实验报告
课程名称： 化工专业实验1 指导老师： 李勇 成绩：__________________ 实验名称： CO2临界状态观测及PVT关系测试 实验类型：___________同组学生姓名： 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得
一、实验目的
1．了解CO2临界状态的观测方法，增强对临界状态的感性认识。
2．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。 3．加深对流体的凝结、汽化、饱和状态等热力学基本概念的理解。 4．掌握有关仪器的正确使用方法。
二、实验内容和原理
1. 实验装置由压力台，恒温器和试验本体及其保护罩三大部分组成，试验台本体如下图所示。 2. 对简单可压缩热力系统，当工质处于平衡状态时，其状态参数P、V、T之间有： f（P、V、T）=0
或 T=f（P、V） （1）
本实验就是根据式（1），采用定温方法来测定CO2的P-V关系，从而找出CO2的P-V-T关系。 实验中由压力台送来的压力油进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。CO2被压缩，其压力和容积通过压台上的活塞杆的进、退来调节；温度由供给水夹套里的超级恒温水浴调节控制。
实验工质二氧化碳的压力由装在压力台上的压力表读出（如果提高精度可由加在活塞转盘上的平衡砝码读出，并考虑水银柱高度的修正）。温度由插在恒温水套中的温度计读出，比容首先由承压玻璃管内二氧化碳柱的高度来度量，然后再根据承压玻璃管内径均匀、截面积不变等条件换算得。 3. 抽油、充油操作
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，才能在压力表上显示压力读数。压力台抽油、充油的操作过程非常重要，若操作失误，很容易损坏实验设备，所以务必按下述步骤仔细操作：
（1）关闭压力表及进入本体油路的两个阀门，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两阀门。
（4）摇进活塞螺杆，经本体充油，如此交复，直至压力表上有压力读数为止。 （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，即可进行实验。 （6）实验结束后要将油抽回油杯。注意保持系统略有正压，千万不可不断抽油！
承压玻璃管内CO2的质量面积比常数K值的测量方法
由于充进承压管内的CO2质量不便测量，而玻璃管内径或面积A又不易测准，因而实验中是采用间接办法来确定CO2的比体积，认为CO2比容V与其高度是一种线性关系，具体如下： a）已知CO2溶液在20℃，100atm时的比容
b）实测本实验台CO2在20℃，100atm时的CO2液柱高度Δh*(m)（注意玻璃水套上刻度的标记方法） c）由a)可知， 因为V（20℃，100atm）=Δh*A/m=0.0017m3/kg，所以
mh
==k（kg/m2）
A0.00117
则任意温度、压力下CO2的比容为
v=
式中Δh=h-h0
h—任意温度、压力下水银柱高度 h0—承压玻璃管内径顶端刻度 试验中应注意：
hh
=m3/kg） m/Ak
做各条定温线时，实验压力P≤100atm，否则承压玻璃管有破裂的危险；实验温度td50℃。 三、实验装置
整个实验装置由压力台，恒温器和实验台本体及其防护罩三大部分组成，如图1所示。 实验台本体如图2所示。
四、实验步骤
1．开启超级恒温槽，调节到所需的恒温温度。 2．砝码式压力计抽油，方法见原理部分。
3．测定温度为20℃时的等温线及（20℃，100atm）k值。
（1）压力记录从水夹套上有刻度开始，当玻璃管内水银升起来后，应足够缓慢地摇进（）退 活塞螺杆，以保证定温条件。
（2）仔细观察CO2液化、汽化等现象。
（3）仔细观察、测定、记录CO2最初液化和完全液化时的压力机水银高度。
（4）在测定等温线时，可慢慢地摇进活塞，使压力升至90atm左右，然后缓慢地降低压力。注意观察现象，记录数据。
4．在20℃～tc之间，测定CO2的饱和蒸汽压和温度的对应关系（利用水浴升温过程中测试，并要求测4～5个点）。
5．测定CO2的临界参数；观察临界现象。 a）测定临界等温线 b）临界乳光现象观察 c）整体相变现象
d）气、液两相模糊不清现象 6．测定高于临界温度的等温线。
五、实验数据记录 1. K值的计算
20℃，100atm下，h0=0.0225m，h*=0.054m，Δh*=0.0315m， k=Δh*/0.00117=26.923
2. 四条等温线
3. 实验测得的二氧化碳P-V图
CO2标准等温线为
六、实验数据处理
1. 实测等温线和标准等温线比较
实验得到的CO2的P-V图与标准曲线相比，总体趋势是相近的，但是还是存在一定的偏差，特别是在汽液平衡线上，基本上不水平。而实验过程通过临界现象来寻找临界点，会发现在较大范围内都会出现临界乳光现象，因此临界点的寻找带有很大的偶然性。
在T=31℃下，两个临界点的平均比容VC=0.00384 m3/kg，理论比容为0.00214 m3/kg，实验相对误差为79.4%，误差较大。 实验中主要的误差如下：
1）恒温槽的温度较难控制，造成温度有较小的波动；
2）活塞螺杆摇进和摇退速度过快，使CO2温度发生了变化，但是实验中没有等系统达到稳定就读数，导致所测的数据不是在恒温条件下；
3）实验用CO2由于时间久，纯度不够，使得气液平衡线不是水平而是具有一定的斜度； 4）由于是指针形压力表，灵敏性较差，存在较大的系统误差；
5）实验数据不够多，特别是等温线拐点处数据不够密集，造成所画曲线不精确。 2. 实测蒸气压数据和计算蒸气压数据比较
由于实验只有三个饱和温度下的饱和压力数据，正好可以求解lnps=A-B/(T+C)，但是无法用函数拟合。
计算后发现三个常数均无法取值，因此无法与Antoine方程的常数进行比较。 3. 实验Vc与其他方程理论计算值比较
Tc=304.25K，Pc=7.376MPa，Vc=9.42×10-5m3/mol。由理想气体状态方程pV=nRT，代入Tc、Pc数据，可得V
igC
3.429104m3/mol；由范德华方程p=
VRTa9
2，a=RTCVC，b=c,得VbV83
Vc=
3RTc
=1.286104m3/mol。
8pc
由此可见，理想气体状态方程所得误差很大，因为它忽略了气体分子间的相互作用力，实际气体分子之间具有一定的吸引力，因此实际气体体积更小；范德华方程虽然考虑了分子间的相互作用力，但它的临界压缩因子为0.375，而实际流体的ZC因物质而异，多数流体的ZC在0.23~0.29，因此在一定的pC和TC下，有vdW计算的Vc大于实际流体的Vc，反映了该方程的准确度有限，但是相比以前的方程，vdW能同时表达气、液两相和计算出临界点，有一定的价值。
实验报告
课程名称： 化工专业实验1 指导老师： 李勇 成绩：__________________ 实验名称： CO2临界状态观测及PVT关系测试 实验类型：___________同组学生姓名： 一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填） 三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填） 七、讨论、心得
一、实验目的
1．了解CO2临界状态的观测方法，增强对临界状态的感性认识。
2．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。 3．加深对流体的凝结、汽化、饱和状态等热力学基本概念的理解。 4．掌握有关仪器的正确使用方法。
二、实验内容和原理
1. 实验装置由压力台，恒温器和试验本体及其保护罩三大部分组成，试验台本体如下图所示。 2. 对简单可压缩热力系统，当工质处于平衡状态时，其状态参数P、V、T之间有： f（P、V、T）=0
或 T=f（P、V） （1）
本实验就是根据式（1），采用定温方法来测定CO2的P-V关系，从而找出CO2的P-V-T关系。 实验中由压力台送来的压力油进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。CO2被压缩，其压力和容积通过压台上的活塞杆的进、退来调节；温度由供给水夹套里的超级恒温水浴调节控制。
实验工质二氧化碳的压力由装在压力台上的压力表读出（如果提高精度可由加在活塞转盘上的平衡砝码读出，并考虑水银柱高度的修正）。温度由插在恒温水套中的温度计读出，比容首先由承压玻璃管内二氧化碳柱的高度来度量，然后再根据承压玻璃管内径均匀、截面积不变等条件换算得。 3. 抽油、充油操作
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，才能在压力表上显示压力读数。压力台抽油、充油的操作过程非常重要，若操作失误，很容易损坏实验设备，所以务必按下述步骤仔细操作：
（1）关闭压力表及进入本体油路的两个阀门，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两阀门。
（4）摇进活塞螺杆，经本体充油，如此交复，直至压力表上有压力读数为止。 （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，即可进行实验。 （6）实验结束后要将油抽回油杯。注意保持系统略有正压，千万不可不断抽油！
承压玻璃管内CO2的质量面积比常数K值的测量方法
由于充进承压管内的CO2质量不便测量，而玻璃管内径或面积A又不易测准，因而实验中是采用间接办法来确定CO2的比体积，认为CO2比容V与其高度是一种线性关系，具体如下： a）已知CO2溶液在20℃，100atm时的比容
b）实测本实验台CO2在20℃，100atm时的CO2液柱高度Δh*(m)（注意玻璃水套上刻度的标记方法） c）由a)可知， 因为V（20℃，100atm）=Δh*A/m=0.0017m3/kg，所以
mh
==k（kg/m2）
A0.00117
则任意温度、压力下CO2的比容为
v=
式中Δh=h-h0
h—任意温度、压力下水银柱高度 h0—承压玻璃管内径顶端刻度 试验中应注意：
hh
=m3/kg） m/Ak
做各条定温线时，实验压力P≤100atm，否则承压玻璃管有破裂的危险；实验温度td50℃。 三、实验装置
整个实验装置由压力台，恒温器和实验台本体及其防护罩三大部分组成，如图1所示。 实验台本体如图2所示。
四、实验步骤
1．开启超级恒温槽，调节到所需的恒温温度。 2．砝码式压力计抽油，方法见原理部分。
3．测定温度为20℃时的等温线及（20℃，100atm）k值。
（1）压力记录从水夹套上有刻度开始，当玻璃管内水银升起来后，应足够缓慢地摇进（）退 活塞螺杆，以保证定温条件。
（2）仔细观察CO2液化、汽化等现象。
（3）仔细观察、测定、记录CO2最初液化和完全液化时的压力机水银高度。
（4）在测定等温线时，可慢慢地摇进活塞，使压力升至90atm左右，然后缓慢地降低压力。注意观察现象，记录数据。
4．在20℃～tc之间，测定CO2的饱和蒸汽压和温度的对应关系（利用水浴升温过程中测试，并要求测4～5个点）。
5．测定CO2的临界参数；观察临界现象。 a）测定临界等温线 b）临界乳光现象观察 c）整体相变现象
d）气、液两相模糊不清现象 6．测定高于临界温度的等温线。
五、实验数据记录 1. K值的计算
20℃，100atm下，h0=0.0225m，h*=0.054m，Δh*=0.0315m， k=Δh*/0.00117=26.923
2. 四条等温线
3. 实验测得的二氧化碳P-V图
CO2标准等温线为
六、实验数据处理
1. 实测等温线和标准等温线比较
实验得到的CO2的P-V图与标准曲线相比，总体趋势是相近的，但是还是存在一定的偏差，特别是在汽液平衡线上，基本上不水平。而实验过程通过临界现象来寻找临界点，会发现在较大范围内都会出现临界乳光现象，因此临界点的寻找带有很大的偶然性。
在T=31℃下，两个临界点的平均比容VC=0.00384 m3/kg，理论比容为0.00214 m3/kg，实验相对误差为79.4%，误差较大。 实验中主要的误差如下：
1）恒温槽的温度较难控制，造成温度有较小的波动；
2）活塞螺杆摇进和摇退速度过快，使CO2温度发生了变化，但是实验中没有等系统达到稳定就读数，导致所测的数据不是在恒温条件下；
3）实验用CO2由于时间久，纯度不够，使得气液平衡线不是水平而是具有一定的斜度； 4）由于是指针形压力表，灵敏性较差，存在较大的系统误差；
5）实验数据不够多，特别是等温线拐点处数据不够密集，造成所画曲线不精确。 2. 实测蒸气压数据和计算蒸气压数据比较
由于实验只有三个饱和温度下的饱和压力数据，正好可以求解lnps=A-B/(T+C)，但是无法用函数拟合。
计算后发现三个常数均无法取值，因此无法与Antoine方程的常数进行比较。 3. 实验Vc与其他方程理论计算值比较
Tc=304.25K，Pc=7.376MPa，Vc=9.42×10-5m3/mol。由理想气体状态方程pV=nRT，代入Tc、Pc数据，可得V
igC
3.429104m3/mol；由范德华方程p=
VRTa9
2，a=RTCVC，b=c,得VbV83
Vc=
3RTc
=1.286104m3/mol。
8pc
由此可见，理想气体状态方程所得误差很大，因为它忽略了气体分子间的相互作用力，实际气体分子之间具有一定的吸引力，因此实际气体体积更小；范德华方程虽然考虑了分子间的相互作用力，但它的临界压缩因子为0.375，而实际流体的ZC因物质而异，多数流体的ZC在0.23~0.29，因此在一定的pC和TC下，有vdW计算的Vc大于实际流体的Vc，反映了该方程的准确度有限，但是相比以前的方程，vdW能同时表达气、液两相和计算出临界点，有一定的价值。