汽液平衡计算(新)

常用气液平衡的计算方法
①液相中各组分的蒸汽压必须等于气相中同组分的分压，否则，各组
分在单位时间内气化的分子数和冷凝的分子数就相等;
②液相的温度必须等于气相的温度，否则，两相间会发生热交换，当
任一相的温度升高或降低时，势必引起各组分量的变化。

这就说明在一定
温度下，气液两相平衡状态时，气液两相中的同一组分的摩尔分数比恒定。

相平衡方程如下式:
yA=kAxA
式中yA——A组分在气象中的摩尔分率;
xA——A组分在液相中的摩尔分率;
kA——A组分的平衡常数。

气液两相平衡时，两相温度相等，此温度对气相来说，代表露点温度;对液相来说，代表泡点温度。

气液平衡是两相传质的极限状态。

气液两相不平衡到平衡的原理，是
汽化和冷凝，吸收和解吸过程的基础。

例如，蒸馏的最基本过程，就是气
液两相充分接触，通过两相组分浓度差和温度差进行传质传热，使系统趋
近于动平衡。

这样，经过塔板多几接触，就能达到混合物组分的最大限度
分离。

气液相平衡常数Ki是指气液两相达到平衡时，在系统的温度、压力条件下，系统中某一组分i在气相中的摩尔分率yi与液相中的摩尔分率xi的比值。

即:
Ki=yi/xi
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相平衡常数是石油蒸馏过程相平衡计算时最重要的参数，对于压力低于0.3Mpa的理想溶液，相平衡常数可以用下式计算:
Ki=Poi/P
式中Poi——i组分在系统温度下的饱和蒸气压，Pa;
P——系统压力，Pa。

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对于石油或石油馏分，可用实沸点蒸馏的方法切割成看成为一各组分——假组分，借助于多元系统气液相平衡计算的方法、进行石油蒸馏过程中的气液相平衡的计算。

实验六双液系的气—液平衡相图一、实验目的1、绘制在标准压力下乙醇-正丙醇体系的沸点组成图;2、熟练掌握测定双组分液体沸点的方法及用折光率确定二组分物系组成的方法;3、掌握超级恒温槽、阿贝折射仪、气压计等仪器的使用方法。

二、实验原理1、相图任意两个在常温时为液态的物质混合起来组成的体系称为双液系。

两种溶液若能按任意比例进行溶解，称为完全互溶双液系，如环已烷-乙醇、正丙醇-乙醇体系都是完全互溶体系。

若只能在一定比例范围内溶解，称为部分互溶双液系，例苯-水体系。

在完全互溶双液系中，有一部分能形成理想液态混合物，如苯-甲苯系统，二者的行为均符合拉乌尔定律，但大部分双液系是非理想液态混合物，其行为与拉乌尔定律有偏差。

液体的沸点是指液体的蒸气压与外界压力相等时的温度。

在一定外压下，纯液体的沸点有其确定值，但双液系的沸点不仅与外压有关，而且还与两种液体的相对含量有关。

双液系两相平衡时的气相组成和液相组成并不相同。

通常用几何作图的方法将双液系的沸点对其气相和液相的组成作图，所得图形叫双液系的沸点T(或t)-组成(x)图，即T（或t）—x图。

它表明了沸点与液相组成和与之平衡的气相组成之间的关系。

在恒定压力下，二组分系统气液达到平衡时，其沸点-组成（t-x）图分三类：(1)混合液的沸点介于A、B二纯组分沸点之间。

这类双液系可用分馏法从溶液中分离出两个纯组分。

如苯-甲苯系统，此时混合物的行为符合拉乌尔定律或对拉乌尔定律的偏差不大。

如图5-1(a)所示。

(2）有最低恒沸点体系，如环已烷-乙醇体系，t—x图上有一个最低点，此点称最低恒沸点，在此点相互平衡的液相和气相具有相同的组成，此时混合物的行为对拉乌尔定律产生最大正偏差，如图5-1(b)所示。

对于这类的双液系，用分馏法不能从溶液中同时分离出两个纯组分。

(3）有最高恒沸点体系，如氯仿-丙酮体系，t—x图上有一个最高点，此点称最高恒沸点，在此点相互平衡的液相和气相具有相同的组成，此时混合物的行为对拉乌尔定律产生最大负偏差，如图5-1(c)所示。

Ki
1 p ri
exp 5.37
1 i
1
1 Tri
Ki
iL iV
yi xi
i第i个组成的偏心因子
Tri T / Tci ,pri p / pci
Antoine equation（饱和蒸汽压方程）
lg ps
A T
B C
L
V
f i f i , i 1,2, ,r
r
yi 1
i 1
以计算泡点温度为例说明：计算可以
S
V
2
0
T S
V
p V
S
p S
2 V
T S
V
p V
S
S T
V
p 2 S V
7
T S
V
p V
S
p T
V
p S
V
Maxwell equation
T S
V
p V
S
p T
V
T V
S
x
z
x
y
x y
y
z
p x ; v ; T y ; s z
for(i 1,i N ,i ) x[i] x[i] / sum iter iter 1 if(iter iterm )goto 5 Fbubble sum 1 write(*,*)'can not convergence '
也可以用于露点压力计算
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5.3.3 闪蒸计算
等温、等焓、等熵、不可逆闪蒸
xi p
iLxi p iV yi p
i
fi xi p
yi
xiiL iV
因为计算气相逸度系数时首先假设了气相组成， 故计算的气相组成不是最后的解，需要迭代。

◆状态方程+活度系数法，EOS+γ法
Pˆ
v i
y
i
f
l i
xi
i
i 1 , 2 N
在处理汽液平衡时，汽相的组分逸度用状态方 程和混合法则计算（这时只要求气体状态方 程），而液相的组分逸度用活度系数计算 。
若需要采用不对称归一化的活度系数
Pˆiv yi
H x * i,solvent i i
fˆiv Pyi 和
fˆil fi xi Pis xi
由式（5-1）得到汽液平衡常数
Ki yi xi Pis P
查附录A-2的Antoine方程常数，并由Antoine方程计算出 各组分在373.15K时的饱和蒸汽压分别是
P1s 0.18005 , P2s 0.07417 , P3s 0.03426
,
p1
P
P2s
例题5- 5 在293.2K和0.1MPa时，CO2（1）在苯（2）中的 溶解度为 x1 0.00095。估计（a）CO2在苯中的Henry常 数；（b）293.2K，0.2MPa时CO2的溶解度。
解：作为估算，在本题的压力条件下，气相近视为理想气
体。查附录A-2并由Antoine方程计算得溶剂的蒸汽压
ˆˆ12vv
y1 y2
ˆ1l x1
ˆ
l 2
x2
y1
y2
1
OR
y1 y2
ˆ1l x1
ˆ
l 2
x2
ˆ1v
ˆ
v 2
y1
y2
1
关于相互作用参数
• 混合法则中的相互作用参数kij一般是从混合物的实验数 据拟合得到(以上框图中的kij是预先给定的)。如已知N 元混合物的NP点汽液平衡数据，通过求下列目标函数 之一的极小值，就能得到kij的值。目标函数是关于相互 作用参数的非线性方程，用数学上的优化法获得其极小 时的相互作用参数值。