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丙酮—水二元系统气液平衡热力学性质及物态方程研究

作　者: 庞智
导　师: 孙宇新
学　校: 南京理工大学
专　业: 工程热物理
关键词: 丙酮-水混合系统气液平衡物态方程混合规则
分类号: TQ021.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要

丙酮是典型低沸点物质,常用作制冷剂和有机溶剂,在化工、军事、科研等众多领域具有广泛应用。然而常见丙酮并不是纯质,多数时候是丙酮溶液,即是丙酮与水组成的混合物。丙酮-水二元系统的气液平衡热力学性质、物态方程在研究气液平衡问题中具有重要意义。故本文研究了丙酮-水二元系统气液平衡的热力学性质及物态方程。本文对适用于混合物的典型物态方程进行了综述,对典型的混合规则进行了总结,对物态方程在计算气液平衡热力学性质时的两种典型应用进行了介绍。设计并搭建了一套用于测量丙酮-水二元系统气液平衡热力学数据,主要是测量温度T和饱和蒸汽压P的实验装置,并对装置中所用的实验器材进行了介绍和计算校正。通过实验,得到了丙酮-水二元系统气液平衡热力学数据。对实验数据进行了绘图分析,通过对比已有的计算饱和蒸汽压的典型物态方程,提出了一个适用于丙酮-水二元系统气液平衡饱和蒸汽压计算的P-T方程P=A+B1T+B2T2,并拟合得出了相应状况下的方程参数。该方程属于经验物态方程,形式简单,便于工程应用。对丙酮-水二元系统气液平衡时候的相图(组分图)进行了计算,分析了相图随温度、初始组分、压力等的变化规律,证明了丙酮-水二元系统为非共沸混合物。以统计物理学为基础,从理论推导物态方程的一般性方法出发,介绍了液体物态方程理论推导的方法;以一种近似方法,计算了丙酮,水的分子配分函数,然后推导了丙酮-水二元系统的气相物态方程；由于对气液共存体系物态方程研究的相关文献非常少,本文提供了一种方法,对气液共存相的物态方程进行理论推导,得出了Ztwo-ph=Zg×Zt这一关系式,即是气液共存相的配分函数为子相配分函数的乘积。并且推导之后得出气液共存系统的压力等于子系统压力,仅为温度的函数,这也证明了上一章由实验所得物态方程的可用性。并具体对vdW流体气液共存系统的物态方程进行了详细推导,并推广到丙酮-水二元系统,则物态方程是温度和组成的函数。以上理论推导物态方程的方法具有普适性,可适用于众多流体的理论推导。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
1 绪论  8-13
  1.1 物体热力学性质  8-9
  1.2 物态方程简介  9-11
    1.2.1 物态方程概念  9
    1.2.2 物态方程发展历史  9
    1.2.3 物态方程研究方法  9-10
    1.2.4 物态方程的分类  10-11
  1.3 丙酮-水二元系统热力学性质及物态方程研究意义  11-12
  1.4 本文研究内容和研究方法  12-13
2 二元平衡系统热力学及物态方程  13-28
  2.1 二元系统气-液相图  13-15
  2.2 混合物物态方程研究现状  15-25
    2.2.1 典型物态方程  15-22
    2.2.2 混合法则  22-25
  2.3 物态方程在计算混合物气液平衡中的应用  25-26
    2.3.1 物态方程+逸度系数(EOS+φ)计算混合物气液平衡  25
    2.3.2 物态方程+活度系数(EOS+γ)计算混合物汽液平衡  25-26
  2.4 小结  26-28
3 实验装置设计  28-38
  3.1 系统PVT性质测定方法  28
  3.2 装置简介  28-29
    3.2.1 设计目的  28-29
    3.2.2 总体设计原则  29
    3.2.3 实验装置基本组成  29
  3.3 釜体结构设计  29-32
    3.3.1 釜体材料选择  29-30
    3.3.2 釜体壁厚设计  30
    3.3.3 釜体强度校核  30-31
    3.3.4 螺纹强度校核  31-32
    3.3.5 釜体设计图  32
  3.4 温度探头选取  32-34
  3.5 加热装置选取  34
  3.6 显示仪的选取  34-35
  3.7 测温系统标定  35-36
    3.7.1 热电阻-测控仪测温系统标定  35-36
    3.7.2 热电偶-测控仪测温系统标定  36
  3.8 小结  36-38
4 实验及数据处理  38-47
  4.1 实验步骤  38-39
  4.2 数据处理  39-40
    4.2.1 误差分析  39
    4.2.2 数据坐标图  39-40
  4.3 饱和蒸汽压物态方程讨论  40-43
  4.4 气液平衡相图  43-46
  4.5 小结  46-47
5 物态方程理论推导  47-62
  5.1 物态方程理论推导一般过程  47-48
  5.2 液体物态方程理论推导  48-52
    5.2.1 液体统计理论方法  49
    5.2.2 两种近似模型推导液体物态方程  49-52
  5.3 理想状态丙酮-水二元混合气相物态方程计算  52-55
    5.3.1 丙酮分子、水分子配分函数的计算  52-54
    5.3.2 理想状态丙酮-水二元系统气相物态方程计算  54-55
  5.4 实际丙酮-水二元系统气体物态方程推导  55-56
  5.5 丙酮-水二元气液共存系统物态方程推导  56-60
    5.5.1 引言  56-57
    5.5.2 理论分析气液共存体系物态方程  57-60
  5.6 小结  60-62
6 总结与展望  62-63
  6.1 总结  62
  6.2 展望  62-63
致谢  63-64
参考文献  64-67

丙酮—水二元系统气液平衡热力学性质及物态方程研究

内容摘要

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