| 二氧化碳（CO2）相关物理性质 英文名称CARBON DIOXIDE 又名 碳酸气 二氧化碳在常温常压下为无色而略带刺鼻气味和微酸味的气体。 17世纪初，比利时化学家J.B.Van. Helmont(1577～1644)在检测木炭燃烧和发酵过程的副产气时，发现CO2是一种与其他气体不同的气体。1757年，J.Black第一个应用定量的方法研究这种气体，由于它是固定在石灰石中的，所以定名他为“固定空气”。此后，H.Cavendish和J.Priestley分别研究了“固定空气”的性质。1773年，A.L.Lavoisier把碳放在氧气中加热，得到被它称为“碳酸”的CO2气体，测出质量组成为23.5~28.9%,杨71.1~76。5%。1823年，M.Faraday发现。加压可以使CO2气体液化。1835年，M.Thilorier制得固态CO2(干冰)。1884年，在德国建成第一家生产液态CO2的工厂。 在自然界，CO2时最丰富的化学物质之一，为大气的一部分，也包含在某些天然气或油田伴生气中何以碳酸盐形成的矿石中。大气里含CO2位0.03~0.04%（体积），总量约2.75×1012t,主要由含碳物质燃烧和动物的新陈代谢产生。在国民经济各部门，CO2有着十分广泛的用途。工业CO2主要是从合成氨、氢气生产过程中的原料气、发酵气、石灰窑气、酸中和气、乙烯氧化副反应气和烟道气等气体中提取和回收，其纯度不低于99.5%（体积）。 一、分子特性[1-3] 见表1 表1 | 性 质 | 数 值 | 性 质 | 数 值 | | 分子式 结构式 相对分子质量 离解常数 键长，pm 键能，kJ/mol | CO2 O=C=O 44.010 3.5×10-7（18℃） 4.4×10-11（25℃） 116 531.4 | 电离能，kJ/mol 分子直径，nm 摩尔体积（0℃，0.10Mpa）,L 生成自由能，kJ/mol 通用气体常数（R），MPa·m3/(kmol·K) | 1330.5 0.35～0.51 22.26 -394.6 0.008314 |
二、物理性质、热力学性质 (一)特性参数[1-3] 见表2 表2 | 性 质 | 数 值 | 性 质 | 数 值 | | 熔点，℃ 沸点，℃ 相对密度（空气=1） 比容,m3/kg 绝热系数（K） | -56.6（527Kpa） -78.5（升华） 1.524(0℃,1atm) 1.522(21.1℃,1atm) 0.5059(0℃,1atm) 0.5457(21.1℃,1atm) 1.295 | 临界点： 温度，℃ 临界压力，MPa 临界密度,kg/m3 气体密度，kg/m3 1 m3气体生成液体体积，L | 31.06 7.382 467 1.977（0℃,1atm） 1.833(21.1℃,1atm) 1.56（288K, 0.101MPa） |
表3 临界状态及标准状态下的部分参数[7] | 临界状态（31.06℃,7.382Mpa） | 标准状态(0℃,1atm) | | 性 质 | 数 值 | 性 质 | 数 值 | | 压缩系数 偏差系数 偏心因子 流体粘度，mPa·s | 0.315 0.274 0.225 0.0404 | 流体粘度，mPa·s 定压比热，KJ/(Kg·K) 定容比热，KJ/(Kg·K) | 0.0138 0.85 0.661 |
表4 二氧化碳的亨利系数值[7] | 温度，℃ | 数值，10-6mmHg | 温度，℃ | 数值，10-6mmHg | | 40 50 | 1.77 1.95 | 50 60 | 2.15 2.59 | | 注：1mmHg=133.3Pa. |
表5 二氧化碳的压缩系数[4] | 压力 MPa | 温 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 液体二氧化碳密度-温度对照表[1-3] | 温度 ℃ | 密度kg／m3 | 温度 ℃ | 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 固体二氧化碳温度－密度对照表[4] | 温度 ℃ | 密度kg／m3 | 温度 ℃ | 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] | 温度 ℃ | 粘度 Pa·s | 温度 ℃ | 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 液体二氧化碳的粘度（η×106）[4] | 温度 ℃ | 粘度 Pa·s | 温度 ℃ | 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 二氧化碳在不同压力及温度下的粘度 （u×106,u=ut+5.25×10-3ρ1.7,密度≤0.63×103kg/m3） | 压力 MPa | 温 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)相变[1-3] 见表Ⅱ.2.10-9 表11 | 性 质 | 数 值 | 性 质 | 数 值 | | 三相点： 温度，℃ 压力，Mpa 汽化热，kJ/kg 熔化热，kJ/kg | -56.57 0.518 347 195.82 | 升华状态： 温度，℃ 升华热，kJ/Kg 固态密度，kg/m3 气态密度，kg/m3 | 0. 101Mpa -78.5 573.6 1562 2.814 |
表12 二氧化碳在不同温度下的汽化热[4] | 温度 ℃ | 汽化热 kJ/kg | 温度 ℃ | 汽化热 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 液体二氧化碳饱和蒸汽压 | 温度 ℃ | 饱和蒸汽压 KPa | 温度 ℃ | 饱和蒸汽压 KPa | 温度 ℃ | 饱和蒸汽压 KPa | 温度 ℃ | 饱和蒸汽压 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] 见表14 表14 | 性 质 | 数 值 | 性 质 | 数 值 | | 气体粘度，mPa·s 表面张力，mN/m 比热容，kJ/(kg·K) Cp Cv | 0.0138(0℃,0.101MPa) 9.13(-25℃) (0℃,0.101MPa) 0.845 0.651 | 热导率 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下的导热系数 | 温度 ℃ | 导热系数 mW/(m·K) | 温度 ℃ | 导热系数 mW/(m·K) | | -78.5 -50.5 | 10.7 11.8 | 0 | 13.9-14.4 |
表16 二氧化碳在不同温度极压力下的导热系数[mW/(m·K)] | 温度 ℃ | 压 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）热力学参数[1-3] 见表17 表17 | 性 质 | 数 值 | 性 质 | 数 值 | | 气体粘度，mPa·s 表面张力，mN/m 比热容，kJ/(kg·K) Cp Cv | 0.0138(0℃,0.101MPa) 9.13(-25℃) (0℃,0.101MPa) 0.845 0.651 | 热导率 折射率 | 52.75(0℃, 0.101Mpa)/[W/(m·K)] 1.0004506(0℃, 0.101MPa,λ=546.1) |
表18 气体二氧化碳的热容（KJ/Kmol·℃） | 压力 Pa | 温 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在水中的溶解度对照表 | 温度 ℃ | a×102 mL/mL | q×102 g/100g | 温度 ℃ | 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 | | 说明 | a:为实验测量溶解于1mL水中的气体标准状态（0℃，0.101MPa）体积(mL) q:为当气体压强于水蒸气压强之和为0.101MPa时,溶解于100g水中的气体质量（g） |
表20 CO2在某些溶剂中的溶解度，ml/g（STP） | 溶剂 | 温度，℃ | | -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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