21.02 0.00664 5.50 23.820.00763 4.80根据此表作图，便可以得到实验测得的等温线，如图2所示：456789100.0010.0020.0030.0040.0050.0060.0070.0080.009图2-实验测得等温线附上标准等温线（文献查得）如图3所示:图3-标准等温线将两图进行对比并分析原因：可以观察到所得图能够大体上反映出标准图的整体趋势，较为相似。
实验一 二氧化碳P-V-T关系测定及临界状态观测实验
实验一二氧化碳P-V-T关系测定及临界状态观测实验ExperimentofCO2一、实验目的1、解CO2临界状态的观测方法，增加对临界状态概念的感性认识；2、加深对课堂所讲的有关工质的热力状态、凝结、汽化、饱和状态等基本概念的理解；3、掌握CO2的p-v-T关系测定方法，学会用实验测定实际气体状态变化规律方法及技巧；4、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。
二、实验内容本实验内容包括以下三个部分：1、测定CO2的p-v-T关系，在p-v图上画出低于临界温度（t二20C）、临界温度（t二311C）及咼于临界温度（t-50°C）的三条等温线，并与标准实验曲线及理论计算值相比较，分析产生差异的原因；2、测定CO2在低于临界温度时（t=20°C、25C及27°C）饱和温度与饱和压力的关系；3、观测临界现象1）临界状态附近气液两相分界模糊的现象；2）气液整体相变现象；3）测定CO2的「P c、；等临界参数，并将实验所得的v 值与由理想气体状态方程及范德瓦尔方程所得的理论值相比较，简述产生差异的原因。
三、实验原理简单可压系统处于平衡状态时，其状态参数压力P、比容V、温度T之间存在着确定的关系，即状态方程为F（p,v,T）二0（1）或p=f(v,T)(2)当保持T不变时测定比容与压力的对应数值，可获得到等温线数据，从而可作出P-V图。
在低于临界温度时，实际气体的等温线有气液相变的直线段，而理想气体的等温线是正双曲线，任何时候也不会出现直线段。
只有在临界温度以上，实际气体的等温线才逐渐接近理想气体的等温线。
所以理想气体的理论不能解释实际气体的气液两相转变及临界状态。
CO2的临界压力为p二73.87bar，临界温度为t=31.1°C。
在低于临界温度时，等温线出现气液相变的直线段，如图1所示。
t 二309C是恰好能压缩得到液体CO2的最高温度。
在临界点附近出现气液分界模糊的现象。
二氧化碳临界状态观测及pvt关系测定
二氧化碳临界状态观测及pvt关系测定概述二氧化碳（CO2）是一种广泛应用于许多领域的重要工业气体。
为了深入了解其行为和特性，需要进行相应的实验研究。
本文旨在介绍CO2的临界状态观测和PVT（压力、容积、温度）关系测定的方法及其结果。
实验设计实验的首要部分是测定CO2的临界状态。
临界点是物理学和化学学中的基本概念之一，指的是物质在特定温度和压力下变成气相或液相的条件下的状态。
在CO2的临界状态下，液体和气体之间的界面将消失，即液体和气体将具有相同的密度和折射率。
CO2的临界状态可以通过变压法或变温法两种方法来测定。
变压法：首先将CO2装入一个加热器中，然后使用恒定的体积发生器将空气推出。
当CO2的压力高于临界点压力时，CO2的压缩率将减少。
当压力低于临界点时，CO2的压缩率将增加。
通过不断改变压力，直到找到压力等于临界点压力的点，记录相应的体积和温度。
随着压力逐渐逼近临界点，CO2的密度将不断增加，因此固定的体积将能够容纳更多的物质。
同时，CO2的均压率也会随着温度的升高而下降。
变温法：在该方法中，CO2的压力将保持不变。
随着温度逐渐升高，CO2的密度将不断减小，因此具有相同体积的CO2气体将占据更大的空间。
当温度达到临界点时，CO2的密度将达到其最小值，并且液体和气体阶段不再区分。
此时，测定相应的体积和温度。
第二个实验目的是测定CO2的PVT关系。
这被认为是将实验测量的温度、压力和容积数据和理论计算之间的比较。
通过这些测量，可以确定物质的状态方程和其他要素，这可以用于预测物质的特性和行为。
测量过程为了进行实验，使用石英玻璃管作为高压容器，该容器可以在高达300个大气压的压力下工作，并且具有胶带衬里以确保材料的完整性。
之后将必要量的CO2注入其中，并通过自然升温达到目标温度。
然后，通过记录压力和容积的变化来跟踪CO2的状态。
结果和讨论CO2的临界点压力被测定为7.4 MPa，临界温度为31.2℃。
CO2临界状态观测及PVT关系测试
课程名称： 化工专业实验 指导教师： 成绩：_____ ____ 实验名称： CO2临界状态观测及PVT 关系测试 同组学生姓名： 一、实验目的 二、实验设备及原理 三、实验内容及实验步骤 四、数据记录及处理 五、实验结论及误差分析 六、实验结论及误差分析 七、分析和讨论一、实验目的1、了解CO2临界状态的观测方法，增加对临界状态概念的感性认识。
2、增加对课堂所讲的工质热力状态、凝结、汽化、饱和状态等基本概念的理解。
3、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。
4、学会活塞式压力计，恒温器等热工仪器的正确使用方法。
二、实验设备及原理1、图 试验台本体试验台本体如图所示。
其中1－高压容器；2－玻璃杯；3－压力机；4－水银；5－密封填料；6－填料压盖；7－恒温水套；8－承压玻璃杯；9－CO2空间；10－温度计。
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之间有：)t,v,p(F=或)v,p(Ft=（1）本实验就是根据式（1），采用定温方法来测定CO2的p-v-t关系，从而找出CO2的p-v-t关系。
实验中，压力台油缸送来的压力由压力油传入高压容器帮玻璃杯上半部，迫使水银进入预先CO2气体的承压力玻璃管容器，CO2被压缩，其压力通过压力台上的活塞杆的进、退来调节。
温度由恒温器供给的水套里的水温来调节。
实验工质二氧化碳的压力值，由装在压力台上的压力表读出。
温度由插在恒温水套中温度计读出。
比容首先由承压玻璃管内二氧化碳柱的高度来测量，而后者根据承压玻璃管内径截面不变等条件来换算得出。
3、抽油、充油操作因为压力台的油缸容量比容器容量小，需要多次从油杯时抽油，再向主容器管充油、充油的操作过程非常重要，若操作失误，不但加不上压力，还会损坏试验设备。
所以，务必认真掌握，其步骤如下：（1）关压力表及其进入本体油路的两个阀门，开启压力台油杯上的进油阀。
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实验报告
课程名称： 化工专业实验1 指导老师： 李勇 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CO 2临界状态的观测方法，增强对临界状态的感性认识。
2．掌握CO 2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、实验内容和原理
1. 实验装置由压力台，恒温器和试验本体及其保护罩三大部分组成，试验台本体如下图所示。
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 之间有： 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CO 2的P-V 关系，从而找出CO 2的P-V-T 关系。
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CO 2气体的承压玻璃管。
CO 2被压缩，其压力和容积通过压台上的活塞杆的进、退来调节；温度由供给水夹套里的超级恒温水浴调节控制。
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，比容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。
3. 抽油、充油操作
因为压力台的油缸容量比容器容量小，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：
（1）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。
（2）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。
（3）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。
（4）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。
（5）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。
（6）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！
承压玻璃管内CO 2的质量面积比常数K 值的测量方法
由于充进承压管内的CO 2质量不便测量，而玻璃管内径或面积A 又不易测准，因而实验中是采用间接办法来确定CO 2的比体积，认为CO 2比容V 与其高度是一种线性关系，具体如下： a ）已知CO 2溶液在20℃，100atm 时的比容
b ）实测本实验台CO 2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*A/m=0.0017m 3/kg ，所以
2m h ==k kg m 0.00117
A *
∆（/）
则任意温度、压力下CO 2的比容为
3h h
v=
=m /kg m /k
A ∆∆（） 式中Δh=h-h 0
h —任意温度、压力下水银柱高度 h0—承压玻璃管内径顶端刻度 试验中应注意：
做各条定温线时，实验压力P ≤100atm ，否则承压玻璃管有破裂的危险；实验温度td50℃。
三、实验装置
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。
四、实验步骤
1．开启超级恒温槽，调节到所需的恒温温度。
2．砝码式压力计抽油，方法见原理部分。
3．测定温度为20℃时的等温线及（20℃，100atm）k值。
（1）压力记录从水夹套上有刻度开始，当玻璃管内水银升起来后，应足够缓慢地摇进（）退
活塞螺杆，以保证定温条件。
（2）仔细观察CO2液化、汽化等现象。
（3）仔细观察、测定、记录CO2最初液化和完全液化时的压力机水银高度。
（4）在测定等温线时，可慢慢地摇进活塞，使压力升至90atm左右，然后缓慢地降低压力。
注意观察现象，记录数据。
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的临界参数；观察临界现象。
a）测定临界等温线
b）临界乳光现象观察
c）整体相变现象
d）气、液两相模糊不清现象
6．测定高于临界温度的等温线。
五、实验数据记录
1. K值的计算
20℃，100atm下，h0=0.0225m，h*=0.054m，Δh*=0.0315m，k=Δh*/0.00117=26.923
2. 四条等温线
3. 实验测得的二氧化碳P-V图
CO2标准等温线为
六、实验数据处理
1. 实测等温线和标准等温线比较
实验得到的CO2的P-V图与标准曲线相比，总体趋势是相近的，但是还是存在一定的偏差，特别是在汽液平衡线上，基本上不水平。
而实验过程通过临界现象来寻找临界点，会发现在较大范围内都会出现临界乳光现象，因此临界点的寻找带有很大的偶然性。
在T=31℃下，两个临界点的平均比容V C=0.00384 m3/kg，理论比容为0.00214 m3/kg，实验相对误差为79.4%，误差较大。
实验中主要的误差如下：
1）恒温槽的温度较难控制，造成温度有较小的波动；
2）活塞螺杆摇进和摇退速度过快，使CO2温度发生了变化，但是实验中没有等系统达到稳定就读数，导致所测的数据不是在恒温条件下；
3）实验用CO2由于时间久，纯度不够，使得气液平衡线不是水平而是具有一定的斜度；
4）由于是指针形压力表，灵敏性较差，存在较大的系统误差；
5）实验数据不够多，特别是等温线拐点处数据不够密集，造成所画曲线不精确。
2. 实测蒸气压数据和计算蒸气压数据比较
由于实验只有三个饱和温度下的饱和压力数据，正好可以求解lnp s=A-B/(T+C)，但是无法用函数拟合。
计算后发现三个常数均无法取值，因此无法与Antoine 方程的常数进行比较。
3. 实验Vc 与其他方程理论计算值比较
Tc=304.25K ，Pc=7.376MPa ，Vc=9.42×10-5m 3/mol 。
由理想气体状态方程pV=nRT ，代入Tc 、Pc 数据，可得43ig 3.42910/C
V
m mol -=⨯；由范德华方程2a p=
b RT V V --，9
a=8C C RT V ，c b=3
V ,得43c
c c
3V =
=1.28610m /mol 8p RT -⨯。
由此可见，理想气体状态方程所得误差很大，因为它忽略了气体分子间的相互作用力，实际气体分子之间具有一定的吸引力，因此实际气体体积更小；范德华方程虽然考虑了分子间的相互作用力，但它的临界压缩因子为0.375，而实际流体的Z C 因物质而异，多数流体的Z C 在0.23~0.29，因此在一定的p C 和T C 下，有vdW 计算的Vc 大于实际流体的Vc ，反映了该方程的准确度有限，但是相比以前的方程，vdW 能同时表达气、液两相和计算出临界点，有一定的价值。