汽車氣液平衡計算方法

『壹』 汽液相平衡是X、Y能用什麼公式算出

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汽液相平衡計算方法可以概括為兩類：單方程法（汽液相逸度均用逸度系數表示）；多方程法（汽相逸度用逸度系數表示而液相逸度用活度系數表示）。

3 單方程法
即狀態方程法：只用一個狀態方程來同時計算汽液兩相的逸度。狀態方程又包括立方型狀態方程和多參數狀態方程。
3.1 立方型狀態方程
立方型狀態方程可以展開成體積（或密度）的三次方。此類方程參數不多，靈活性大，還可進行手算。它們的共同特點是可以將壓力表現為斥力項和引力項兩個部分， Abott將現有立方型狀態方程歸納為普遍化形式：
3.1.1 兩參數狀態方程
早期此類方程有準確度不高但形式簡單的van der Waals方程。立方型狀態方程的現代發展起始於RK方程，它適用於氣相，在計算非極性和弱極性化合物時，准確度比vdW方程有很大提高，但對多數強極性化合物仍有較大偏差。Soave改進RK方程得到的SRK方程適合汽液兩相的計算，特別是用以計算純烴或烴類混合物系統的汽液平衡精度較高，故在工業上獲得了廣泛應用。West和Erbar曾驗算其應用於輕烴體系，並報道該方程用於汽液平衡是相當精確的。與SRK方程一樣，在工程相平衡計算中常用的方程還有PR方程。後者在預測液體摩爾體積時更優越。後來，Stryjek和Vera又對PR方程做了兩次修正，並分別命名為PRSV和PRSV2。它們在計算精度上較原PR方程有所改進。Twu在RK和PR方程上也提出了RK-Twu和PR-Twu方程，在計算蒸氣壓時其精度較PR及PRSV方程有較大改進。
3.1.2 三參數狀態方程
三參數狀態方程有Patel和Teja提出的PT方程，Harmens-Knapp方程，Lee-Erbar-Edmister方程等。其中PT方程計算一些極性和非極性純物質的飽和氣體和液體密度，平均偏差較小，計算輕烴，醇水等體系的汽液平衡效果也較好。三參數方程可以得到與物質有關的臨界壓縮因子，參數多，有利於提高方程的准確度，但也給方程的簡明性和易算性帶來了損失。
近20多年來，對立方型狀態方程的改進更是愈演愈烈，引力項和斥力項兩個方面都有較大進展，但不應該將它們分開對待，郭天民等曾評述「單獨對van der Waals斥力項改進是不夠的，對於引力項也需作相應的改進」。
一般認為，方程參數更多的高次型狀態方程，適用的范圍更大，准確性更高。但計算量和復雜性往往也隨著增大。在電算技術高度發達的今天，多參數方程的實際應用和研究受到重視。
3.2 多參數狀態方程
Virial方程具有堅實的理論基礎。一般用其兩項截斷式，在T<Tc時，p<1.5MPa時用於一般真實氣體p-V-T的計算已足夠准確。當T>Tc時，壓力還可適當提高。BWR方程是第一個能在高密度區表示流體p-V-T性質和計算汽液平衡的多參數方程。烴類計算時，比臨界密度大1.8~2倍的高壓條件下，方程的平均誤差也僅為0.3%左右，但它不能用於含水體系。MH方程數學形式整齊，不僅准確度高，而且適用范圍廣，能用於包括非極性至強極性的化合物 。其改進形式MH-81方程能同時用於汽液兩相，用於計算烴類和非烴類氣體時均令人十分滿意，一般誤差小於1%。對許多極性物質如NH3、H2O在較高p、T下，都可以得到精確的結果，目前它已成功用於合成氨的工藝計算。在BWR方程基礎上提出的BWRS方程[8]，參數增多，應用范圍擴大，對比溫度可以低到Tr=0.3，在比臨界密度高達3倍的條件下也可計算氣體關系。對輕烴氣體、CO2、H2S和N2的計算誤差在0.5%~2.0%之間。BWRS方程不斷改進，現已有12參數型，20參數型和25參數型，由於參數增加，准確性也不斷提高，使用范圍也不斷增大，但方程形式更加復雜。
對於狀態方程，劉家祺曾做了這樣的評述：修正RK方程的SRK和PR方程，形式簡單，計算精度提高；BWRS方程計算復雜，在大多數情況下，K值計算精度與PR和SRK方程相當，特點是適用於含H2和H2S的氣體混合物。汪文川等[15]對PR方程進行改進，修正的方程在對氫烴二元系統的汽液平衡計算時，精度高於Mathias的修正SRK方程和Chao等人的CCOR方程。陳鍾秀等總結：狀態方程可精確地代表相當廣泛范圍內的p-V-T數據，從而大大減少實驗測定的工作量；用狀態方程計算高壓汽液平衡時的簡捷、准確、方便，是其他方法不能與之相比的。

4 多方程法
即活度系數法（或活度系數加逸度系數法）：用前面的狀態方程來計算汽相逸度，而液相逸度用活度系數方程來表示。這就牽涉到活度系數的計算。活度系數的計算大致可分為以下三種類型。
4.1 Wohl型方程
此類方程是在正規溶液的基礎上得出的。由於Margules方程在計算活度系數時對稱性不理想，Redlich和Kister將其作級數展開後，寫出與之等價的Redlich-Kister展開式。一般的汽液平衡數據，僅需要兩個或至多三個參數，高度復雜的醇烴溶液，需要四個參數。需幾個參數才能充分表達一個二元溶液的活度系數可作為溶液復雜性的一個標志。它是目前還在使用的經驗式中的較好者，可以描述理想溶液、正規溶液等不同類型的體系。另外，同樣屬於經驗式的還有van Laar方程，它們比較適用於組元性質相差不太大的體系，至於選用哪個方程更合適，並無明確界定。van Laar方程的推導表明，它們應該適用於比較簡單的液體，特別是非極性液體。
Scatchard-Hildebrand正規溶液方程的優點是僅需純物質的性質即可預測混合物組元的活度系數，而無需進行混合物的汽液平衡測定；缺點是能適用的體系不多。同一時期的還有Scatchard-Harmer方程，它比van Laar方程和Margules方程的假設似乎更合理，但其相對更復雜一些，在汽液平衡計算中很少使用。
Wohl型方程可通過增加項數的方法來提高關聯精度，還能推廣到多元系。它雖不是從嚴格的理論推導得出，但具有很大的靈活性，能將早期提出的一些著名模型如van Laar，Margules，Scatchard-Hamer等統一於一個總的模型之內。
前面幾個方程形式簡單，計算方便。從簡化條件上看，分子體積相差不多時選擇Margules方程，實際它也可應用於其他溶液。各方程的使用也無明確的選用准則，尤其是前兩個方程，即使是非理想性較強的二元混合物，包括部分互溶物系，也經常能得到滿意的結果。但若沒有三元或比較高級的相互作用參數，這些方程不能用於多元物系。此外，對於含有強極性組分、非理想性很高的系統，Wohl型方程往往難以發揮作用。
4.2 局部組成概念模型
這類方程大多以無熱溶液作為基礎。Flory和Huggins在似晶格模型的基礎上，採用統計力學的方法導出無熱溶液模型。無熱溶液其實是不存在的。
Flory-Huggins方程根據嚴格的液體混合物理論導出，方程中的參數具有明確的物理意義，而且利用純物質的物性數據就能夠確定參數的數值，雖然適用范圍並不很廣，但可作為發展其他活度系數方程的基礎。
Wilson方程引入了局部組成的概念，實質上只是Flory-Huggins理論方程的經驗推廣，Wilson參數具有半理論的物理意義，但僅由二組分系統數據即可預測多組分系統的行為。這是Wilson方程優於早期多元活度系數方程的重要體現。由於其不能用於部分互溶體系，後來又出現了許多修改的Wilson方程，如多參數Wilson方程，Tsuboka-Kalayama-Wilson和Enthalpic Wilson等方程。
Renon和Prausnitz將Wilson的局部組成表達式修改成與Guggenheim的似化學理論（quasi-chemical）相符的形式，並在Scott的雙流體理論的基礎上提出了NRTL模型，即非隨機雙液相模型。當引入的非隨機參數分別選取0.2，0.3，0.4或0.47後，NRTL仍可視為與其他方程一樣的兩參數方程。NRTL方程可描述部分互溶體系的液液平衡。
對於中等非理想系統，NRTL方程並不優於較簡單的van Laar方程和三尾標的Margules方程。可是，對於高度非理想混合物特別是部分互溶系統，只要小心回歸數據以求得可調參數，NRTL方程常能提供對實驗數據的很好表達。
UNIQUAC方程把活度系數分為組合及剩餘兩部分，分別反映分子大小和形狀對活度系數的貢獻及分之間交互作用對活度系數的貢獻。此式精度高，通用性好。但其微觀參數對於某些化合物無法提供。
局部組成模型比Wohl型方程有很大改進，能用二元參數直接推算多元汽液平衡，並且後兩個方程還能關聯液液平衡。UNIQUAC方程與前面兩個方程相比，雖要復雜一些，但它有更好的理論基礎，參數隨溫度變化較小，且可以應用於聚合物溶液。1975年後，對UNIQUAC方程又有許多改進，提高了該方程的關聯精度。
由於文獻和手冊中收集的數據有限，而工業上所處理的物系極為廣泛，前面所述兩種模型仍需進行實驗測定。以基團貢獻概念建立的基團貢獻法對減少實驗或不需實驗測定來計算活度系數做出了貢獻。
4.3 基團貢獻概念模型
基團貢獻法是以早期Langmuir獨立作用原理為基礎，將基團作用思想推廣到混合物具有重要的意義，因為化合物的數目雖然非常之大，但在化學工業中遇到的成百上千種多組元液體混合物，其行為可由幾十個基團的性質加以描述。
Derr和Deal提出的ASOG法不僅能推算二元系的汽液平衡，也可推算多元汽液平衡，而且還能用於液液平衡，固液平衡等。值得注意的是，不同作者採用不同的基團劃分方法，得出的是不同基團對的相互作用參數。
ASOG法可以在為數較少的基團配偶參數基礎上計算出眾多體系的汽液平衡數據，這在理論和實踐上都具有很重要的意義。Fredenslund等吸取ASOG模型和UNIQUAC模型各自的優點，並把兩者很好的結合起來，建立了UNIFAC模型。
其組合部分與UNIQUAC基本一致，剩餘部分則與ASOG法相差不多，不過這里符號的含義則是以相應的基團為對象定義的。該方程雖然計算精度不如Wilson方程，但其從基團參數出發來推算混合物性質，具有廣泛性和應用靈活的特點，在缺乏實驗數據時，還可通過含有同種基團的其他系統的實驗數據來預測未知系統的活度系數，使物質物性的預測大為簡化。
4.4 活度系數法小結
DECHEMA資料庫考察了Margules、van Laar、Wilson NRTL和UNIQUAC五種活度系數模型對3563組體系數據的擬合，這是目前對活度系數模型最為全面的考核之一。Wilson方程在其中擬合效果最佳。
下面再對活度系數模型作一個小結：（1）早期的Wohl型方程形式簡單，特別適合定性分析，且能描述二元混合物中的部分互溶體系，但計算多元物系時需要更多參數；（2）Wilson方程也比較簡單，對含極性和非極性組分的計算結果都令人滿意，相互作用參數隨溫度影響小，由二元體系數據即可計算多元汽液平衡。其改進形式還可應用於液液平衡；（3）NRTL方程對二元和多元物系的汽液平衡和液液平衡效果都比較理想，缺點是第三參數還需從化學性質估計；UNIQUAC方程更加復雜，但可應用於分子大小差別較大尤其是目前廣泛研究的聚合物溶液；（4）UNIFAC方程將基團看成是構成分子的獨立功能單元，對基團劃分的隨意性導致應用不便，但在預測缺乏數據的物系時，有時仍然是唯一可行的。它的應用已擴展到聚合物溶液、弱電解質溶液等。從數據關聯、參數選定和整理的工程角度來看，UNIFAC可稱為當前化工研究中最系統最詳細的工作之一。

『貳』 氣液平衡方程是什麼

y＊=ax/［1 （a-1）］

『叄』 計算 氣液平衡 vb

先把計算公式寫下來...

『肆』 多組分氣液平衡的計算問題

汽液相平衡，是指溶液與其上方蒸汽達到平衡時氣液兩相間各組分組成的關系。
理想溶液的汽液相平衡服從拉烏爾(Raoult)定律。
因此對含有A、B組分的理想溶液可以得出：
PA=PAoxA
(6-1a)
PB=PBoxB=
PBo（1-xA）
（6-1b)
式中：
PA,
PB
——溶液上方A和B兩組分的平衡分壓，
Pa；
PAo,PBo——同溫度下，純組分A和B的飽和蒸汽壓，
Pa；
xA,xB——混合液組分A和B的摩爾分率。
理想物系氣相服從道爾頓分壓定律，既總壓等於各組分分壓之和。
對雙組分物系：
P=PA+PB
（6-2）
式中：
P——氣相總壓，Pa；
PA和PB
—A,B組分在氣相的分壓，Pa。
根據拉烏爾定律和道爾頓分壓定律，可得泡點方程：
o
A
oBAPPppx



（6-4）式
（6-4）稱為泡點方程，該方程描述平衡物系的溫度與液相組成的關系。
可得露點方程式：
o
BoAo
B
oAAppppppy



6-5
式（6-5）稱為露點方程式，該方程描述平衡物系的溫度與氣相組成的關系。
在總壓一定的條件下，對於理想溶液，只要溶液的飽和溫度已知，根據A,B組分的蒸氣壓數據，查出飽和蒸汽壓PA0,
PB0,
則可以採用式（6-4）的泡點方程確定液相組成xA，採用式（6-5）的露點方程確定與液相呈平衡的氣相組成yA

『伍』 測定氣液平衡數據的方法有幾種，分別說明它們的實驗原理

氣液平衡 vapour-liquid equilibrium又稱汽液平衡。是由n個組分的混合物構成一個封閉系統，並有氣-液兩相共存，一定的溫度和壓力下，兩相達到平衡時，各組分在汽液兩相中的化學位趨於相等。或運用逸度更為方便：在混合物中i組分在氣相和液相中的逸度相等，稱氣液平衡。

『陸』 氣液平衡的詳細介紹

為組分的逸度；i代表組分；上角標L和V分別為液相和氣相。於是汽液平衡的計算可以歸結為氣相中組分逸度的計算。在解決許多問題時需要氣液平衡的數據。
在不同的溫度、壓力和組成條件下，揮發性的液體混合物（或單組分物質）與它的蒸氣所構成的汽液系統達到極限狀態。此時，各組分在汽、液相間從汽相向液相和從液相向汽相的傳質速度相等，傳質的凈速度為零；表現在宏觀上即為混合物（或單組分物質）在液相或汽相中其各組分的濃度恆定不變，達到汽液平衡。改變系統的溫度、壓力或組成條件，系統就會達到新的汽液平衡。
氣液兩相接觸，氣體溶解在液體中，造成一定的溶解度；溶於液體中的氣體，作為溶質，必然產生一定的分壓。當溶質產生的分壓和氣相中該氣體的分壓相等時，達到氣液平衡。相平衡的建立，標志著傳質達到極限，吸收過程也就停止。它是控制吸收系統操作的一個重要因素。對於大多數氣體的稀溶液，氣液間的平衡關系可用亨利定律表示。

『柒』 請汽液平衡計算的狀態方程法的適用范圍及特點

摘要 范圍：

『捌』 氣液平衡方程式

就是「范德華方程」。

實際氣體的常用狀態方程之一。

1mol實際氣體的該方程式中p、T、Vm、R分別為實際氣體的壓力、熱力學溫度、摩爾體積和摩爾氣體常數；α、b是范德華常數，可由實驗確定其值，對指定種類氣體是常數，對不同種類氣體具有不同值。

其中b稱為排除體積(excluded volume)，是由於實際氣體分子佔有體積而使1mol氣體分子自由活動的空間由理想氣體的值Vm減小到(Vm-b)的修正量。b的值約為1mol氣體分子固有體積的4倍。式中稱為實際氣體的內壓力(internal pressure)，是因氣體分子間具有引力作用而造成的1mol氣體對容器壁所施壓力相對理想氣體之值的減小值。

利用臨界點條件，可由臨界溫度、壓力值算出α和b。

在壓力不是非常大的情況下，該方程能較准確地描寫實際氣體的p、Vm、T間的關系，能指出臨界點的存在，並能與低於臨界溫度時實際氣體可以液化等事實相符合，是理論意義與實際意義兼具的狀態方程。

『玖』 請汽液平衡計算的狀態方程法的適用范圍及特點

咨詢記錄 · 回答於2021-06-27