|
?
二氧化碳（CO2）相關(guān)物理性質(zhì)
英文名稱CARBON DIOXIDE
又名 碳酸氣
二氧化碳在常溫常壓下為無(wú)色而略帶刺鼻氣味和微酸味的氣體。
17世紀(jì)初，比利時(shí)化學(xué)家J.B.Van. Helmont(1577～1644)在檢測(cè)木炭燃燒和發(fā)酵過(guò)程的副產(chǎn)氣時(shí)，發(fā)現(xiàn)CO2是一種與其他氣體不同的氣體。1757年，J.Black第一個(gè)應(yīng)用定量的方法研究這種氣體，由于它是固定在石灰石中的，所以定名他為“固定空氣”。此后，H.Cavendish和J.Priestley分別研究了“固定空氣”的性質(zhì)。1773年，A.L.Lavoisier把碳放在氧氣中加熱，得到被它稱為“碳酸”的CO2氣體，測(cè)出質(zhì)量組成為23.5~28.9%,楊71.1~76。5%。1823年，M.Faraday發(fā)現(xiàn)。加壓可以使CO2氣體液化。1835年，M.Thilorier制得固態(tài)CO2(干冰)。1884年，在德國(guó)建成第一家生產(chǎn)液態(tài)CO2的工廠。
在自然界，CO2時(shí)最豐富的化學(xué)物質(zhì)之一，為大氣的一部分，也包含在某些天然氣或油田伴生氣中何以碳酸鹽形成的礦石中。大氣里含CO2位0.03~0.04%（體積），總量約2.75×1012t,主要由含碳物質(zhì)燃燒和動(dòng)物的新陳代謝產(chǎn)生。在國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)，CO2有著十分廣泛的用途。工業(yè)CO2主要是從合成氨、氫氣生產(chǎn)過(guò)程中的原料氣、發(fā)酵氣、石灰窯氣、酸中和氣、乙烯氧化副反應(yīng)氣和煙道氣等氣體中提取和回收，其純度不低于99.5%（體積）。
一、分子特性[1-3]? 見(jiàn)表1
表1
|
性? 質(zhì)
|
數(shù)? 值
|
性? 質(zhì)
|
數(shù)? 值
|
|
分子式
結(jié)構(gòu)式
相對(duì)分子質(zhì)量
離解常數(shù)
?
鍵長(zhǎng)，pm
鍵能，kJ/mol
|
CO2
O=C=O
44.010
3.5×10-7（18℃）
4.4×10-11（25℃）
116
531.4
|
電離能，kJ/mol
分子直徑，nm
摩爾體積（0℃，0.10Mpa）,L
生成自由能，kJ/mol
通用氣體常數(shù)（R），MPa·m3/(kmol·K)
|
1330.5
0.35～0.51
22.26
?
-394.6
0.008314
|
?
二、物理性質(zhì)、熱力學(xué)性質(zhì)
?
(一)特性參數(shù)[1-3]? 見(jiàn)表2
表2
|
性? 質(zhì)
|
數(shù)? 值
|
性? 質(zhì)
|
數(shù)? 值
|
|
熔點(diǎn)，℃
沸點(diǎn)，℃
相對(duì)密度（空氣=1）
?
比容,m3/kg
?
絕熱系數(shù)（K）
|
-56.6（527Kpa）
-78.5（升華）
1.524(0℃,1atm)
1.522(21.1℃,1atm)
0.5059(0℃,1atm)
0.5457(21.1℃,1atm)
1.295
|
臨界點(diǎn)：
溫度，℃
臨界壓力，MPa
臨界密度,kg/m3
氣體密度，kg/m3
?
1 m3氣體生成液體體積，L
|
?
31.06
7.382
467
1.977（0℃,1atm）
1.833(21.1℃,1atm)
1.56（288K, 0.101MPa）
|
?
表3? 臨界狀態(tài)及標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的部分參數(shù)[7]
|
臨界狀態(tài)（31.06℃,7.382Mpa）
|
標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(0℃,1atm)
|
|
性? 質(zhì)
|
數(shù)? 值
|
性? 質(zhì)
|
數(shù)? 值
|
|
壓縮系數(shù)
偏差系數(shù)
偏心因子
流體粘度，mPa·s
?
|
0.315
0.274
0.225
0.0404
?
|
流體粘度，mPa·s
定壓比熱，KJ/(Kg·K)
定容比熱，KJ/(Kg·K)
|
0.0138
0.85
0.661
?
|
?
表4? 二氧化碳的亨利系數(shù)值[7]
|
溫度，℃
|
數(shù)值，10-6mmHg
|
溫度，℃
|
數(shù)值，10-6mmHg
|
|
40
50
|
1.77
1.95
|
50
60
|
2.15
2.59
|
|
注：1mmHg=133.3Pa.
|
?
?
表5 ??二氧化碳的壓縮系數(shù)[4]
|
壓力
MPa
|
溫?????????? 度? ℃
|
|
0
|
20
|
40
|
60
|
80
|
100
|
|
0.1013
5.0662
7.5994
10.1325
12.666
15.199
17.7319
20.2650
22.7981
25.3312
27.8644
30.3975
35.4638
40.5300
45.5962
50.6625
|
1.0000
0.1050
0.1530
0.2020
0.2490
0.2950
0.3405
0.3850
0.4305
0.4740
0.5170
0.5595
0.6445
0.7280
0.8090
0.8905
|
-
0.6336
0.1677
0.2130
0.2590
0.3038
0.3471
0.3904
0.4337
0.4752
0.5167
0.5577
0.6383
0.7184
0.7967
0.8740
|
-
0.7414
0.5408
0.2695
0.2922
0.3288
0.3677
0.4078
0.4475
0.4867
0.5268
0.5657
0.6424
0.7179
0.7916
0.8635
|
-
0.8068
0.6895
0.5420
0.4182
0.3976
0.4145
0.4448
0.4776
0.5124
0.5473
0.5821
0.6543
0.7248
0.7945
0.8642
|
-
0.8477
0.7642
0.6749
0.5871
0.5260
0.5039
0.5105
0.5271
0.5519
0.5813
0.6110
0.6749
0.7394
0.8044
0.8694
|
-
0.8832
0.8184
0.7540
0.6932
0.6427
0.6090
0.5962
0.5984
0.6116
0.6295
0.6515
0.7038
0.7602
0.8191
0.8788
|
?
表6? 液體二氧化碳密度-溫度對(duì)照表[1-3]
|
溫度 ℃
|
密度kg／m3
|
溫度 ℃
|
密度kg／m3
|
|
31.0
30.0
27.5
25.0
22.5
20.0
17.5
15.0
12.5
10.0
7.5
5.0
2.5
0.0
-2.5
-5.0
-7.5
-10.0
|
463.9
596.4
661.0
705.8
741.2
770.7
795.5
817.0
838.5
858.0
876.0
893.1
910.0
924.0
940.0
953.0
968.0
980.8
|
-12.5
-15.0
-17.5
-20.0
-22.5
-25.0
-27.5
-30.0
-32.5
-35.0
-37.5
-40.0
-42.5
-45.0
-47.5
-50.0
-55.0
?
|
993.8
1008.1
1018.5
1029.9
1041.7
1052.6
1063.6
1074.2
1084.5
1094.9
1105.0
1115.0
1125.0
1134.5
1144.4
1153.5
1172.1
?
|
?
表7? 固體二氧化碳溫度－密度對(duì)照表[4]
|
溫度 ℃
|
密度kg／m3
|
溫度 ℃
|
密度kg／m3
|
|
-56.6
-60
-65
-70
|
1512
1522
1535
1546
|
-75
-80
-85
-90
|
1557
1566
1575
1782
|
?
表8? 二氧化碳的粘度(0.101325MPa,u×106)?[4]
|
溫度 ℃
|
粘度 Pa·s
|
溫度 ℃
|
粘度 Pa·s
|
|
-100
-75
-50
-25
0
20
25
|
8.86
10.07
11.26
12.47
13.67
14.63
14.86
|
50
75
100
150
200
250
300
|
16.07
17.16
18.27
20.45
22.54
24.56
26.46
|
?
表9? 液體二氧化碳的粘度（η×106）[4]
|
溫度 ℃
|
粘度 Pa·s
|
溫度 ℃
|
粘度 Pa·s
|
|
0
5
10
15
|
99
92.5
85.2
78.4
|
20
25
29
30
|
71.2
62.5
53.9
53.0
|
?
表10? 二氧化碳在不同壓力及溫度下的粘度
（u×106,u=ut+5.25×10-3ρ1.7,密度≤0.63×103kg/m3）
|
壓力
MPa
|
溫?????????? 度? ℃
|
|
0
|
10
|
20
|
30
|
40
|
50
|
60
|
80
|
100
|
125
|
150
|
200
|
|
0.101
2.026
4.053
6.080
8.106
10.132
12.159
14.186
16.212
18.238
20.265
25.331
30.398
|
14.0
14.3
|
14.4
14.7
15.7
|
14.8
15.1
15.9
?
?
|
15.2
15.5
16.2
18.5
?
|
15.7
15.9
16.6
18.3
24.2
45.1
|
16.1
16.3
16.9
18.2
21.2
29.7
42.1
?
|
16.5
16.7
17.3
18.4
20.5
24.5
28.6
36.6
44.4
?
|
17.4
17.6
18.0
18.9
20.3
22.3
24.7
29.9
34.9
38.6
44.0
?
|
18.3
18.5
18.8
19.6
20.6
22.0
24.1
26.8
29.8
33.2
36.8
44.6
52.9
|
19.4
19.2
19.6
20.2
21.0
22.0
23.4
25.0
27.1
29.2
31.8
38.1
43.8
|
20.4
20.0
20.3
20.8
21.5
22.3
23.4
24.6
27.6
27.7
29.5
34.4
39.3
|
22.4
22.5
22.7
23.1
23.6
24.2
24.9
25.7
26.7
27.6
28.8
31.9
35.2
|
?
(二)相變[1-3]? 見(jiàn)表Ⅱ.2.10-9
表11
|
性? 質(zhì)
|
數(shù)? 值
|
性? 質(zhì)
|
數(shù)? 值
|
|
三相點(diǎn)：
溫度，℃
壓力，Mpa
汽化熱，kJ/kg
熔化熱，kJ/kg
?
|
?
-56.57
0.518
347
195.82
?
|
升華狀態(tài)：
溫度，℃
升華熱，kJ/Kg
固態(tài)密度，kg/m3
氣態(tài)密度，kg/m3
|
0.?????? 101Mpa
-78.5
573.6
1562
2.814
|
?
表12? 二氧化碳在不同溫度下的汽化熱[4]
|
溫度 ℃
|
汽化熱 kJ/kg
|
溫度 ℃
|
汽化熱 kJ/kg
|
|
-56.57
-55
-50
-45
-40
-35
-30
-25
-20
-15
|
347.77
345.18
337.06
328.82
320.41
311.75
302.80
293.63
283.63
270.04
|
-10
-5
0
5
10
15
20
25
30
31
|
261.54
248.95
234.85
219.03
201.21
180.20
155.23
119.37
62.97
0.00
|
?
表13? 液體二氧化碳飽和蒸汽壓
|
溫度 ℃
|
飽和蒸汽壓 KPa
|
溫度 ℃
|
飽和蒸汽壓 KPa
|
溫度 ℃
|
飽和蒸汽壓 KPa
|
溫度 ℃
|
飽和蒸汽壓 KPa
|
|
-59
-58
-57
-56
-55
-54
-53
-52
-51
-50
-49
-48
-47
-46
-45
-44
-43
-42
-41
-40
-39
-38
-37
|
465.96
487.15
509.05
531.67
555.05
579.19
604.10
629.80
656.30
695.65
711.8
740.9
770.7
801.5
833.3
865.8
899.4
933.9
969.4
1005.9
1043.4
1081.9
1121.5
|
-36
-35
-34
-33
-32
-31
-30
-29
-28
-27
-26
-25
-24
-23
-22
-21
-20
-19
-18
-17
-16
-15
-14
|
1162.0
1203.8
1246.6
1290.4
1335.5
1381.6
1428.9
1477.5
1527.2
1578.3
1630.4
1683.9
1738.5
1794.6
1852.0
1910.6
1970.6
2032.0
2094.8
2159.0
2224.6
2291.7
2360.2
|
-13
-12
-11
-10
-9
-8
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
|
2430.2
2501.7
2574.7
2649.4
2725.5
2803.2
2882.7
2963.6
3046.3
3130.7
3216.7
3304.5
3394.0
3485.3
3578.4
3673.3
3769.9
3868.6
3969.1
4071.5
4176.0
4282.4
4390.8
|
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
|
4501.4
4613.9
4728.5
4845.3
4964.4
5085.7
5209.3
5335.1
5463.5
5549.2
5727.4
5863.1
6001.4
6142.4
6286.1
6432.8
6582.1
6734.6
6890.1
7048.9
7210.9
7376.3
|
（三）工程量值[1-3]? 見(jiàn)表14
表14
|
性? 質(zhì)
|
數(shù)? 值
|
性? 質(zhì)
|
數(shù)? 值
|
|
氣體粘度，mPa·s
表面張力，mN/m
比熱容，kJ/(kg·K)
Cp
Cv
|
0.0138(0℃,0.101MPa)
9.13(-25℃)
(0℃,0.101MPa)
0.845
0.651
|
熱導(dǎo)率
?
折射率
?
|
52.75(0℃,
0.101Mpa)/[W/(m·K)]
1.0004506(0℃,
0.101MPa,λ=546.1)
|
?
表15? 二氧化碳在0.101325MPa下的導(dǎo)熱系數(shù)
|
溫度 ℃
|
導(dǎo)熱系數(shù) mW/(m·K)
|
溫度 ℃
|
導(dǎo)熱系數(shù) mW/(m·K)
|
|
-78.5
-50.5
|
10.7
11.8
|
0
?
|
13.9-14.4
|
?
表16? 二氧化碳在不同溫度極壓力下的導(dǎo)熱系數(shù)[mW/(m·K)]
|
溫度 ℃
|
壓????? 力 MPa
|
|
0.1013
|
3.040
|
5.066
|
7.093
|
10.132
|
15.199
|
20.265
|
|
-75
-50
0
10
20.
30
40
50
100
150
200
250
300
|
8.7
10.7
14.5
15.4
16.0
16.9
17.7
18.5
22.3
26.3
30.1
34.0
37.9
|
-
-
18.3
18.8
19.3
19.9
20.4
20.9
24.3
27.9
31.5
35.1
39.0
|
-
-
-
-
24.1
24.0
23.8
24.0
26.3
29.4
32.8
36.3
39.8
|
-
-
-
-
-
31.5
30.0
29.0
29.0
31.4
34.4
37.7
40.9
|
-
-
110.1
104.0
97.0
87.0
68.6
44.7
33.8
34.5
36.9
39.5
42.7
|
-
-
112.8
107.7
102.2
95.8
88.5
79.8
45.7
44.0
41.9
43.7
46.3
|
-
-
115.1
110.8
106.4
101.2
95.9
89.9
59.9
49.4
47.3
48.1
49.8
|
?
?
（四）熱力學(xué)參數(shù)[1-3]? 見(jiàn)表17?
表17
|
性? 質(zhì)
|
數(shù)? 值
|
性? 質(zhì)
|
數(shù)? 值
|
|
氣體粘度，mPa·s
表面張力，mN/m
比熱容，kJ/(kg·K)
Cp
Cv
|
0.0138(0℃,0.101MPa)
9.13(-25℃)
(0℃,0.101MPa)
0.845
0.651
|
熱導(dǎo)率
?
折射率
?
|
52.75(0℃,
0.101Mpa)/[W/(m·K)]
1.0004506(0℃,
0.101MPa,λ=546.1)
|
?
表18? 氣體二氧化碳的熱容（KJ/Kmol·℃）
|
壓力
Pa
|
溫??? 度
|
|
0
|
25
|
50
|
100
|
200
|
300
|
|
1.013×105
5.066×105
1.013×106
2.533×106
5.066×106
1.013×107
2.027×107
3.040×107
4.053×107
5.066×107
6.080×107
8.108×107
1.013×108
|
36.781
39.546
43.301
－
103.633
94.248
89.286
84.504
79.902
76.048
74.021
72.184
71.445
|
37.600
39.546
42.122
52.046
－
－
106.039
95.635
90.125
85.892
83.865
81.658
80.731
|
38.628
39.904
41.753
48.182
61.062
－
120.606
99.690
91.223
86.261
83.136
77.981
74.860
|
40.276
41.014
41.992
45.274
51.497
71.545
93.430
84.235
78.533
74.121
70.447
65.295
63.818
|
43.720
44.030
44.389
45.467
47.364
52.026
61.441
67.092
67.841
67.002
66.123
64.956
64,206
|
46.515
46.695
46.904
47.564
48.652
51.118
55.381
58.855
61.441
62.739
63.118
62.892
62.739
|
?
（五）溶解度
表19? CO2在水中的溶解度對(duì)照表
?
|
溫度 ℃
|
a×102
mL/mL
|
q×102
g/100g
|
溫度 ℃
|
a×102
mL/mL
|
q×102
g/100g
|
|
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
|
171.3
164.6
158.4
152.7
147.3
142.4
137.7
133.1
128.2
123.7
119.4
115.4
111.7
108.3
105.0
101.9
98.5
95.6
|
33.46
32.13
30.91
29.78
28.71
27.74
26.81
25.89
24.92
24.03
23.18
22.39
21.65
20.98
20.32
19.70
19.03
18.45
|
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
35
40
45
50
60
|
92.8
90.2
87.8
85.4
82.9
80.4
78.1
75.9
73.8
71.8
69.9
68.2
66.5
59.2
53.0
47.9
43.6
35.9
|
17.89
17.37
16.88
16.40
15.90
15.40
14.93
14.49
14.06
13.66
13.27
12.92
12.57
11.05
9.73
8.60
7.61
5.76
|
|
說(shuō)明
|
a:為實(shí)驗(yàn)測(cè)量溶解于1mL水中的氣體標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（0℃，0.101MPa）體積(mL)
q:為當(dāng)氣體壓強(qiáng)于水蒸氣壓強(qiáng)之和為0.101MPa時(shí),溶解于100g水中的氣體質(zhì)量（g）
|
?
表20? CO2在某些溶劑中的溶解度，ml/g（STP）
|
溶劑
|
溫度，℃
|
|
-80
|
-60
|
-40
|
-20
|
0
|
10
|
20
|
30
|
40
|
|
甲醇
乙醇
苯
甲苯
二甲苯
乙醚
醋酸甲酯
丙酮
|
220
100
?
21
?
300
350
460
|
66
40.4
?
8.7
7.8
90
101
127
|
24.5
28
?
4.4
4.9
36
41
50
|
11.4
?
?
3.0
2.6
17.5
20.5
24
|
6.3
5.3
?
3.5
1.9
9.6
11.5
13
|
5.0
4.3
2.9
3.4
?
7.8
9.2
10.5
|
4.1
3.6
2.71
3.0
2.31
6.3
7.4
8.2
|
3.6
3.2
2.59
2.8
?
?
6.0
6.6
|
3.2
?
?
?
?
?
?
5.4
|
?
|
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