介質(zhì)的基礎(chǔ)知識

介質(zhì)的基礎(chǔ)知識濟(jì)南市鍋檢所王善奎二0一三年五月第1頁，共52頁。第一節(jié).基本概念第二節(jié).物質(zhì)狀態(tài)第三節(jié).氣體的基本定律第四節(jié).介質(zhì)的特性第2頁，共52頁。第一節(jié).基本概念一、分子原子元素二、溫度三、壓力第3頁，共52頁。分子:構(gòu)成物質(zhì)且保持這種物質(zhì)性質(zhì)的最小微粒叫分子。原子:分子由更小的微?！咏M成。元素:在化學(xué)中，把性質(zhì)相同的同一種類原子叫做元素。一、分子原子元素第4頁，共52頁。二、溫度１、定義：宏觀上，溫度是物體冷熱程度的量度；微觀上，溫度是物體分子的不規(guī)則熱運動溫烈程度的反映。溫度愈高，物體分子的不規(guī)則熱運動愈激烈。反之則下降，當(dāng)溫度達(dá)到絕對零度時，分子熱運動則完全停止。第5頁，共52頁。

2、溫度的度量：溫度的量度實質(zhì)上是溫差的量度。目前國際上用得較多的溫標(biāo)有攝氏溫標(biāo)、熱力學(xué)溫標(biāo)、華氏溫標(biāo)。第6頁，共52頁。（1）攝氏溫標(biāo)（即攝氏溫度）取標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力下的冰點為零度和水沸點為100度作為兩個基準(zhǔn)點，在此兩點之間分成100等分，每一等分溫度間隔即為1攝氏度，以符號℃表示，并以t代表其讀數(shù)。第7頁，共52頁。（2）絕對溫標(biāo)（即熱力學(xué)溫度）當(dāng)理想氣體的溫度達(dá)到絕對零度（即-273.15℃）時，氣體的壓強(qiáng)為零。絕對溫標(biāo)就是以氣體分子熱運動停止?fàn)顟B(tài)的溫度為零度，并參照攝氏度的分度法建立溫度單位尺度。

在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力下的冰點為273.15K，水的沸點為373.15K。以符號K表示，并以T代表其讀數(shù)。

第8頁，共52頁。常用溫標(biāo)絕對K攝氏℃

100373.150.01273.160273.15-17.80-273.1537.8冰熔點水三相點水沸點第9頁，共52頁。由于熱力學(xué)溫度的間隔刻度和攝氏溫度的間隔刻度完全相等，因此一個單位攝氏度等于一個單位開氏度，唯一不同的是它們各自的起點不同，相差273.15。絕對溫度沒有負(fù)值。計算數(shù)值關(guān)系T=t+273.15(K)t=T-273.15(℃)第10頁，共52頁。三、壓力垂直作用于物體單位面積上的力叫做壓強(qiáng)。公式：p=F/S式中：p表示壓強(qiáng)，單位帕斯卡，F(xiàn)表示壓力，單位牛頓（N），S表示受力面積。第11頁，共52頁。單位：在國際單位制中，壓強(qiáng)的單位是帕斯卡，簡稱帕用“Pa”表示，即牛頓／平方米，1帕斯卡=1牛頓／米2，即1Pa=1N／m2

。兆帕、千克力／平方厘米等；工程所用壓強(qiáng)單位“公斤力／厘米21公斤力／厘米2=10000公斤力／米２=9.8x104Pa=0.098MPa約=0.1MPa第12頁，共52頁。第二節(jié).物質(zhì)的狀態(tài)一、物質(zhì)狀態(tài)的變化二、飽和狀態(tài)三、臨界狀態(tài)第13頁，共52頁。一、物質(zhì)狀態(tài)的變化氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)就是物質(zhì)的三種主要聚集狀態(tài)，傳統(tǒng)稱為物質(zhì)三態(tài)。其中任何一種聚集狀態(tài)只能在一定的條件下（溫度、壓力等）存在。當(dāng)條件發(fā)生變化時，物質(zhì)分子間的相互位置就發(fā)生相應(yīng)變化，即表現(xiàn)為狀態(tài)的變化。第14頁，共52頁。固液氣熔化（吸熱）凝固（放熱）汽化(吸熱)液化(放熱)物態(tài)變化凝華(放熱)升華(吸熱)物質(zhì)三態(tài)第15頁，共52頁。1、氣化：

物質(zhì)從液態(tài)變成氣態(tài)的過程(1).蒸發(fā):表面發(fā)生的氣化現(xiàn)象在任何溫度下都能進(jìn)行的氣化現(xiàn)象(2).沸騰:在一定的溫度下液體內(nèi)部和表面同時發(fā)生的劇烈的氣化現(xiàn)象第16頁，共52頁。2.液化：物質(zhì)從氣態(tài)變成液態(tài)的過程液化方式:降低溫度使氣體液化壓縮體積使氣體液化第17頁，共52頁。二二、飽和狀態(tài)（相平衡）

任何物質(zhì)在不同外界條件（溫度、壓力）下，都可以氣態(tài)、液態(tài)或者固態(tài)存在。外界條件變化時，物質(zhì)分子間的作用力大小和分子運動的劇烈程度也會變化。

第18頁，共52頁。

物質(zhì)的相平衡狀態(tài)取決于壓力、溫度，若有一個條件發(fā)生變化，則與其相對應(yīng)的相平衡就遭到破壞，同時發(fā)生相變過程，從而建立新的相平衡關(guān)系，直至達(dá)到新的平衡。第19頁，共52頁。在密閉的容器里，有氣液兩相時，由于逸出液面的氣體分子無法逃出容器，只能聚留在液面上方的氣相空間里，這些氣體分子在其自由運動中碰撞到液面時會發(fā)生凝結(jié)，返回液體里去。其返回的分子數(shù)隨液面上方氣相空間的蒸氣密度的增大而增多，隨著蒸氣密度的不斷增大，液體的蒸發(fā)速度逐漸減慢。第20頁，共52頁。當(dāng)逸出液面的分子數(shù)與返回液體的分子數(shù)相等時，就達(dá)到了動態(tài)平衡，從宏觀上講，液體就不再蒸發(fā)，氣、液兩相就處于相對穩(wěn)定的共存狀態(tài)。這種狀態(tài)稱為飽和狀態(tài)。其液體叫飽和液體，其密度叫飽和液體密度；飽和液體面上的蒸氣叫飽和蒸氣,其密度叫蒸氣密度，其壓力叫飽和蒸氣壓。第21頁，共52頁。物質(zhì)處于一定溫度下的飽和狀態(tài)參數(shù)（密度、壓力）都具有各自的恒定值，當(dāng)溫度升高時，液體分子的動能也隨著增加，逸入氣相的分子數(shù)目增多，同時由于液體自身的膨脹迫使蒸氣空間縮小，所以蒸氣密度就增大，而液體密度則相應(yīng)減小。蒸氣密度的增大可以直接反映為蒸氣壓的升高，這說明了飽和蒸氣壓隨溫度的上升而增高。第22頁，共52頁。三、臨界狀態(tài)臨界狀態(tài)是氣-液相變的特有現(xiàn)象。表示物質(zhì)處于臨界狀態(tài)的主要參數(shù)是臨界溫度、臨界壓力和臨界體積，這三個參數(shù)一般統(tǒng)稱為臨界常數(shù)，每種氣體都各有特定的臨界常數(shù)。。第23頁，共52頁。第24頁，共52頁。

只有當(dāng)氣體溫度降低到某一溫度以下時，才能使之液化，這個特定的溫度稱為該氣體的臨界溫度。臨界溫度Tc，在臨界溫度以上，物質(zhì)只能處于氣態(tài)，無論施加多大壓力都不能使之液化。反之，已經(jīng)液化了的氣體，當(dāng)其溫度升到臨界溫度時會呈氣態(tài)。第25頁，共52頁。

氣體在臨界溫度時能使之液化所需要的最小壓力叫臨界壓力Pc；氣體在臨界溫度和臨界壓力下所占有的體積叫臨界體積，一般以臨界比容vc表示，vc的倒數(shù)則謂臨界密度dc。實際上，Pc和dc（或vc）分別等于溫度漸升至Tc時飽和蒸氣壓與飽和蒸氣密度（或比容）所趨近的極限值。第26頁，共52頁。

密閉容器裝氣體的狀態(tài)，以下三類情況。第一類:臨界溫度低于環(huán)境溫度的氣體，只能是單一的氣相存在，其壓力是受氣體的壓縮程度所控制，可按真實氣體狀態(tài)議程式計算，例如氫（tc=－240.2℃）、氮（tc=－147.0℃），氧（tc=－118.6℃），空氣（tc=－140.7℃）等永久氣體屬于這一類（第27頁，共52頁。第二類:臨界溫度高于環(huán)境溫度的氣體，始終是氣液兩相平衡共存，其壓力是受液面上方保持動態(tài)平衡的飽和蒸氣壓所支配.例如氨（tc=132.4℃）、氯（tc=143.8℃）等。第28頁，共52頁。第三類:是臨界溫度處于環(huán)境溫度變化范圍內(nèi)的氣體.例如二氧化碳（tc=31℃），乙烷（tc=32.2℃），乙烯（tc=9.2℃），一氧化二氮（tc=36.5℃）等液化氣體，會隨環(huán)境溫度的變化而發(fā)生相變，可以是氣液兩相平衡共存或者是單一的氣體；若相變成單一氣相時，其壓力則受氣體的壓縮程度所控制，又相同于第一類氣體。第29頁，共52頁。

第三節(jié)、氣體的基本定律

1.?！R定律：一定量的氣體在等溫時的體積（V）與壓強(qiáng)（P）成反比，即：P1V1=P2V2=常數(shù)式中V1、V2分別是定量的氣體在壓力P1，P2時的體積。第30頁，共52頁。2.查理定律：一定量的氣體在等體積時的壓強(qiáng)（P）與絕對溫度（T）成正比，或者說一定質(zhì)量的氣體若體積不變，則其壓強(qiáng)與熱力學(xué)溫度成正比。即：P1/T1=P2/T2=常數(shù)式中P1、P2分別是定量的氣體在絕對溫度T1、T2時的壓力。第31頁，共52頁。

3、蓋-呂薩克定律：一定量的氣體在等壓時的體積（V）與絕對溫度（T）成正比，即：V1/T1=V2/T2=常數(shù)。式中T1、T2分別是定量的氣體在體積V1、V2時的絕對溫度。第32頁，共52頁。4.理想氣體狀態(tài)方程：如果將上述三定律總合起來:一定量的氣體壓強(qiáng)和體積的乘積與絕對溫度的比值是一個常數(shù).

P1V1/T1=P2V2/T2=常數(shù)，上式稱為理想氣體的氣態(tài)方程第33頁，共52頁。

5.克拉珀龍方程：PV/T=m/M*RPV=nRTR---理想氣數(shù),R=8.314J/(mol*K)第34頁，共52頁。第四節(jié).介質(zhì)的特性第35頁，共52頁。

一.介質(zhì)的可燃性１、燃燒的定義：物質(zhì)劇烈氧化而發(fā)光,發(fā)熱.的現(xiàn)象。

燃燒是一種放熱常伴隨發(fā)光的化學(xué)反應(yīng)，是化學(xué)能轉(zhuǎn)變成熱能的過程。在日常生活，生產(chǎn)中所見的燃燒現(xiàn)象，大都是可燃物質(zhì)與空氣(氧)或其它氧化劑進(jìn)行劇烈化合而發(fā)生的。如：C+O2=CO2第36頁，共52頁。

2．燃燒條件燃燒的發(fā)生必須同時具備三個條件：①可燃物。凡是能與空氣中的氧或其它氧化劑起燃燒反應(yīng)的物質(zhì)，均稱為可燃物。如汽油、液化石油氣，木材等．②助燃物。凡是能幫助和支持燃燒的物質(zhì)，均稱為助燃物。如空氣中的氧，氯、高錳酸鉀等。③著火源：凡是能引起可燃物質(zhì)發(fā)生燃燒的熱能源，均稱作著火源。如明火、摩擦，撞擊、高溫表面，自然發(fā)熱、化學(xué)能、電火花、聚集的日光和射線等。

第37頁，共52頁。二.爆炸性爆炸爆炸可分為化學(xué)爆炸、物理爆炸和核爆炸?；瘜W(xué)爆炸是指在極短的時間內(nèi)，由于可燃物和爆炸物品發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而引發(fā)的瞬間燃燒，同時生成在量熱和氣體，并以很大壓力向四周擴(kuò)散的現(xiàn)象。物理爆炸是一種純物理過程，如蒸汽鍋爐爆炸、輪胎爆炸等，多數(shù)是由于物質(zhì)受熱、體積膨脹、壓力劇增、超過容器耐壓引起的。爆炸時沒有燃燒，但有可能引發(fā)火災(zāi)，而化學(xué)爆炸的火災(zāi)危險性要大得多。第38頁，共52頁。爆炸極限可燃?xì)怏w，可燃液體的蒸氣或可燃粉塵和空氣混合達(dá)到一定濃度時，遇到火源就會發(fā)生爆炸。這個遇到火源能夠發(fā)生爆炸的濃度范圍，稱為爆炸極限。通常用可燃?xì)怏w在空氣中的體積百分比(％)來表示。第39頁，共52頁。

易爆（燃）介質(zhì):是指介質(zhì)(流體)與空氣混合的爆炸下限小于10%，或爆炸上限和下限之差值大于等于20%的氣體。(HG/T20695<<化工管道設(shè)計規(guī)范>>)易爆介質(zhì)指氣體或者液體的蒸汽、薄霧與空氣混合形成的爆炸混合物，并且其爆炸下限小于10%，或者爆炸上限和爆炸下限的差值大于或者等于20%的介質(zhì)。第40頁，共52頁。第41頁，共52頁。第42頁，共52頁。

三.介質(zhì)的毒性

1、毒物與中毒：凡作用于人體產(chǎn)生有害作用，引起機(jī)體功能或器質(zhì)性病理變化的物質(zhì)都叫毒物。在生產(chǎn)過程中所使用或產(chǎn)生的毒物叫工業(yè)毒物。在勞動過程中，工業(yè)毒物引起的中毒叫職業(yè)中毒。在實際生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)性毒物常以氣體、蒸汽、霧、煙或粉塵的形式污染生產(chǎn)環(huán)境，從而對人體產(chǎn)生毒害。毒物侵入人體后與人體組織發(fā)生化學(xué)或物理化學(xué)作用，并在一定條件下，破壞人體的正常生理功能或引起某些器官或系統(tǒng)發(fā)生暫時性或永久性病變的現(xiàn)象，叫做中毒。

第43頁，共52頁。

2、工業(yè)毒物的分類

按HG

20660《壓力容器中化學(xué)介質(zhì)毒性危害和爆炸危險程度分類》的規(guī)定分為：極度危害：最高容許濃度＜0.1㎎/m3高度危害：最高容許濃度0.1~＜1.0㎎/m3中度危害：最高容許濃度1.0~＜10㎎/m3輕度危害：最高容許濃度≥10㎎/m3第44頁，共52頁。第45頁，共52頁。第46頁，共52頁。(1)第一組介質(zhì)，毒性程度為極度危害、高度危害的化學(xué)介質(zhì)，易爆介質(zhì)，液化氣體。

(2)第二組介質(zhì)，除第一組以外的介質(zhì)。第47頁，共52頁。壓力容器類別劃分方法壓力容器類別的劃分應(yīng)當(dāng)根據(jù)介質(zhì)特性，按要求選擇類別劃分圖，再根據(jù)設(shè)計壓力p(單位MPa)和容積V(單位L)，標(biāo)出坐標(biāo)點，確定壓力容器類別：第48頁，共52頁。圖A-1

壓力容器類別劃分圖—第一組介質(zhì)第49頁，共52頁。圖A-2

壓力容器類別劃分圖—第二組