气液两相非理想性修正方法的异同.docx

高等化工热力学论文评述汽-液两相非理想性修正方法及异同摘要：本文介绍了对于汽液平衡计算，在理论上一些典型的方程计算方法。同时对其适用程度作了简要描述，不同方程做了一些比较。关键词：气液平衡， 计算方法前言现代生活与化学密不可分，人们生活的环境就是一个混合物的世界。日常生活中，都有一相到另一相的转化。这是因为当两相接触时，它们倾向于交换其中的成分直至组成恒定。这时，我们说相处于平衡状态。各种分离过程正是利用这种平衡组成的差别来进行的。在一个典型的大规模的化工厂中，分离操作的投资在50%左右，而且经常是更多。某一特殊的平衡分离过程必然和其相应的相平衡间有着不可分割的联系。相平衡在分离过程中有着特别重要的意义：相平衡数据是分离过程所能达到的极限，它可衡量分离过程进行的程度，开展相平衡理论的研究，可根据少量的实验数据，通过热力学分析，达到全面定量地描述更多的相平衡关系，这对于那些缺乏相平衡数据的组分或混合物尤为重要。化工热力学研究的两相系统的平衡，有气-液平衡、气-固平衡、汽-液平衡、汽-固平衡、液-液平衡、液-固平衡和固-固平衡；相数多于二的系统，有气液固平衡、汽液液平衡等。系统处于相平衡状态时，各相的温度、压力都相同，它们的组成一般不相同。相平衡的研究主要是通过实验测定有关数据，并应用相平衡关联的方法，以探讨平衡时温度T、压力p和各相组成（摩尔分率x、y）之间的关系,借以判断一定条件下相变化过程的方向,并根据偏离相平衡的程度来估计过程推动力的大小。相平衡是传质分离过程和热质传递过程的理论基础之一。例如：蒸馏和吸收利用相平衡时汽液或气液两相组成不同，通过相际物质传递来实现混合物的分离；萃取根据物质在不互溶或部分互溶的液相中溶解度的不同来实现混合物的分离;结晶利用固体在液体中溶解度的限制,从溶液中析出固体。这些过程都涉及物质在相际的传递。研究相平衡可为选择合适的分离方法提供依据。在传质设备的计算中，可用相平衡数据来计算设备的平衡级数或传质单元数。此外，相平衡研究还用于探讨诸如玻璃、陶瓷、耐火材料、合金等材料的形成条件。对于此类实际问题，我们习惯上是找到抽象化，找到一种模型使问题简单化。然后反之根据模型预测，指导解决实际问题。热力学就是一种使相平衡问题得到抽象解答的数学语言。应用热力学解答相平衡问题包括三个步骤：步骤Ⅰ：将实际问题转化为抽象的数学问题；步骤Ⅱ：求解此数学问题；步骤Ⅲ：赋予数学问题物理意义。J.W. Gibbs 创造性地定义化学势这一函数完成了第一步，使得步骤Ⅱ的实现成为可能，他推导了相平衡的Gibbs判据，即在平衡各相中各一组分的化学势必须相同，完成了第二步。现在我们要解决的问题是第三步，及如何将抽象的结果变成有物理意义的答案。步骤Ⅲ的实现不仅需要联系经典热力学，还必须应用统计热力学，分子物理学和物理化学。平衡是多种多样的，最为典型的，也是研究最为透彻的是汽液平衡。汽液相平衡是化工基础的重要组成部分，具有重要的理论和实用价值，对于化工设备的设计是极其重要的，如大多数单元操作的设计、化工工艺的优化、生产装置的评估、汽液理论的研究等都与汽液平衡密切相关，有赖于平衡的测定。物质i在两相中达到平衡的条件是该组分在各相中的化学势相等，即 那么，μ，μ 如何与T、p及x,x, x,x等联系起来呢？为了建立这种关系，习惯上引入某些辅助函数如逸度和活度。对于汽液平衡，得到通过逸度表示的相平衡准则（i=1,2,…,N）式中表示汽相中组分i的逸度；表示液相中组分i的逸度。汽相逸度常表示为： 而液相逸度则可表示为： 从而得到下面更普遍的式子：式中： =汽相中i组分的逸度系数 =液相中i组分的活度系数这样我们所要解决的相平衡问题可归结为和同可实测的物理量（如温度、压力、组成）之间的关系。即：只要找到上述可测物理量与辅助函数间的确定关系，则汽液系统平衡关系可求。目前，汽-液相平衡计算方法可以概括为两类：①汽、液相逸度均用逸度系数表示；②汽相逸度用逸度系数表示而液相逸度用活度系数表示。理想气体状态方程是描述理想气体在处于平衡态时，压强、体积、物质的量、温度间关系的状态方程。它建立在玻意耳-马略特定律、查理定律、盖-吕萨克定律等经验定律上。其方程为pV = nRT。理想气体状态方程是由研究低压下气体的行为导出的。理想气体有两个特征：1.气体分子间无相互作用力;2.气体分子本身体积可以忽略。但对于各种实际气体，理想气体的特征显然是不符合的。一般来说，沸点低的气体在较高的温度和较低的压力时，更接近理想气体，如氧气的沸点为-183℃、氢气沸点为-253℃，它们在常温常压下摩尔体积与理想值仅相差0.1%左右，而二氧化硫的沸点为-10℃，在常温常压下摩尔体积与理