Download
slide1 n.
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
第二章 PowerPoint Presentation

第二章

293 Vues Download Presentation
Télécharger la présentation

第二章

- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript

  1. 第二章  流体的P-V-T关系 Volumetric Properties of Pure Fluids

  2. 2 流体的P-V-T关系 流体指除固体以外的流动相(气体、液体)的总称。均匀流体一般分为液体和气体两类。

  3. 2 流体的P-V-T关系 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 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. 2 流体的P-V-T关系 本章要求: 1.了解纯物质的P-T图和P-V图 2.正确、熟练地应用R-K方程、两项维力方程计算单组分气体的P-V-T关系 3.正确、熟练地应用三参数普遍化方法计算单组分气体的P-V-T关系 4.了解计算真实气体混合物P-V-T关系的方法,并会进行计算。

  5. 2 流体的P-V-T关系 2.1 纯物质的P-V-T性质 2.2 气体的状态方程式 2.3 对比态原理及其应用 2.4 真实气体混合物的PVT关系 2.5 液体的PVT关系

  6. 2.1 纯物质的P-V-T性质 流体的PVT数据是化工生产﹑工程设计和科学研究最为基本的数据,它们是化工热力学的基础数据。这些数据是可以直接测量的,但是众多的数据都做测量,那么必然既浪费时间又不经济,是否能够找出物质或者混合物的PVT数据,运用热力学的基础理论将这些数据加以关联,提出日益精确的计算方法?要找到物质PVT之间的计算关系式,首先,我们就要搞清楚纯物质PVT行之间有何种数学关系。 三维立体图2-1是典型的纯物质的PVT关系图。

  7. 2.1 纯物质的P-V-T性质 图2-1 纯物质的PVT图(a)凝固时收缩

  8. 2.1 纯物质的P-V-T性质    经过大量实验数据处理表明,纯物质的P-V-T之间实际上存在有这样的函数关系,即 f(P,V,T)=0

  9. 2.1 纯物质的P-V-T性质 2.1.1 P-T图 2.1.2 P-V图 2.1.3 PVT关系

  10. 2.1 纯物质的P-V-T性质

  11. 2.1 纯物质的P-V-T性质 2.1.1 P-T图 c点:临界点(Critical Point),该点表示纯物质汽-液两相可以共存的最高温度Tc和最高压力Pc。在图中高于Tc和Pc,由虚线隔开的区域成为密流区,密流区的流体称超临界流体或简称流体,在这个区域流体的属性不同与气体也不同于液体,它具有特殊的属性。

  12. 2.1 纯物质的P-V-T性质

  13. 2.1 纯物质的P-V-T性质 2.1.1 P-T图 当P<Pc,T<Tc时,等温加压或等压降温均可液化,属于汽体;  当P<Pc,T>Tc时,等温加压可变为流体,等压降温可液化,属于气体;  当P=Pc,T=Tc时,两相性质相同;  当T>Tc,P>Pc,即处于密流区时,既不符合气体定义,也不符合液体定义,若A点(液相状态)变化到B点(汽相状态),这个过程是一个渐变的过程,没有明显的相变化。

  14. 2.1 纯物质的P-V-T性质

  15. 2.1 纯物质的P-V-T性质   该图分为四相区(固相区、液相区、气相区、超临界区)三线(熔化曲线、升华曲线、汽化曲线), 二点(三相点,临界点)。   根据相律:F=c-P+2 一般区域: F=1-1+2=2  有两变量可变 平衡线上: F=1-2+2=1 只有一个变量可变 三相点:  F=1-3+2=0P、T均为定

  16. 2.1 纯物质的P-V-T性质 2.1.2 P-V图

  17. 2.1 纯物质的P-V-T性质 2.1.2 P-V图   从图中看出纯物质P-V图有三个特点: ⑴体系汽-液两相的比容(体积)差随温度和压力的上升而减少,外延至ΔV=0点,   求得Pc,Tc,Vc。

  18. 2.1 纯物质的P-V-T性质 2.1.2 P-V图 ⑵在单相区,等温线为光滑的曲线或直线,高于临界温度的等温线光滑无转折点;低于临界温度的等温线有转折点,由三部分组成。

  19. 2.1 纯物质的P-V-T性质 2.1.2 P-V图 ⑶等温线在临界点处出现水平拐点,该点的一阶导数和二阶导数皆为零 斜率 曲率

  20. 2.1 纯物质的P-V-T性质 2.1.3 PVT关系    以上我们是将PVT性质两两分开进行讨论的,若将这三个性质合在一起用图表示,那么就需要用三维坐标才能体现出来。

  21. 2.1 纯物质的P-V-T性质 2.1.3 PVT关系

  22. 2.1 纯物质的P-V-T性质 2.1.3 PVT关系 对于纯物质而言,在单相区里,PVT三者之间存在着一定的函数关系,用数学式表示为:(隐函数关系) f(P,V,T)=0

  23. 2 流体的P-V-T关系 2.1 纯物质的P-V-T性质 2.2 气体的状态方程式 2.3 对比态原理及其应用 2.4 真实气体混合物的PVT关系 2.5 液体的PVT关系

  24. 2.2 气体的状态方程式 对于纯物质而言,在单相区里,PVT三者之间存在着一定的函数关系,用数学式表示为:(隐函数关系) 对1摩尔物质 f (P,V, T)=0 对n摩尔物质 f (P, V, T , n )=0 根据相律。纯流体的PVT性质中任意两个确定后,体系的状态就确定了,故f (P,V, T)=0称为状态方程(EOS)。

  25. 2.2 气体的状态方程式 EOS必要条件 1)满足临界条件 2)P→0(V→∞)符合理想气体定律 获得EOS的途径 1)理论推导 2)实验数据归纳 3)半经验半理论

  26. 2.2 气体的状态方程式 EOS的价值 1)精确地代表相当广泛范围内的PVT数据,大大减少实验测定工作量。 2)可直接计算不做实验测定的其它热力学性质 3)进行相平衡的计算   但其通用性差,要在广泛的气体密度范围内即用于极性物质,又用于非极性物质,又要精度,很难做到。

  27. 2.2 气体的状态方程式 2.2.1 理想气体状态方程 2.2.2立方型状态方程 2.2.3 多常数状态方程

  28. 2.2.1 理想气体状态方程 PV=nRT 工 是表达式f (P,V, T)=0最简单的形式。

  29. 2.2.1 理想气体状态方程 (1)理想气体的两个假设 (2)掌握理想气体气体状态方程需明确的三个问题

  30. 2.2.1 理想气体状态方程 ( 1)理想气体的两个假设 A.气体分子间无作用力 B.气体分子本身不占有体积

  31. 2.2.1 理想气体状态方程 (2)掌握理想气体气体状态方程需明确的三个问题: A.理想气体本身是假设的,实际上是不存在的。但它是一切真实气体当P→0时可以接近的极限,因而该方程可以用来判断真实气体状态方程的正确程度,即:真实气体状态方程在P→0时,应变为: PV = nRT

  32. 2.2.1 理想气体状态方程 B.低压下的气体(特别是难液化的N2,H2,CO,CH4,…),在工程设计中,在几十个大气压(几个MPa)下,仍可按理想气体状态方程计算P、V、T:  而对较易液化的气体,如NH3,CO2,C2H4(乙炔)等,在较低压力下,也不能用理想气体状态方程计算。

  33. 2.2.1 理想气体状态方程 C.应用理想气体状态方程时要注意R的单位(第6页,表2-1)    常用的是(SI制) 当T(K),P(Pa),V(m3/mol)时,R=8.314 J/mol K 当T(K),P(Pa),V(m3/kmol)时,R=8.314×103 J/kmol K

  34. 2.2 气体的状态方程式 2.2.1 理想气体状态方程 2.2.2立方型状态方程 2.2.3 多常数状态方程

  35. 2.2.2 立方型状态方程 ( 1) VanDer Waals方程 ( 2) R-K方程Redlich-Kwong ( 3) S-R-K方程 ( 4) Peng-Robinson方程

  36. 2.2.2 立方型状态方程 (1) VanDer Waals方程 第一个有实验意义的状态方程是由VanDer Waals在1873年提出的(原型) a/V2: 压力校正项  b:体积校正项

  37. 2.2.2 立方型状态方程 ( 1) VanDer Waals方程      显压型

  38. 2.2.2 立方型状态方程 ( 1) VanDer Waals方程 常数a , b值的确定:在临界点处,函数的一阶导数和二阶导数都为零, 可得

  39. 2.2.2 立方型状态方程 ( 1) VanDer Waals方程 VDW方程实际上是由分子运动论提出的半理论、半经验的方程式,是立方型方程的基础。VDW尽管对理想气体状态方程式进行了修正,并将修正后的方程用于解决实际气体的PVT性质的计算,但其精确度不是太高,不能满足一些工程需要,只能用于估算

  40. 2.2.2 立方型状态方程 ( 2) R-K方程 Redlich-Kwong 1949年由Redlich和Kwong共同研究提出的 R-K方程的一般形式(显压型) ( 1摩尔)

  41. 2.2.2 立方型状态方程 ( 2) R-K方程 Redlich-Kwong 便于计算机应用的形式 其中:B=b/RT , A/B=a/bRT1.5 即Z=f1(h), h=f2(Z),通过试差即可计算出V

  42. 2.2.2 立方型状态方程 ( 2) R-K方程 Redlich-Kwon R-K方程的解法: ① 已知T,V,求P, 显压型,直接计算,很方便。(P9,例2-1),在计算时,一定要注意单位,1atm=0.101325×106Pa=0.101325MPa ② 已知P,T,求V,用上式试差求解,工程上最常用的情况,P,T易测 ③ 已知P,V,求T,如求操作温度,试差求解

  43. 2.2.2 立方型状态方程 ( 2) R-K方程 Redlich-Kwon R-K方程的应用范围 ⑴适用于气体PVT性质的计算; ⑵非极性、弱极性物质误差在2%左右,对于强极性物质误差在10-20%。

  44. 2.2.2 立方型状态方程 ( 1) VanDer Waals方程 ( 2) R-K方程Redlich-Kwong ( 3) S-R-K方程 ( 4) Peng-Robinson方程

  45. 2.2.2 立方型状态方程 Soave是把R-K方程中的常数看作是温度的函数

  46. 2.2.2 立方型状态方程 ( 1) VanDer Waals方程 ( 2) R-K方程Redlich-Kwong ( 3) S-R-K方程 ( 4) Peng-Robinson方程

  47. 2.2.2 立方型状态方程 (4) Peng-Robinson方程 是对Van der Waals和R-K方程的进一步修正

  48. 2.2.2 立方型状态方程 R-K方程经过修正后,应用范围拓宽,可用于两相PVT性质的计算,对于烃类计算,其精确度很高。

  49. 2.2 气体的状态方程式 2.2.3 多常数状态方程 (1)维里方程 VirialEquation (2)B-W-R方程(8常数) (3)M-H状态方程(9常数)

  50. 2.2.3 多常数状态方程 (1) 维里方程 VirialEquation (2)B-W-R方程(8常数) (3)M-H状态方程(9常数)