关于流体的PVT性质课件
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关于流体的PVT性 质
1
各章之间的联系
第2章热力学基础数据 ( PVT,Cp,Cv,EOS)
第3章 纯流体的热力学 性质(H,S,U，难测； 由EOS, Cp,Cv得到）
第4章流体混合物的热
力学性质 Mi ,
fˆi
,Gi ,i
,
第7章相平衡:f (2,4),γ(4)
第8章化学平 衡:µ(4)
给出物质
3
本章目的
❖ 1.流体的P-V-T关系可直接用于设计，如： 1）一定T、P下，ρ？Vm? 2) 管道直径的选取：流量 Q d 2u
4
3）储罐的承受压力：P ❖ 2.利用可测的热力学性质（T，P，V，CP）计算不
可测的热力学性质（H，S，G，f，φ，α，γ） （将在第三、四章介绍）
4
热力学最基本性质有两大类 怎么办???
EOS反映了体系的特征，是推算实验数据之 外信息和其它物性数据不可缺少的模型。
❖ 流体P-V-T数据+状态方程EOS是计算热力学性 质最重要的模型之一。
❖ EOS+CPig——>所有的热力学性质
7
§2.2 纯流体的P-V-T相图
§2.2.1 纯流体的P-V-T相图
纯物质的P-V-T立体相图 投影图 纯物质的P-T图 等容线 纯物质的P-V图 等温线
Maxwell关系式特点是将难测的量用易测的量代
替。如 用 代; 用 代 ; S P T
V
T P
S V T
P T V
建立了S=S(T，P)。
6
§2.1 引言
❖ 如何解决？
只有建立能反映流体P-V-T关系的解析形式 才能解决。
这就是状态方程Equation of State(EOS) 的由来。
❖如何解决？
5
§3.1.3 Maxwell方程
将(6)式应用于式(1)~(4)得Maxwell关系式(7)~(10)
dU TdS PdV
T V s
P S V
dH TdV SdP V T
S P PS
dG SdV TdP S V
PT T P
dA SdT PdV S P
V T TV
有效 利用 极限
化 工
热
力
第5章化工过
学
程的能量分 析:H,S,U,W(3)
给出能量 有效 利用
的 任 务
第6章蒸汽
极限
动力循环和
制冷循环:
H,S,W(3)
2
第二章 内容
§2.1 引言 §2.2 纯流体的P-V-T相图 §2.3 气体状态方程（EOS） §2.4 对应状态原理及其应用 §2.5 真实气体混合物P-V-T关系 §2.6 液体的P-V-T性质
P,V ,T,Cp,x 易测
U,H, S,G
从容易获得的物性数据（P、V、 T、x）来推算较难测定的数据 （ H，U，S，G ）
难测!
但存在问题：
1)有限的P-V-T数据，无法全面了解流体的P-V-T 行为； 2)离散的P-V-T数据，不便于求导和积分，无法获得数据点 以外的P-V-T 和H，U，S，G数据。
物质的溶解度对T、P的变化很敏感 ，特别是在临界状态 附近 ， T、P微小变化会导致溶质的溶解度发生几个数量 级的突变 ，超临界流体正是利用了这一特性，通过对T、 P的调控来进行物质的分离。
23
超临界流体特性
性质
密度 /(g/mL) 粘度 /[g/(cm•s)] 扩散系数 /(cm2/s)
气体
1atm, 15~30℃ (0.6~2)×10-3
§2.2.2 临界点及超临界流体 §2.2.3 超临界萃取技术的工业应用 §2.2.4 临界点数据的应用
8
在常压下加热水
液体水
带有活塞的汽缸保 持恒压
9
T
5
2
3
4
1
v
10
11
临界点
气体
液体
液体和蒸汽
饱和液相线 （泡点线）
饱和汽相线 （露点线）
12
§2.2.1纯物质的P-V-T立体相图
P-V-T立体相图
临界等容线V=Vc、V>Vc、V<Vc
19
例1 、将下列纯物质经历的过程表示在P-V图
上： 1）过热蒸汽等温冷凝为过冷液体； 2）过冷液体等压加热成过热蒸汽； 3）饱和蒸汽可逆绝热膨胀； 4）饱和液体恒容加热； 5）在临界点进行的恒温膨胀
20
1）过热蒸汽等温冷凝为过冷液体；
2）过冷液体等压加热成过热蒸汽；
过热蒸汽区
临界点 数据见 附录2；
正常沸 点在哪？
饱和液相线
饱和汽相线
恒温线
16
P-V图的特征、相关概念
❖ 单相区（V，G，L）
❖ 两相共存区（V/L）
❖ 饱和线（饱和液体线、饱和气体线）
❖ 过热蒸汽
❖ 过冷液体
❖ 等温线（T=Tc、T>Tc、T<Tc）
❖ 临界等温的数学特征
PVT0 在 C点
2PV2T0 在 C点
PVT0 在 C点
2PV2T0 在 C点 重要！ 22
§2.2.2临界点及超临界流体
❖ 超临界流体（Supercritical Fluid, SCF）
在T>Tc和P>Pc区域内，气体、液体变得不可区分，形成 的一种特殊状态的流体，称为超临界流体。
多种物理化学性质介于气体和液体之间 ,并兼具两者的优 点。具有液体一样的密度、溶解能力和传热系数 ,具有气 体一样的低粘度和高扩散系数。
P
3）饱和蒸汽可逆绝热膨胀；
C
4）饱和液体恒容加热；
5）在临界点进行的恒温膨胀
5
4
1
3(T降低)
2
21
V
§2.2.2临界点及超临界流体
P-V-T相图中最重要的性质之一
临界点：气液两相共存的最高温度或最高压力。 超临界流体区（T>Tc和P>Pc） Tc—临界温度；Pc —临界压力；Vc —临界体积 临界等温的数学特征
超临界流体
Pc Tc
0.2~0.5
13
§2.2.1纯物质的Pபைடு நூலகம்V-T立体相图
水的P-V-T立体相图
14
§2.2.1纯物质的P-V-T立体相图 纯物质的P-V图 投影图
纯物质的P-T图
15
①纯物质的P-V图
临界点
PVT0 在 C点
2PV2T0 在 C点
❖超临界流体区 （T>Tc和P>Pc）
过冷液体区
汽液两相平衡区 F=C-P+2=1
❖ 超临界流体（T>Tc和P>Pc）
17
②纯物质的P-T图
临界等容线
液固平衡线
液体区
超临界流体区
（T>Tc和P>Pc）
固体区 汽固平衡线
临界点
汽液平衡线
气体区
三相点F=C-P+2=0
18
水的三相点：0.0098℃
P-T图的特征、相关概念
❖ 单相区 ❖ 两相平衡线（饱和曲线）
汽化曲线、熔化曲线、升华曲线 ❖ 三相点(Tt,Pt)和临界点(Tc,Pc,Vc) ❖ 等容线
1
各章之间的联系
第2章热力学基础数据 ( PVT,Cp,Cv,EOS)
第3章 纯流体的热力学 性质(H,S,U，难测； 由EOS, Cp,Cv得到）
第4章流体混合物的热
力学性质 Mi ,
fˆi
,Gi ,i
,
第7章相平衡:f (2,4),γ(4)
第8章化学平 衡:µ(4)
给出物质
3
本章目的
❖ 1.流体的P-V-T关系可直接用于设计，如： 1）一定T、P下，ρ？Vm? 2) 管道直径的选取：流量 Q d 2u
4
3）储罐的承受压力：P ❖ 2.利用可测的热力学性质（T，P，V，CP）计算不
可测的热力学性质（H，S，G，f，φ，α，γ） （将在第三、四章介绍）
4
热力学最基本性质有两大类 怎么办???
EOS反映了体系的特征，是推算实验数据之 外信息和其它物性数据不可缺少的模型。
❖ 流体P-V-T数据+状态方程EOS是计算热力学性 质最重要的模型之一。
❖ EOS+CPig——>所有的热力学性质
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§2.2 纯流体的P-V-T相图
§2.2.1 纯流体的P-V-T相图
纯物质的P-V-T立体相图 投影图 纯物质的P-T图 等容线 纯物质的P-V图 等温线
Maxwell关系式特点是将难测的量用易测的量代
替。如 用 代; 用 代 ; S P T
V
T P
S V T
P T V
建立了S=S(T，P)。
6
§2.1 引言
❖ 如何解决？
只有建立能反映流体P-V-T关系的解析形式 才能解决。
这就是状态方程Equation of State(EOS) 的由来。
❖如何解决？
5
§3.1.3 Maxwell方程
将(6)式应用于式(1)~(4)得Maxwell关系式(7)~(10)
dU TdS PdV
T V s
P S V
dH TdV SdP V T
S P PS
dG SdV TdP S V
PT T P
dA SdT PdV S P
V T TV
有效 利用 极限
化 工
热
力
第5章化工过
学
程的能量分 析:H,S,U,W(3)
给出能量 有效 利用
的 任 务
第6章蒸汽
极限
动力循环和
制冷循环:
H,S,W(3)
2
第二章 内容
§2.1 引言 §2.2 纯流体的P-V-T相图 §2.3 气体状态方程（EOS） §2.4 对应状态原理及其应用 §2.5 真实气体混合物P-V-T关系 §2.6 液体的P-V-T性质
P,V ,T,Cp,x 易测
U,H, S,G
从容易获得的物性数据（P、V、 T、x）来推算较难测定的数据 （ H，U，S，G ）
难测!
但存在问题：
1)有限的P-V-T数据，无法全面了解流体的P-V-T 行为； 2)离散的P-V-T数据，不便于求导和积分，无法获得数据点 以外的P-V-T 和H，U，S，G数据。
物质的溶解度对T、P的变化很敏感 ，特别是在临界状态 附近 ， T、P微小变化会导致溶质的溶解度发生几个数量 级的突变 ，超临界流体正是利用了这一特性，通过对T、 P的调控来进行物质的分离。
23
超临界流体特性
性质
密度 /(g/mL) 粘度 /[g/(cm•s)] 扩散系数 /(cm2/s)
气体
1atm, 15~30℃ (0.6~2)×10-3
§2.2.2 临界点及超临界流体 §2.2.3 超临界萃取技术的工业应用 §2.2.4 临界点数据的应用
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在常压下加热水
液体水
带有活塞的汽缸保 持恒压
9
T
5
2
3
4
1
v
10
11
临界点
气体
液体
液体和蒸汽
饱和液相线 （泡点线）
饱和汽相线 （露点线）
12
§2.2.1纯物质的P-V-T立体相图
P-V-T立体相图
临界等容线V=Vc、V>Vc、V<Vc
19
例1 、将下列纯物质经历的过程表示在P-V图
上： 1）过热蒸汽等温冷凝为过冷液体； 2）过冷液体等压加热成过热蒸汽； 3）饱和蒸汽可逆绝热膨胀； 4）饱和液体恒容加热； 5）在临界点进行的恒温膨胀
20
1）过热蒸汽等温冷凝为过冷液体；
2）过冷液体等压加热成过热蒸汽；
过热蒸汽区
临界点 数据见 附录2；
正常沸 点在哪？
饱和液相线
饱和汽相线
恒温线
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P-V图的特征、相关概念
❖ 单相区（V，G，L）
❖ 两相共存区（V/L）
❖ 饱和线（饱和液体线、饱和气体线）
❖ 过热蒸汽
❖ 过冷液体
❖ 等温线（T=Tc、T>Tc、T<Tc）
❖ 临界等温的数学特征
PVT0 在 C点
2PV2T0 在 C点
PVT0 在 C点
2PV2T0 在 C点 重要！ 22
§2.2.2临界点及超临界流体
❖ 超临界流体（Supercritical Fluid, SCF）
在T>Tc和P>Pc区域内，气体、液体变得不可区分，形成 的一种特殊状态的流体，称为超临界流体。
多种物理化学性质介于气体和液体之间 ,并兼具两者的优 点。具有液体一样的密度、溶解能力和传热系数 ,具有气 体一样的低粘度和高扩散系数。
P
3）饱和蒸汽可逆绝热膨胀；
C
4）饱和液体恒容加热；
5）在临界点进行的恒温膨胀
5
4
1
3(T降低)
2
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V
§2.2.2临界点及超临界流体
P-V-T相图中最重要的性质之一
临界点：气液两相共存的最高温度或最高压力。 超临界流体区（T>Tc和P>Pc） Tc—临界温度；Pc —临界压力；Vc —临界体积 临界等温的数学特征
超临界流体
Pc Tc
0.2~0.5
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§2.2.1纯物质的Pபைடு நூலகம்V-T立体相图
水的P-V-T立体相图
14
§2.2.1纯物质的P-V-T立体相图 纯物质的P-V图 投影图
纯物质的P-T图
15
①纯物质的P-V图
临界点
PVT0 在 C点
2PV2T0 在 C点
❖超临界流体区 （T>Tc和P>Pc）
过冷液体区
汽液两相平衡区 F=C-P+2=1
❖ 超临界流体（T>Tc和P>Pc）
17
②纯物质的P-T图
临界等容线
液固平衡线
液体区
超临界流体区
（T>Tc和P>Pc）
固体区 汽固平衡线
临界点
汽液平衡线
气体区
三相点F=C-P+2=0
18
水的三相点：0.0098℃
P-T图的特征、相关概念
❖ 单相区 ❖ 两相平衡线（饱和曲线）
汽化曲线、熔化曲线、升华曲线 ❖ 三相点(Tt,Pt)和临界点(Tc,Pc,Vc) ❖ 等容线