實驗二二氧化碳PVT實驗指導(dǎo)書

1、實驗二： 二氧化碳PVT實驗 (未完成預(yù)習(xí)報告預(yù)習(xí)分不及格)一 實驗?zāi)康? 觀測 CO2 臨界狀態(tài)現(xiàn)象，增加對臨界狀態(tài)概念的感性認(rèn)識；2 加深對純流體熱力學(xué)狀態(tài)：汽化、冷凝、飽和態(tài)和超臨流體等基本概念的理解；測定 CO2 的PVT 數(shù)據(jù)，在PV 圖上繪出CO2 等溫線3 掌握低溫恒溫浴和活塞式壓力計的使用方法。二實驗原理 純物質(zhì)的臨界點表示汽液二相平衡共存的最高溫度（TC）和最高壓力點（PC）。純物質(zhì)所處的溫度高于TC，則不存在液相；壓力高于PC，則不存在汽相；同時高于TC 和PC，則為超臨界區(qū)。本實驗測量T<TC，T = TC 和T>TC 三種溫度條件下等溫線。其中T<TC

2、 等溫線，為一光滑曲線；T = TC 等溫線，在臨界壓力附近有一水平拐點，并出現(xiàn)汽液不分現(xiàn)象；T<TC等溫線，分為三段，中間一水平段為汽液共存區(qū)。對純流體處于平衡態(tài)時，其狀態(tài)參數(shù)P、V 和T 存在以下關(guān)系：F(P,V,T) = 0 或 V = f (P,T)由相律，純流體，在單相區(qū)，自由度為2，當(dāng)溫度一定時，體積隨壓力而變化；在二相區(qū)，自由度為1，溫度一定時，壓力一定，僅體積發(fā)生變化。本實驗就是利用定溫的方法測定CO2 的P 和V 之間的關(guān)系，獲得CO2 的P-V-T 數(shù)據(jù)。三實驗裝置流程和試劑 實驗裝置由試驗臺本體、壓力臺和恒溫浴組成（圖 2-3-1）。試驗臺本體如圖2-3-2 所示。

3、實驗裝置實物圖見圖2-3-3。 實驗中由壓力臺送來的壓力油進(jìn)入高壓容器和玻璃杯上半部,迫使水銀進(jìn)入預(yù)先裝有高純度的CO2 氣體的承壓玻璃管(毛細(xì)管),CO2 被壓縮,其壓力和容積通過壓力臺上的活塞桿的進(jìn)退來調(diào)節(jié)。溫度由恒溫水套的水溫調(diào)節(jié)，水套的恒溫水由恒溫浴供給。CO2 的壓力由壓力臺上的精密壓力表讀出，溫度由水套內(nèi)精密溫度計讀出。比容由CO2 柱的高度除以質(zhì)面比常數(shù)計算得到。試劑：高純度二氧化碳。圖 2-3-1 CO2 PVT 關(guān)系實驗裝置 圖2-3-2 試驗臺本體 1.高壓容器 2-玻璃杯 3-壓力油 4-水銀 5-密封填料 6-填料壓蓋 7-恒溫水套 8-承壓玻璃管 9-CO210-精密

4、溫度計四、實驗操作步驟1按圖2-3-1 裝好試驗設(shè)備。2接通恒溫浴電源，調(diào)節(jié)恒溫水到所要求的實驗溫度（以恒溫水套內(nèi)精密溫度計為準(zhǔn)）。3加壓前的準(zhǔn)備抽油充油操作（1）關(guān)閉壓力表下部閥門和進(jìn)入本體油路的閥門，開啟壓力臺上油杯的進(jìn)油閥。（2）搖退壓力臺上的活塞螺桿，直至螺桿全部退出。此時壓力臺上油筒中抽滿了油。（3）先關(guān)閉油杯的進(jìn)油閥，然后開啟壓力表下部閥門和進(jìn)入本體油路的閥門。（4）搖進(jìn)活塞桿，使本體充油。直至壓力表上有壓力讀數(shù)顯示，毛細(xì)管下部出現(xiàn)水銀為止。（5）如活塞桿已搖進(jìn)到頭，壓力表上還無壓力讀數(shù)顯示，毛細(xì)管下部未出現(xiàn)水銀，則重復(fù)（1）-（4）步驟。（6）再次檢查油杯的進(jìn)油閥是否關(guān)閉，壓力表

5、及其進(jìn)入本體油路的二個閥門是否開啟。溫度是否達(dá)到所要求的實驗溫度。如條件均已調(diào)定，則可進(jìn)行實驗測定。4測定承壓玻璃管(毛細(xì)管)內(nèi)CO2 的質(zhì)面比常數(shù)K 值a)已知CO2溶液在20，100atm時的比容V（20，8MPa）=0.001212m3/kg b）實測本實驗臺CO2在20，100atm時的CO2液柱高度h*(m)（注意玻璃水套上刻度的標(biāo)記方法）。 c)由a)可知： 因為V（20，8MPa）=h*/m=0.001212m3/kg，所以則任意溫度、壓力下CO2的比容為式中：h=h-h0h 任意溫度、壓力下的水銀柱高度 h0承壓玻璃管內(nèi)徑頂端刻度 實驗中應(yīng)注意： 做各條定溫線時，實驗壓力PMP

6、a，否則承壓玻璃管有破裂的危險；實驗溫度t50 。5測定低于臨界溫度下的等溫線（T= 20或25）（1）將恒溫水套溫度調(diào)至T= 20或25，并保持恒定。（2）逐漸增加壓力，壓力為4.MPa 左右開始讀取相應(yīng)水銀柱上端液面刻度，記錄第一個數(shù)據(jù)點。讀取數(shù)據(jù)前，一定要有足夠的平衡時間，保證溫度、壓力和水銀柱高度恒定。（3）提高壓力約0.3MPa，達(dá)到平衡時，讀取相應(yīng)水銀柱上端液面刻度，記錄第二個數(shù)據(jù)點。注意加壓時，應(yīng)足夠緩慢的搖進(jìn)活塞桿，以保證定溫條件，水銀柱高度應(yīng)穩(wěn)定在一定數(shù)值，不發(fā)生波動時，再讀數(shù)。（4）按壓力間隔0.3MPa 左右，逐次提高壓力，測量第三、第四數(shù)據(jù)點，當(dāng)出現(xiàn)第一小滴CO2 液體

7、時，則適當(dāng)降低壓力，平衡一段時間，使CO2 溫度和壓力恒定，以準(zhǔn)確讀出恰出現(xiàn)第一小液滴CO2 時的壓力。（5）注意此階段，壓力改變后CO2 狀態(tài)的變化，特別是測準(zhǔn)出現(xiàn)第一小滴CO2 液體時的壓力和相應(yīng)水銀柱高度及最后一個CO2 小汽泡剛消失時的壓力和相應(yīng)水銀柱高度。此二點壓力改變應(yīng)很小，要交替進(jìn)行升壓和降壓操作，壓力應(yīng)按出現(xiàn)第一小滴CO2 液體和最后一個CO2 小汽泡剛消失的具體條件進(jìn)行調(diào)整。（6）當(dāng)CO2 全部液化后，繼續(xù)按壓力間隔0.3MPa 左右升壓，直到壓力達(dá)到8.0MPa 為止（承壓玻璃管最大壓力應(yīng)小于8.0MPa）。6測定臨界等溫線和臨界參數(shù)，觀察臨界現(xiàn)象（1）將恒溫水套溫度調(diào)至T

8、= 31.1，按上述5 的方法和步驟測出臨界等溫線，注意在曲線的拐點（P=7.376MPa）附近，應(yīng)緩慢調(diào)整壓力（調(diào)壓間隔可為0.05MPa），以較準(zhǔn)確的確定臨界壓力和臨界比容，較準(zhǔn)確的描繪出臨界等溫線上的拐點。（2）觀察臨界現(xiàn)象a. 臨界乳光現(xiàn)象 保持臨界溫度不變,搖進(jìn)活塞桿使壓力升至Pc 附近處,然后突然搖退活塞桿(注意勿使試驗臺本體晃動)降壓,在此瞬間玻璃管內(nèi)將出現(xiàn)圓錐型的乳白色的閃光現(xiàn)象,這就是臨界乳光現(xiàn)象。這是由于CO2 分子受重力場作用沿高度分布不均和光的散射所造成的?？梢苑磸?fù)幾次觀察這個現(xiàn)象。b. 整體相變現(xiàn)象臨界點附近時，汽化熱接近于零，飽和蒸汽線與飽和液體線接近合于一點。此時

9、汽液的相互轉(zhuǎn)變不象臨界溫度以下時那樣逐漸積累，需要一定的時間，表現(xiàn)為一個漸變過程；而是當(dāng)壓力稍有變化時，汽液是以突變的形式相互轉(zhuǎn)化。c. 汽液二相模糊不清現(xiàn)象 處于臨界點附近的CO2 具有共同的參數(shù)（P，V，T），不能區(qū)別此時CO2 是汽態(tài)還是液態(tài)。如果說它是氣體，那么，這氣體是接近液態(tài)的氣體；如果說它是液體，那么，這液體又是接近氣態(tài)的液體。下面用實驗證明這結(jié)論。因為此時是處于臨界溫度附近，如果按等溫過程，使CO2 壓縮或膨脹，則管內(nèi)什么也看不到?，F(xiàn)在，按絕熱過程進(jìn)行，先調(diào)節(jié)壓力處于7.4 MPa（臨界壓力）附近，突然降壓（由于壓力很快下降，毛細(xì)管內(nèi)的CO2 未能與外界進(jìn)行充分的熱交換，其溫度

10、下降），CO2 狀態(tài)點不是沿等溫線，而是沿絕熱線降到二相區(qū)，管內(nèi)CO2 出現(xiàn)了明顯的液面。這就是說，如果這時管內(nèi)CO2 是氣體的話，那么，這種氣體離液相區(qū)很近，是接近液態(tài)的氣體；當(dāng)膨脹之后，突然壓縮CO2 時，這液面又立即消失了。這就告訴我們，這時CO2 液體離汽相區(qū)也很近，是接近氣態(tài)的液體。這時CO2 既接近氣態(tài)，又接近液態(tài)，所以只能是處于臨界點附近。臨界狀態(tài)流體是一種汽液不分的流體。這就是臨界點附近汽液二相模糊不清現(xiàn)象。7 測定高于臨界溫度的等溫線（T = ） 將恒溫水套溫度調(diào)至T=，按上述5 相同的方法和步驟進(jìn)行。5、 實驗數(shù)據(jù)處理根據(jù)本實驗臺中：h0= CO2在20，8MPa時CO2液柱高度h= （）以及上式計算比容v（0.001212m3/kg），計算得質(zhì)面比常數(shù)K= 具體數(shù)據(jù)記錄如下：壓強(qiáng)2031.13 P/Mph/cmh/cmV/m3/kg現(xiàn)象h/cmh/cmV/m3/kg現(xiàn)象h/cmh/cmV/m3/kg現(xiàn)象4.34.655.35.666.36.777.37.78繪制三條P曲線圖：七注意事項1實驗壓力不能超過8.0 MPa，實驗溫度不高于40。2應(yīng)緩慢搖進(jìn)活塞螺桿，否則來不及平衡，難以保證恒溫恒壓條件。3一般，按壓力間隔0.3MPa