化工热力学 西南科技大学网络教育学院.ppt

2 流体的 p-V-T关系 主讲 蒋琪英 E_mail:jiangiqying@ 各章之间的联系 各章之间的联系 2 流体的 p-V-T关系 主要内容 2.1 纯物质的P-V-T关系 2.2 气体的状态方程 2.3 对比态原理及其应用 2.4 真实气体混合物的P-V-T关系 2.5 液体的P-V-T性质 2 流体的 p-V-T关系 本章要点 1.掌握 掌握状态方程的定义、来历、分类及其作用。 掌握对比态原理、偏心因子的定义及其物理意义. 掌握三参数普遍化压缩因子法和普遍化第二Virial系数法及其应用； 掌握真实气体混合物与理想气体形为偏差的主要原因，掌握混合规则的概念，熟悉真实气体p-V-T关系的处理方法； 2.理解 纯流体的p-V图、p-T关系图 气体、液体、流体、临界状态等基本概念；立方型方程的特点；对比态原理的基本概念和简单对比态原理。 2 流体的 p-V-T关系 3.了解 了解液体的p-V-T关系。 2.1 纯物质的p-V-T关系 引言 在化工生产中，经常遇到对气体物料(纯气体或混合气体)的加工处理，如气体的压缩和膨胀、加热和冷却、吸收和分离以及其他各种物理的或化学的过程。 在化工过程的分析、研究与设计中，流体的压力p、体积V 和温度T 是流体最基本的性质之一，并且是可以通过实验直接测量的热力学数据。研究流体的p—V—T关系，不仅可以根据压力和温度求得流体的比容或密度，更重要的是可用于流体热力学性质的计算，如内能、焓、熵等，为化工过程的设计、生产和提高操作效率提供基础数据(如流体的热力学性质、汽液平衡数据、化学反应的平衡组成等)、理论和方法。通过对p-V-T的研究，将不能测定的热力学函数和可测定的热力学函数联系起来。因此，流体的p –V –T 关系的研究是一项重要的基础工作。关键在于：要建立能反映流体p-V-T关系的解析形式。完成对p-V-T行为的描述有两种途径：状态方程和对应态原理。 2.1 纯物质的p-V-T关系 2.1.1 纯物质的p-V-T关系图 1 纯物质的 p-V-T 立体相图、投影图 2.1 纯物质的p-V-T关系 2.纯物质的 p-V-T投影图 1）p-V图 2.1 纯物质的p-V-T关系 2.1 纯物质的p-V-T关系 2） p-T图 2.1 纯物质的p-V-T关系 2.1.2 临界点及超临界流体 1 临界点 1） 定义：气液两相共存的最高温度或最高压力。 2）物性表示意义： 2.1 纯物质的p-V-T关系 2. 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 。 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。 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. 2.1 纯物质的p-V-T关系 应用 超临界流体：CO2、H2O、NH3、甲醇、乙醇、戊烷、乙烷、乙烯等液剂来源、价格、安全性等因素限制。如用超临界戊烷流体从石油中分离重油组分。只有CO2应用最多，如用超临界CO2成功地从咖啡中提取咖啡因. CO2的特性: 临界条件温和Tc=31℃；pc =7.4 MPa。萃取温度低(30℃～50℃)能保留产品的天然有效活性。 溶解能力强；惰性（不污染产品）、价廉易得、选择性良好和产物易从反应混合物中分离出来。 现在用于提取油脂、香精、色素、药物、酶的有效成分，制造出真正的天然“绿色食品”。如 脑白金、鱼油、小麦胚芽油、沙棘油、啤酒花浸膏等天然的医药保健品。 2.1 纯物质的p-V-T关系 2.2 气体的状态方程 2.2.1 状态方程(Equation of State(EOS) 1.定义 描述流体p –V -T 关系的函数式为： f (p,V,T ) = 0 （2－3） 根据相律，纯物质在单相区的自由度 F = C – P + 2 为 2。因此，p，V ，T中任意两个指定后，状态就确定了。也就是存在p = f