1、1水 的 基 本 物 理 化 学 性 质一 . 水 的 物 理 性 质 （ 形 态 、 冰 点 、 沸 点 ） ：常 温 下 （ 0100 ） ， 水 可 以 出 现 固 、 液 、 气 三 相 变 化 ， 利 用 水 的 相 热 转 换 能 量 是 很 方 便 的 。纯 净 的 水 是 无 色 、 无 味 、 无 臭 的 透 明 液 体 。 水 在 1 个 大 气 压 时 （ 105Pa） ， 温 度1) 在 0 以 下 为 固 体 ， 0 为 水 的 冰 点 。2) 从 0 -100 之 间 为 液 体 （ 通 常 情 况 下 水 呈 液 态 ） 。3) 100 以 上 为 气 体 （ 气
2、 态 水 ） ， 100 为 水 的 沸 点 。4) 水 是 无 色 、 无 臭 、 无 味 液 体 ， 在 浅 薄 时 是 清 澈 透 明 ， 深 厚 时 呈 蓝 绿 色 。5) 在 1atm 时 ， 水 的 凝 固 点 (f.p.)为 0 ， 沸 点 (b.p.)为 100 。6) 水 在 0 的 凝 固 热 为 5.99 kJ/mole(或 80 cal/g)。7) 水 在 100 的 汽 化 热 为 40.6 kJ/mole(或 540 cal/g)。8) 由 於 水 分 子 间 具 有 氢 键 ， 故 沸 点 高 、 莫 耳 汽 化 热 大 ， 蒸 气 压 小 。9) 沸 点 ：(1
3、)沸 点 ： 液 体 的 饱 和 蒸 气 压 等 於 液 面 上 大 气 压 之 温 度 ， 此 时 液 体 各 点 均 呈 剧 烈 汽 化现 象 ， 且 液 气 相 可 共 存 若 液 面 上 为 1 atm(76 mmHg)时 ， 则 该 沸 点 称 为 正 常 沸 点 ，水 的 正 常 沸 点 为 100 。(2)若 液 面 的 气 压 加 大 ， 则 液 体 需 更 高 的 蒸 气 压 才 可 沸 腾 ； 而 更 高 的 温 度 使 得 更 高 的蒸 气 压 ， 故 液 体 的 沸 点 会 上 升 。 液 面 上 蒸 气 压 愈 大 ， 液 体 的 沸 点 会 愈 高 。(3)反 之
4、， 若 液 面 上 气 压 变 小 ， 则 液 面 的 沸 点 将 会 下 降 。10) 水 在 4 (精 确 值 为 3.98 )时 的 体 积 最 小 、 密 度 最 大 ， D = 1g/mL。11) 三 相 点 ： 指 在 热 力 学 里 ， 可 使 一 种 物 质 三 相 （ 气 相 ， 液 相 ， 固 相 ） 共 存 的 一 个 温 度和 压 力 的 数 值 。 举 例 来 说 ， 水 的 三 相 点 在 0.01 （ 273.16K） 及 611.73Pa 出 现 。12) 临 界 点 （ critical point） ： 物 理 学 中 因 为 能 量 的 不 同 而 会 有
5、 相 的 改 变 (例 如 ： 冰 水 水 蒸 气 ),相 的 改 变 代 表 界 的 不 同 ,故 当 一 事 物 到 达 相 变 前 一 刻 时 我 们 称 它 临界 了 ,而 临 界 时 的 值 则 称 为 临 界 点 。 之 温 度 为 临 界 温 度 ， 压 力 为 临 界 压 力 。13) 临 界 温 度 ： 加 压 力 使 气 体 液 化 之 最 高 温 度 称 为 临 界 温 度 。 如 水 之 临 界 温 度 为 374 ，若 温 度 高 於 374 ， 则 不 可 能 加 压 使 水 蒸 气 液 化 。14) 临 界 压 力 ： 在 临 界 温 度 时 ， 加 压 力 使
6、气 体 液 化 的 最 小 压 力 称 之 。 临 界 压 力 等 於 该 液体 在 临 界 温 度 之 饱 和 蒸 气 压 。二 . 水 的 比 热 ：把 单 位 质 量 的 水 升 高 1 所 吸 收 的 热 量 ， 叫 做 水 的 比 热 容 ， 简 称 比 热 ， 水 的 比 热 为4.18xKJ/Kg.K。在 所 有 的 液 体 中 ， 水 的 比 热 容 最 大 。 因 此 水 可 作 为 优 质 的 热 交 换 介 质 ， 用 于 冷 却 、 储 热 、 传热 等 方 面 。三 . 水 的 汽 化 热 ：在 一 定 温 度 下 单 位 质 量 的 水 完 全 变 成 同 温 度
7、的 气 态 水 （ 水 蒸 气 ） 所 需 的 热 量 ， 叫 做 水 的 汽 化热 。水 从 液 态 转 变 为 气 态 的 过 程 叫 做 汽 化 ， 水 表 面 的 汽 化 现 象 叫 做 蒸 发 ， 蒸 发 在 任 何 温 度 下 都 能进 行 。水 的 汽 化 热 为 2257KJ/Kg。 一 般 地 ： 使 水 在 其 沸 点 蒸 发 所 需 要 的 热 量 五 倍 于 把 等 量 水 从 1加 热 到 100 所 需 要 的 热 量 。2四 . 冰 （ 固 态 水 ） 的 溶 解 热 ：溶 解 热 指 在 一 定 温 度 及 压 力 下 (通 常 是 温 度 为 298K， 压
8、力 为 100kPa 的 标 准 状 态 )， 单 位 质量 的 冰 在 熔 点 时 （ 0 ） 完 全 溶 解 为 同 温 度 的 水 所 需 的 热 量 ， 叫 做 冰 的 溶 解 热 。在 等 压 状 态 下 ， 溶 解 热 等 同 于 焓 值 的 变 化 ， 因 此 也 被 称 为 溶 解 焓 。冰 的 溶 解 热 是 334KJ/Kg冰 的 比 热 是 2.1x103KJ/Kg.K五 . 水 的 密 度 ：在 一 个 大 气 压 下 （ 0.1MPa） ， 温 度 为 4 时 ， 水 的 密 度 为 最 大 （ 1g/cm3） ， 当 温 度 低 于 或 高于 4 时 ， 其 密 度
9、 均 小 于 1g/cm3。水 在 04 范 围 内 不 是 热 胀 冷 缩 ， 而 是 冷 胀 热 缩 ， 即 温 度 升 高 ， 体 积 缩 小 ， 密 度 增 大 。六 . 水 的 压 强 ：水 对 容 器 底 部 和 侧 壁 都 有 压 强 。 水 内 部 向 各 个 方 向 都 有 压 强 ； 在 同 一 深 度 ， 水 向 各 个 方 向 的压 强 相 等 ； 深 度 增 加 ， 水 压 强 增 大 ； 水 的 密 度 增 大 ， 水 压 强 也 增 大 。七 . 水 的 浮 力 ：水 对 物 体 向 上 和 向 下 的 压 力 差 就 是 水 对 物 体 的 浮 力 。浮 力 总
10、 是 竖 直 向 上 的 。八 . 水 的 硬 度 ：水 的 硬 度 是 指 水 中 含 有 的 钙 、 镁 、 锰 离 子 的 数 量 （ 一 般 以 碳 酸 钙 来 计 算 ） 。硬 度 单 位 ： mg/L（ 毫 克 /升 ） ，mmol/L(毫 克 当 量 /升 )，PPM（ 个 /百 万 ） ，GPG（ 格 令 /加 仑 ） 。九 . pH 值 ：pH 值 是 指 水 的 酸 碱 度 ， 表 示 水 中 H+和 OH-的 含 量 比 例 （ 范 围 为 0-14） 。人 体 对 pH 值 的 反 应 非 常 敏 感 ， 身 体 内 大 部 分 物 质 的 pH 值 为 6.8， 血
11、液 和 细 胞 水 的 pH 值 为7.2-7.3。十 . 固 体 溶 解 物 含 量 （ TDS） ：TDS 是 指 水 中 溶 解 的 所 有 固 体 物 的 含 量 ， 单 位 为 mg/L 或 PPM。 TDS 越 低 ， 表 示 水 越 纯 净 。十 一 . 电 导 率 （ CND） ：水 的 电 导 率 （ CND） 是 指 通 过 水 的 电 流 除 以 水 两 边 的 电 压 差 ， 表 示 水 溶 液 传 导 电 流 的 能 力 ， 其大 小 间 接 反 应 了 水 中 溶 解 性 盐 类 的 总 量 ， 也 反 映 了 水 中 矿 物 质 的 总 量 。十 二 . 范 德
12、华 引 力 ：对 一 个 水 分 子 来 说 ， 它 的 正 电 荷 中 心 偏 在 两 个 氢 原 子 的 一 方 ， 而 负 电 荷 中 心 偏 在 氧 原 子 一 方 ，从 而 构 成 极 性 分 子 。 当 水 分 子 相 互 接 近 时 ， 异 极 间 的 引 力 大 于 距 离 较 远 的 同 极 间 的 斥 力 ， 这 种 分子 间 的 相 互 吸 引 的 静 电 力 称 为 范 德 华 引 力 。十 三 . 水 的 表 面 张 力 ：3水 的 表 面 存 在 着 一 种 力 ， 使 水 的 表 面 有 收 缩 的 趋 势 ， 这 种 水 表 面 的 力 叫 做 表 面 张 力
13、。十 四 . 冷 吨 ：制 冷 学 单 位 ， 冷 吨 又 名 冷 冻 吨 。 冷 冻 吨 是 指 将 一 吨 水 冷 冻 为 冰 所 需 要 的 能 量 。 （ 注 ： 1 冷 吨就 是 使 1 吨 0 的 水 在 24 小 时 内 变 为 0 的 冰 所 需 要 的 制 冷 量 。 ） 1 吨 0 摄 氏 度 的 水 ， 在 24 小时 内 转 换 成 0 摄 氏 度 的 冰 的 能 力 ， 冷 冻 吨 表 示 冷 冻 机 的 制 冷 能 力 。 单 位 换 算1 美 国 冷 吨 =3024 千 卡 /小 时 （ kcal/h） =3.517 千 瓦 （ KW） 1 日 本 冷 吨 =33
14、20 千 卡 /小 时 （ kcal/h） =3.861 千 瓦 （ KW）1 冷 吨 = 1000(kg)*80(k)*4.18(kJ/kg*k) / 24(h)*3600(s/h) =3.87kw1 冷 吨 = 1000kg*334kJ/kg / 24(h)*3600(s/h) =3.87kw1 马 力 （ 或 1 匹 马 功 率 ） =735.5 瓦 （ W） =0.7355 千 瓦 （ KW） 1 千 卡 /小 时 （ kcal/h） =1.163 瓦 （ W） 摄 氏 温 度 =（ 华 氏 F-32） 5/9 1P=2.5KW=735.5W： 注 ： 2.5kw 对 应 的 是 制
15、冷 量 ， 而 735.5w 对 应 的 是 电 功 率 首 先 要 搞 清 楚 热 量 的 单 位 ,热 能 也 是 能 量 的 一 种 ,在 国 际 上 功 和 能 的 单 位 是 焦 耳 ,焦 耳 相 当于 一 牛 顿 的 力 (N),其 作 用 点 在 力 的 方 向 上 移 动 一 米 的 距 离 所 做 的 功 .焦 耳 的 符 号 为 J.我 国 法 定 热量 单 位 为 J. 在 标 准 大 气 压 下 ,将 1g 的 水 加 热 或 冷 却 ,其 温 度 升 高 或 降 低 1 度 时 ,所 加 进 或 放 出 的 热 量 称 为1 卡 ,以 cal 表 示 .工 程 上 常
16、 以 卡 的 1000 倍 来 表 示 热 量 ,称 为 千 卡 或 大 卡 ,以 kcal 表 示 . 在 标 准 大 气 压 下 ,将 11b(磅 )(11b=0.454kg)水 加 热 或 者 冷 却 ,其 温 度 升 高 或 者 降 低 华 氏 温 度 1度 时 ,所 加 进 或 者 除 去 的 热 量 称 为 一 个 英 热 单 位 ,符 号 为 Btu. 常 用 换 算 公 式1kJ(千 焦 耳 )=0.239kcal(千 卡 ) 1kcal(千 卡 )=4.19kJ(千 焦 耳 ) 1kcal=3.969Btu 1Btu=0.252kcal 1kcal=427kg.m 1kw=8
17、60kcal/h 1 美 国 冷 吨 =3024kcal/h=3.51kw 1 日 本 冷 吨 =3320kcal/h=3.86kw 例 如 一 台 40kw 的 空 调 ,其 制 冷 量 为 40*860=3.44 万 大 卡 民 用 空 调 喜 欢 以 P 为 单 位 ， 1P=0.735kw,一 般 能 效 比 为 3.2， 及 制 冷 量 为 2352w， 算 成 大 卡为 2022 大 卡 左 右 。 可 以 说 ,1P 的 空 调 制 冷 量 为 2000 大 卡4水在不同压力下的饱和蒸汽温度压力 温度 压力 温度 压力 温度 压力 温度MPa MPa MPa MPa -0.099
18、 6.5 -0.058 76.0 0.000 99.5 0.175 130.5 -0.098 17.0 -0.056 77.5 0.005 101.0 0.180 131.0 -0.097 23.5 -0.054 78.5 0.010 102.0 0.185 131.5 -0.096 28.5 -0.052 80.0 0.015 103.5 0.190 132.0 -0.095 32.5 -0.050 81.0 0.020 104.5 0.195 132.5 -0.094 35.5 -0.048 82.0 0.025 105.5 0.200 133.5 -0.093 39.0 -0.046 8
19、3.0 0.030 107.0 0.210 134.5 -0.092 41.5 -0.044 84.0 0.035 108.0 0.220 135.5 -0.091 43.5 -0.042 84.5 0.040 109.0 0.230 136.5 -0.090 45.5 -0.040 85.5 0.045 110.0 0.240 137.5 -0.089 47.0 -0.038 87.0 0.050 111.0 0.250 139.0 -0.088 48.5 -0.036 88.0 0.055 112.0 0.260 139.5 -0.087 50.0 -0.034 88.5 0.060 11
20、3.0 0.270 140.5 -0.086 52.0 -0.032 89.0 0.065 114.0 0.280 141.5 -0.085 53.5 -0.030 90.0 0.070 115.0 0.290 142.5 -0.084 55.0 -0.028 90.5 0.075 115.5 0.300 143.5 -0.083 56.0 -0.026 91.0 0.080 116.5 0.310 144.5 -0.082 57.5 -0.024 92.0 0.085 118.0 0.320 145.0 -0.081 59.0 -0.022 92.5 0.090 119.0 0.330 14
21、6.0 -0.080 60.0 -0.020 93.0 0.095 119.5 0.340 147.0 -0.078 62.0 -0.018 94.0 0.100 120.0 0.350 147.5 -0.076 63.0 -0.016 94.5 0.105 121.0 0.360 148.5 -0.074 64.0 -0.014 95.0 0.110 121.5 0.370 149.5 -0.072 65.0 -0.012 96.0 0.115 122.5 0.380 150.0 -0.070 66.5 -0.010 96.5 0.120 123.0 0.390 151.0 -0.068 6
22、8.0 -0.008 97.0 0.125 123.5 0.400 151.5 -0.066 70.0 -0.006 97.5 0.130 124.5 0.420 153.0 -0.064 71.5 -0.004 98.5 0.135 125.0 0.440 154.5 -0.062 73.5 -0.002 99.0 0.140 126.0 0.460 156.0 -0.060 75.0 0.000 99.5 0.145 126.5 0.480 157.5 0.150 127.0 0.500 158.5 0.155 128.0 0.520 160.0 0.160 128.5 0.540 161
23、.0 摘自：化工工艺设计手册下册,1986 年第一版0.165 129.0 0.560 162.5 加热室温度差= 壳层压力(真空度)相应温度- 加热室料液温度0.170 129.5 0.580 163.5 蒸汽过热度=蒸汽温度-饱和蒸汽压力相应温度 0.600 164.5 5水在不同温度下的饱和蒸汽压力温度(绝对) 压力80 0.4679481 0.4872282 0.5071583 0.5277684 0.5490885 0.571186 0.5938687 0.6173888 0.6416789 0.6667590 0.6926491 0.7193792 0.7469593 0.7754
24、94 0.8047595 0.8350296 0.8662397 0.898498 0.9315699 0.96572100 1.0009101 1.0372102 1.0745103 1.1129104 1.1525105 1.1932106 1.2351107 1.2782108 1.3226109 1.3682110 1.415111 1.4632112 1.5128113 1.5637114 1.616115 1.6697116 1.7249117 1.7816118 1.8397119 1.8995120 1.9608水在不同温度下的压力饱和蒸汽压力和汽化热温度(c) 压力 (atm
25、) 汽化热 (kj/kg)100 1.0009 2256.43105 1.1932 2243.13110 1.4150 2229.68115 1.6697 2216.01120 1.9608 2202.09125 2.2920 2188.03130 2.6675 2173.72135 3.0913 2159.16140 3.5681 2144.24145 4.1025 2129.16150 4.6994 2113.72155 5.3639 2098.01160 6.1015 2081.93165 6.9177 2065.56170 7.8183 2048.82175 8.8093 2031.6
26、8180 9.8970 2014.15185 11.088 1996.21190 12.388 1977.87195 13.805 1959.01200 15.346 1939.73压力与沸点的关系，可近似地由下式推导出：logP=A+(B/T)式中 P 为蒸汽压，T 为绝对温度， A、B 为常数。 压力与沸点两者为正比,可用插值换算或画出曲线图进行对应查询。压力(kPa) 沸点(C) 101.419 100 47.412 80 38.592 7531.198 7025.040 6519.944 60 15.7597 5512.3499 509.5932 45 7.3835 405.6278
27、354.2460 303.1692 252.3388 206水 临界温度和临界压力水 的 临 界 温 度 374，临 界 压 力 是 227水 的 临 界 压 力 是 227.98105Pa（ 225 大 气 压 ） ， 该 值 以 上 的 压 力 称 为 超 临 界 压 力 ，172.25105Pa（ 170 210 大 气 压 ） 一 般 称 为 亚 临 界 压 力 。 水 的 压 力 越 高 ， 水 的 沸 点 （ 也 称 饱 和温 度 ） 也 越 高 。 在 临 界 压 力 下 ， 水 加 热 到 沸 点 374（ 称 临 界 温 度 ） 时 ， 一 下 子 全 部 变 成 饱 和 蒸
28、汽 。 此 时 ， 饱 和 蒸 汽 和 饱 和 水 的 比 重 相 同 ， 两 种 状 态 没 有 任 何 区 别 。水 在 加 热 过 程 中 会 汽 化 ， 一 个 饱 和 压 力 下 必 然 对 应 一 个 饱 和 温 度 。在 水 的 定 压 加 热 过 程 中 ， 每 个 压 力 下 ， 水 都 将 经 历 一 个 未 饱 和 水 （ o） 点 ， 饱 和 水 （ a） 点 ，湿 饱 和 蒸 汽 （ x） 点 ， 干 饱 和 蒸 汽 （ b） 点 ， 直 至 过 热 蒸 汽 （ e） 点 。 随 着 压 力 的 增 高 ， a 点 有 向右 移 动 的 趋 势 ， b 点 有 向 左
29、 移 动 的 趋 势 ， 汽 化 阶 段 随 着 压 力 的 增 高 而 逐 渐 缩 短 ， 当 a 点 和 b 点重 合 时 ， 这 点 就 是 水 的 临 界 点 ， 此 时 饱 和 水 和 饱 和 蒸 汽 已 经 没 有 任 何 差 别 。因 此 ， 水 的 临 界 点 P=22.129MPa， T=374.12亚 临 界 火 电 机 组 蒸 汽 参 数 ： P=1619MPa， T= 538/ 538或 T= 540/ 540。当 蒸 汽 参 数 超 过 水 临 界 状 态 点 的 参 数 ， 统 称 为 超 临 界 机 组 ， （ Supercritical） 以 （ SC） 表 示
30、 。 一 般 超 临 界 机 组 的 蒸 汽 压 力 为2426MPa， 其 典 型 参 数 ： P=24.1 MPa、 538/ 538； 我 国 正 在 建 造 的 600MW 超 临 界 机 组 的 参 数 为 ： P=25.4MPa、 538/ 566；或 P=25.4MPa、 566/ 566。超 超 临 界 机 组 实 际 上 是 在 超 临 界 机 组 参 数 的 基 础 上 进 一 步 提 高 蒸 汽 压 力 和 温 度 ， 国 际 上 通 常 把 主 蒸 汽 压 力 在 24.131MPa、 主蒸 汽 /再 热 蒸 汽 温 度 为 580600 / 580 610机 组 定
31、义 为 高 效 超 临 界 机 组 ， 即 通 常 所 说 的 超 超 临 界 （ USC） 机 组 。 国 内 正 在 建设 的 超 超 临 界 机 组 （ USC） 的 主 蒸 汽 P= 2526.5MPa、 T= 600 / 600。超 临 界 是 物 质 的 一 种 特 殊 状 态 ， 当 环 境 温 度 、 压 力 达 到 物 质 的 临 界 点 时 ， 气 液 两 相 的 相 界 面消 失 ， 成 为 均 相 体 系 。 当 温 度 压 力 进 一 步 提 高 ， 即 超 过 临 界 点 时 ， 物 质 就 处 于 超 临 界 状 态 ， 成 为超 临 界 流 体 。 超 临 界
32、水 是 一 种 重 要 超 临 界 流 体 ， 在 超 临 界 状 态 下 ， 水 具 有 类 似 于 气 体 的 良 好 流 动性 ， 又 具 有 远 高 于 气 体 的 密 度 。 超 临 界 水 是 一 种 很 好 的 反 应 介 质 ， 具 有 独 特 的 理 化 性 质 ， 例 如 扩散 系 数 高 、 传 质 速 率 高 、 粘 度 低 、 混 合 性 好 、 介 电 常 数 低 、 与 有 机 物 、 气 体 组 分 完 全 互 溶 ； 对 无机 物 溶 解 度 低 ， 利 于 固 体 分 离 ， 反 应 性 高 、 分 解 力 高 ； 超 临 界 水 本 身 可 参 与 自 由
33、 基 和 离 子 反 应 等等 。亚 临 界 锅 炉 ： 主 蒸 汽 出 口 压 力 15.719.6MPa。超 临 界 锅 炉 ： 主 蒸 汽 出 口 压 力 22MPa。超 超 临 界 锅 炉 ： ： 商 业 性 称 谓 ， 不 具 备 明 确 的 物 理 定 义 ， 仅 表 示 技 术 参 数 或 技 术 发 展 的 一 个 阶 段 ， 表 示 更 高 的 压 力 和 温 度 ， 起 始点 定 义 不 同1. 日 本 ： 大 于 24.2MPa， 或 达 到 5932. 丹 麦 ： 大 于 27.5MPa3. 西 门 子 ： 从 材 料 的 等 级 来 区 分4. 我 国 电 力 百 科 全 书 ： 高 于 27MPa
