二氧化碳PVT曲线测定实验

二氧化碳PVT曲线测定实验
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
整个实验装置由压力台、超级恒温水浴和实验台本体及其防护罩等三大部分组成.
实验中，压力台油缸送来的压力由压力油传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。

温度由实验台上的温度
显示表读出。

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截面不变等条件来换算得出。

三、实验原理
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。

CO 2的临界压力为bar p c 87.73=，临界温度为1.31=C t ℃。

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。

9.30=t ℃是恰好能压缩得到液体CO 2的最高温度。

在临界点附近出现气液分界模糊的现象。

本实验采用定温实验的方法来测定CO 2的p -v 之间关系，从而得出CO 2的
承压玻璃管内CO 2质量ｍ不便测量，而玻璃管内径或截面积（A ）又不易测准，因而实验中采用间接办法来确定CO 2的比容，因为CO 2的比容V 与其高度是一种线性关系。

具体方法如下：
a ． 已知CO 2液体在25℃，7.8MPa 时的比容 V （25℃，7.8Mpa ）=0.00124m 3 /kg 。

b ． 实际测定实验台上在25℃，7.8Mpa 时的CO 2在容器内所占高度Δh 0（m ）。

（注意玻璃管水套上刻度的标记方法）
c ． ∵V （25℃，7.8Mpa ）=
kg m m
A
h /00124.030=∆
式中：A 为玻璃管内截面积；ｍ为玻璃管内CO 2总质量。

∴
)/(00124
.020m kg K h A m =∆=
其中：K ——即为玻璃管内CO 2的质量面积比（常数）。

所以，任意温度、压力下CO 2的比容为：
3/h h
V m kg
m A K
∆∆=
=
h h h ∆=-
式中h ——任意温度、压力下水银柱高度。

h 0——承压玻璃管内顶端所处高度。

四、实验步骤
1．加压前的准备 实验过程中，如果压力表指针不动，则打开压力表上的阀门（该阀门平时是“勿动”）
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，不但加不上压力，还会损坏实验设备。

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阀门。

（4）摇进活塞螺杆，使本体充油。

如此反复，直至压力表上达到所要求的压力读数为止。

应特别注意以下情况，如螺杆已推进到极限位置，而压力尚未达到所需值，必须再一次抽油加压，此时要严格按以下程序操作，先关油路控制阀与压力表阀；再开油杯进油阀；倒退螺杆抽油至极限位置；然后关闭油杯进油阀，开压力表控制阀与油路控制阀（注意：油路控制阀、压力表阀决不能同时处于开启状态！），推进螺杆逐渐加压直到所需值。

（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。

若均已调定后，即可进行实验。

2.接通电源，并开启实验台上的照明日光灯。

3.开启恒温水浴，设定好所需温度，开启恒温水浴的水泵开关，水从水套的下部进入水套充满水套后从上部流出，使二氧化碳在压缩过程中保持温度衡定。

4．测定低于临界温度t=20℃时的定温线。

（1）将恒温箱温度设定在t=20℃，并保持恒温。

（2）压力从5.6Mpa开始，当玻璃管内水银柱升起来后，应足够缓慢地摇进活塞螺杆，以保证定温条件。

否则，将来不及平衡，使读数不准。

（3）在5.6MPa至7.8MPa之间按照适当的压力间隔保持不同的平衡状态并测取h值。

（4）注意加压后CO2的状态变化，特别是注意液化、汽化等现象。

要将测得的实验数据及观察到的现象一并填入记录表中。

5．测定饱和温度与饱和压力之间的对应关系。

（1）将恒温箱在20℃－30℃之间选取几个不同的温度点如27℃，并保持恒温。

（2）缓慢地摇进活塞螺杆（以足够保证定温条件），让压力从5.6Mpa开始慢慢增加，当玻璃管内水银面上汽态与液态的CO2同时存在时，停止摇动活塞螺杆5分钟左右，当压力温度都不再变化时，记录此时的压力与温度。

6．测定临界温度t=31.1℃时的定温线。

（1）将恒温箱温度设定在t=31.1℃，并保持恒温。

（2）压力从6Mpa开始，当玻璃管内水银柱升起来后，应足够缓慢地摇进活塞螺杆，以保证定温条件。

否则，将来不及平衡，使读数不准。

（3）在6MPa至8MPa之间按照适当的压力间隔保持不同的平衡状态并测取h值。

（4）注意加压后CO2的状态变化，特别是临界现象（在临界状态附近要多测些数据）。

要将测得的实验数据及观察到的现象一并填入记录表中。

7．测定临界参数，并观察临界现象。

（1）按上述方法和步骤测出临界等温线，并在该曲线的拐点处找出临界压力P c 和临界比容Vc 。

（2）观察临界现象。

临界温度指气体能通过加压压缩成液态的最高温度，当温度高于临界温度时，无论加多大的压力也不能使气体液化。

理论上CO 2的临界温度是31.1℃，故实验时温度在此附近时，通过不断地加压能在某一个状态点（理论上此时对应的压力为7.52MPa 看到水银柱上面出现少许白雾（液化）随后加压白雾消失，无论再怎么加压也不会出现在25℃－30℃之间所看到的汽液共存现象。

8．测定高于临界温度t=40℃时的定温线。

（1）将恒温箱温度设定t=40℃，并保持恒温。

（2）压力从6.4Mpa 开始，当玻璃管内水银柱升起来后，应足够缓慢地摇进活塞螺杆，以保证定温条件。

否则，将来不及平衡，使读数不准。

（3）在6.4MPa 至8.05MPa 之间按照适当的压力间隔保持不同的平衡状态并测取h 值。

（4）注意加压后CO 2的状态变化，是否还能观察到前面实验所看到的饱和现象与临界现象？要将测得的实验数据及观察到的现象一并填入记录表中。

实验结束，管路系统中的油全部抽回油杯中，否则时间长漏油。

进气阀1和油杯通气阀2务必全部关闭！！！
五、数据处理 这部分内容预习报告先不写
0h -承压玻璃管内径顶端刻度0h = mm
=∆0h mm
=K =
v K h ∆。