1、化工热力学第二章 流体的热力学性质第二章第二章 流体的流体的PVTPVT关系：状态方程式关系：状态方程式流体流体液体液体气体气体蒸汽蒸汽可凝性气体可凝性气体（汽体）（汽体）化工热力学第二章 流体的热力学性质热力学最基本性质有两大类热力学最基本性质有两大类P,V,T,XH,S,U,A,G,Cp易测易测难测难测用用容易容易获得的物性数据获得的物性数据(P,V,T,X)来推算来推算较难获得较难获得的物性数据的物性数据(H,S,U,A,G)但存在问题：但存在问题：(1)有限有限的的P-V-T数据，无法数据，无法全面了解全面了解流体的流体的P-V-T行为；行为；(2)离散离散的的P-V-T数据，不便于求
2、导和积分，数据，不便于求导和积分，无法求得无法求得 H,S,U,A,G等热力学数据。等热力学数据。如何解决？如何解决？化工热力学第二章 流体的热力学性质如何解决？如何解决？只有建立能反映流体只有建立能反映流体P-V-T关系的解析形式才能解决。关系的解析形式才能解决。这就是状态方程这就是状态方程 Equation of State(EOS)的由来。的由来。EOS反映了体系的特征，是推算实验数据之外信息和其反映了体系的特征，是推算实验数据之外信息和其他物性数据不可缺少的模型他物性数据不可缺少的模型。流体流体P-V-T数据数据+状态方程状态方程EOS是计算热力学性质最是计算热力学性质最重要的模型之一
3、。重要的模型之一。EOS+Cpig所有的热力学性质。所有的热力学性质。化工热力学第二章 流体的热力学性质研究流体研究流体 PVT 关系的意义：关系的意义：（1）可以根据压力和温度求得流体的比容和密度；可以根据压力和温度求得流体的比容和密度；对对 i.g.mVmnRT PPMRT（2）可利用可利用 PVT 关系计算不能直接从实验测得的热力关系计算不能直接从实验测得的热力学性质学性质对对 i.g.HpnCT化工热力学第二章 流体的热力学性质 2-1 2-1 纯物质的纯物质的P、V、T行为行为 P、V、T 行为行为 用图表示用图表示 图示法图示法 PT 图图PV 图图 用状态方程表示用状态方程表示0
4、TVPf、化工热力学第二章 流体的热力学性质纯物质的P-V-T相图化工热力学第二章 流体的热力学性质P-V-T相图的投影图化工热力学第二章 流体的热力学性质cP压力压力cT温度温度213C临界点临界点三相点三相点0F 图图 2-1 纯物质的纯物质的P-T图图 (1)1.P-T 图图Gibbs 相律：F=C-P+n纯流体F=3-P化工热力学第二章 流体的热力学性质 三相点是物质自身的特性，不能加以改变，表表1 部分物质三相点的温度和压力部分物质三相点的温度和压力物质物质HeH2O2N2NH3CO2H2OT/K2.1713.8454.3663.18195.4216.55273.16P/KPa5.1
5、7.10.212.66.2516.80.611化工热力学第二章 流体的热力学性质 冰点是在大气压力下,水的气、液、固三相共存NoImage273.15 K冰点温度为大气压力为 时101325 Pa外压增大，水的冰点随之减小H2O的三相点温度为273.16 K，压力为610.62 Pa。化工热力学第二章 流体的热力学性质温度温度蒸发蒸发冷凝冷凝液液汽汽压力压力213C熔融熔融凝固凝固固固液液图图 2-1 纯物质的纯物质的P-T图图 (2)升华升华凝华凝华气气固固两相平衡线上：两相平衡线上：F=1化工热力学第二章 流体的热力学性质cP压力压力cT温度温度213C固相区固相区液相区液相区蒸汽区蒸汽区
6、 压缩流体区压缩流体区 （SCF）BA图图 2-1 纯物质的纯物质的P-T图图 (3)气体区气体区 Super Critical Fluid临界温度下气体液化所需的临界温度下气体液化所需的最小最小压力压力气体液化所允许的气体液化所允许的最高最高温度温度（无论如何加压也不液化）（无论如何加压也不液化）(可通过加压可通过加压或降温液化或降温液化)单相区内：单相区内：F=2化工热力学第二章 流体的热力学性质在临界点之上的物态称为超临界流体超临界流体的性质：超临界流体由于液体与气体分界消失，是提高压力也不液化的非凝聚性气体，兼具液体与气体性质。仍是一种气体，但又不同于一般气体，是一种稠密气态。密度比一
7、般气体要大两个数量级，与液体相近。粘度比液体小，但扩散速度比液体快两个数量级，有较好的流动性和传递性。介电常数大，有利于溶解一些极性高的物质。很强的溶解能力。化工热力学第二章 流体的热力学性质超临界流体应用原理：物质在超临界流体中的溶解度受压力和温度的影响较大。可以利用升温、降压手段（或两者兼用）将超临界流体中所溶解的物质分离析出，达到分离提纯的目的。如：高压条件下，使超临界流体与物料接触，物料中的有效成分溶于超临界流体中（如萃取）；分离后对溶有溶质的超临界流体降压，溶质析出。如果有效成分不止一种，可以采取逐级降压，使多种溶质分步析出。分离过程中没有相变，过程能耗低。化工热力学第二章 流体的热
8、力学性质超临界流体的应用：超临界流体萃取 超临界水氧化技术 超临界流体干燥 超临界流体色谱 超临界流体化学反应常用的物质及临界点：二氧化碳：304.3K 7.39MPa 水：647K 22MPa 甲醇：512K 8.1MPa 乙醇：516K 6.38MPa化工热力学第二章 流体的热力学性质液相固相气相T/Kp/Pa超临界 流体临界点二氧化碳相图示意图COBATc=304.3 KPc=73.9105Pa化工热力学第二章 流体的热力学性质二氧化碳超临界流体的萃取的优点1.流体密度大，溶解能力强2.流体黏度小，扩散快，可进入各种微孔3.毒性低，易分离4.无残留，不改变萃取物的香味和口味5.操作条件温
9、和（约31C,73大气压），萃取剂可重复使用，无三废6.可用于食品、保健品和药品的萃取与提纯化工热力学第二章 流体的热力学性质P-V-T相图的投影图化工热力学第二章 流体的热力学性质cPABC图图 2-2 纯物质的纯物质的PV图（图（1）VcVP饱和液体线饱和液体线饱和蒸汽线饱和蒸汽线三相线三相线固相线固相线液相线液相线cT临界等温线临界等温线0cT TPV220cT TPV2.P-V 图图化工热力学第二章 流体的热力学性质cPABC图图 2-2 纯物质的纯物质的PV图（图（2）VcVPSS/LLV/SV/LV（蒸汽）（蒸汽）G（气体）（气体）SCF一定掌握每条线、每种相态的位置及意义一定掌握
10、每条线、每种相态的位置及意义化工热力学第二章 流体的热力学性质cPAB1T2TCcT3T4TVcVP图图 2-2 纯物质的纯物质的PV图（图（3）临界等温线临界等温线12cTTT43cTTTLVGV化工热力学第二章 流体的热力学性质表表1 各种气体的各种气体的Tc、pc 以及正常沸点以及正常沸点Tb物质物质 Tc,pc,atm Tb,燃烧值燃烧值,kJ/g甲烷甲烷 -82.55 45.36 -161.45 55.6乙烷乙烷 32.18 48.08 -88.65 52.0丙烷丙烷 96.59 41.98 -42.15 50.5正丁烷正丁烷 151.9 37.43 -0.5 49.6正戊烷正戊烷
11、196.46 33.32 36.05 49.1正己烷正己烷 234.4 29.80 68.75 48.4根据以下数据选择合适的液化气成分根据以下数据选择合适的液化气成分化工热力学第二章 流体的热力学性质练习题练习题1.纯物质由蒸汽变成固体，必须经过液相？纯物质由蒸汽变成固体，必须经过液相？2.纯物质由蒸汽变成液体，必须经过冷凝的相变过程？纯物质由蒸汽变成液体，必须经过冷凝的相变过程？3.当压力大于临界压力时，纯物质就以液态存在？当压力大于临界压力时，纯物质就以液态存在？4.指定温度下的纯物质，当压力低于该温度下的饱和蒸指定温度下的纯物质，当压力低于该温度下的饱和蒸汽压时，则气体的状态为（汽压时
12、，则气体的状态为（)A.饱和蒸汽饱和蒸汽 B.超临界流体超临界流体 C.饱和液体饱和液体 D.过热蒸汽过热蒸汽 5.T温度下过冷纯液体的压力温度下过冷纯液体的压力P（)A.Ps(T)B.=Ps(T)C.Ps(T)B.=Ps(T)C.Ps(T)D.不确定不确定化工热力学第二章 流体的热力学性质7.对于纯物质，一定温度下露点压力和泡点压力是对于纯物质，一定温度下露点压力和泡点压力是()A.相同的相同的 B.不相同不相同8.对于纯物质，一定温度下露点和泡点在对于纯物质，一定温度下露点和泡点在P-T图上是图上是()A.相同的相同的 B.不相同不相同9.对于纯物质，一定温度下露点和泡点在对于纯物质，一定温度下露点和泡点在P-V图上是图上是()A.相同的相同的 B.不相同不相同10.泡点温度的轨迹是泡点温度的轨迹是 饱和液相线饱和液相线11.露点温度的轨迹是露点温度的轨迹是 饱和汽相线饱和汽相线
