第三章　化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)測定實驗

在化工單元或工藝過程的設(shè)計、研究工作中，離開足夠的化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)將寸步難行。迅速而準(zhǔn)確地獲得必要的化工數(shù)據(jù)是化工科技工作者長期以來孜孜不倦追尋的目標(biāo)。

化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是與化工物料的性質(zhì)有關(guān)的數(shù)據(jù)。我們經(jīng)常將工程上常用的化工數(shù)據(jù)大體上歸結(jié)為以下幾類。

（1）分子結(jié)構(gòu)和相對分子質(zhì)量

化工物料性質(zhì)之所以千差萬別，其根本原因在于分子結(jié)構(gòu)的不同。分子結(jié)構(gòu)包括物料分子中原子的種類、數(shù)目和位置，官能團(tuán)的種類、數(shù)目和位置。分子結(jié)構(gòu)是從化學(xué)分析和結(jié)構(gòu)分析得知的，相對分子質(zhì)量可以直接從分子結(jié)構(gòu)計算。在工程上，物料的分子結(jié)構(gòu)和相對分子質(zhì)量是已知項，是確定任何其他種類數(shù)據(jù)的出發(fā)點。一些理論化學(xué)課程對這類問題有較多研究，化學(xué)工程與工藝專業(yè)更多地是直接去應(yīng)用這些結(jié)果，而不是去計算、測量它們。

（2）熱力學(xué)數(shù)據(jù)

熱力學(xué)數(shù)據(jù)又稱平衡性質(zhì)數(shù)據(jù)，包括壓力-體積-溫度（p-V-T）數(shù)據(jù)、熱化學(xué)數(shù)據(jù)、熱力學(xué)函數(shù)、相平衡數(shù)據(jù)等。

壓力-體積-溫度（p-V-T）數(shù)據(jù)是反映物料系統(tǒng)p、V、T三項或其中兩個函數(shù)之間關(guān)系的數(shù)據(jù)。它們之間關(guān)系的推導(dǎo)原則上不依賴經(jīng)典熱力學(xué)的基本定律。在化學(xué)工程與工藝專業(yè)的應(yīng)用中，這類數(shù)據(jù)主要依靠各類狀態(tài)方程去計算。但不同的狀態(tài)方程應(yīng)用范圍和計算精度有明顯的差異，有時候需要通過實驗去驗證。本教材安排了幾個該類數(shù)據(jù)測量的實驗，可將實驗數(shù)據(jù)與計算結(jié)果進(jìn)行比較，加以驗證。

熱化學(xué)數(shù)據(jù)主要是指與物系在一定狀態(tài)下吸、放熱量密切相關(guān)的數(shù)據(jù)，如熱容、相變熱、混合熱、反應(yīng)熱等。它們源于物性，原則上也不能由熱力學(xué)基本定律導(dǎo)出。這類數(shù)據(jù)的測量更多是物理化學(xué)等課程研究的內(nèi)容，化學(xué)工程與工藝專業(yè)在應(yīng)用時，更多地是通過查閱基礎(chǔ)數(shù)據(jù)手冊而獲得。

熱力學(xué)函數(shù)在工程上常指內(nèi)能U、焓H、熵S、自由能A、自由焓G和化學(xué)位μ等幾項。它們依靠熱力學(xué)基本方程和p-V-T數(shù)據(jù)、熱化學(xué)數(shù)據(jù)以及組成n的變化相聯(lián)系。熱力學(xué)函數(shù)通常不能直接測量，并且只能通過它們計算出p-V-T數(shù)據(jù)、過程熱、功以及組成數(shù)據(jù)后，工程上才能直接應(yīng)用。因此，這些熱力學(xué)函數(shù)嚴(yán)格來講并不能算是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。但它們應(yīng)用非常廣泛，還往往按不同的物系制成各種熱力學(xué)圖表，使用起來非常方便。

相平衡數(shù)據(jù)是熱力學(xué)數(shù)據(jù)里非常重要的組成部分，由于它的重要性及數(shù)據(jù)量極大，也通常把它作為一個單獨(dú)的部分處理。相平衡數(shù)據(jù)是精餾、吸收、萃取、結(jié)晶等分離操作重要的計算和設(shè)計依據(jù)，在化工數(shù)據(jù)中占有重要地位。為了準(zhǔn)確地進(jìn)行分離設(shè)備的設(shè)計，也由于相平衡關(guān)系難以估算，很多時候不得不進(jìn)行大量的實驗測定工作。

（3）遷移性質(zhì)數(shù)據(jù)

遷移性質(zhì)數(shù)據(jù)又稱傳遞性質(zhì)數(shù)據(jù)，例如黏滯性數(shù)據(jù)、熱傳導(dǎo)數(shù)據(jù)等。它們是一類非平衡性質(zhì)的數(shù)據(jù)，是在物質(zhì)或能量傳遞的實際過程中表現(xiàn)出來的與阻滯作用有關(guān)的性質(zhì)。每一種傳遞性質(zhì)都有許多測定方法。每種方法的測定原理和設(shè)備也有很大不同，這也是傳遞性質(zhì)數(shù)據(jù)的特點之一。在傳遞性質(zhì)中液體黏度和表面張力的測定技術(shù)比較簡單，其實驗比較常見，在大部分的物理化學(xué)實驗中都有所涉及。其他各種傳遞性質(zhì)的測定技術(shù)相對要復(fù)雜不少，實驗數(shù)據(jù)也比較稀缺。