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相平衡:是指混合物或溶液形成若干相,这些相保持着物理平衡而共存的状态。 热力学,是整个物系的自由能处于最小的状态; 动力学,是相间表观传递速率为零的状态。 单级相平衡过程:是指两相经一次紧密接触达到相平衡后随即引离的过程。起到一个平衡级的分离作用。 如果两个组分在两相中的分离因子很大,则单级平衡过程就可以满足预期的分离要求;否则,需要采取多级平衡分离。 一、相平衡条件 TⅠ=TⅡ=TⅢ =… (1) PⅠ=PⅡ=PⅢ =… (2) μiⅠ=μiⅡ=μiⅢ =… (3) 二、相平衡的表示方法(3种方法) 1、相平衡关系式法 液相中组分i的活度系数: 由式(2-5)、(2-6)、(2-7)得: 相平衡常数的定义式: 纯液体中组分i在T、P下的逸度等 于饱和蒸汽压乘以两个校正系数 (2)逸度系数 的计算 计算逸度系数可以通过气体状态方程、PVT实验数据、普 遍化关系式等。较简单的状态方程:维里方程(P34)、PK方 程、范德华方程(P30)等。 (3)液相活度系数 的计算 A、二元溶液的活度系数 a、Van-Laar Equ.和Margules Equ.这两个方程有悠久的历史,仍有实用价值,特别是定性分析方面。 优点:数学表达式简单;容易从活度系数数据估计参数; 非理想性强的二元混合物包括部分互溶物系,也经常 能得到满意的结果。 缺点:不能用二元数据正确推断三元系的活度系数。若无三元或比较高级的相互作用参数不能用于多元系相平衡计算。 b、Wilson Equ. 该方程考虑了T、P的影响,根据局部体积分数的概念建立的方程。汽液平衡计算有较高的精确度,适用范围很广,不能用于液液平衡的计算,不能用于部分互溶系统。 c、NRTL方程和UNIQUAC方程 根据局部摩尔分率的概念建立的。 NRTL方程能进行汽液平衡和液液平衡的计算,特别适合含水物系,但方程中每对二元系多了第三参数α12;UNIQUAC方程有NRTL的优点,但数学表达式最复杂;适用于分子大小相差悬殊的混合物。 d、UNIFAC基团贡献法:以UNIQUAC方程为基础。当汽液平衡数据较少或没有时,常采用此法。 B、三元溶液的活度系数 Margules、Wilson、NRTL、UNIFAC方程 其中:Wilson Equ只需查出有关三个二元溶液的威尔逊参数,计算结果较好。虽然计算较复杂,随着计算机的使用,目前应用较多。 活度系数法适用条件:压力不高,液相非理想性强的系统。 三、相平衡常数的简化计算方法(P-T-K列线图) 相平衡常数是温度、压力和汽液组成的函数,无论用 状态方程还是用活度系数模型,其计算工作量都很大,必 须借助于计算机辅助计算。 烃类物系在石油化工中十分重要,其行为接近理想情 况,可仅考虑P、T对的影响,迪普里斯特(Depriester)以 BWR方程为基础,经广泛的实验和理论推算,作出了轻烃 类的PTK列线图(P38图2-1),这些图虽然没有假设理想 溶液这个条件,但在图上所示的有限的压力范围内,组成 对K值的影响很小,仍然把K看成是T、P的函数,平均误差 为8-15%。PTK图在手工计算烃类混合物汽液平衡时有广泛 应用。 四、状态方程法和活度系数法求平衡常数的比较 汽液平衡系统分类及汽液平衡常数的计算 泡露点的概念 ①泡点温度:一定组成x1,x2,x3……,xc下的液相混合物在一 定的压力P下加热,当开始出现第一个汽泡时的 温度称为泡点温度Tb。 ②泡点压力:一定组成x1,x2,x3……,xc下的液相混合物在一 定的温度T下降压,当开始出现第一个汽泡时的 压力称为泡点压力Pb。 ③露点温度:一定组成y1,y2,y3,……,yc下的汽相混合物在 一定的压力P下冷却,当开始出现第一个液滴 时的温度,称为露点温度Td。 ④露点压力:一定组成y1,y2,y3,……,yc下的汽相混合物在 一定的温度T下加压,当开始出现第一个液滴 时的压力,称为露点压力Pd。 计算依据: ①相平衡关系: ②浓度总和式: ③相平衡常数关联式: 一、泡点温度的计算 1、平衡常数与组成无关的泡点计算 (
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