化工热力学中气液平衡和汽液平衡的应用

相平衡是本科生化工热力学课程教学中的核心内容,气液平衡和汽液平衡是吸收和精馏单元操作的理论基础。以混合物平衡准则^fαi=^fβi为理论基础,介绍了化工热力学课程中气液平衡和汽液平衡不同体系在不同压力下的相平衡简化关系式。气液平衡和汽液平衡计算为研究化工单元与过程的极限操作条件和能量的变化、解决化工热力学分析方法的改进提供理论依据,广泛应用于石油开采、混合物的分离、药物的提纯、食品的保存、环境保护等方面。     

基于“卓越计划”的《化工热力学》课程教学改革

化工热力学的主要研究范畴在于决定设计分离过程、化学反应器所需的相平衡以及化学反应平衡数据、参数和平衡时的状态以及对化工过程进行热力学分析。因而它是化工过程研究、开发与设计的理论基础。要求通过本课程的学习,掌握常用的几种气体状态方程式,能够进行流体热物理性质的计算,了解化工过程的热力学分析方法及其在化工节能领域的应用,掌握常用的几种活度系数方程以及汽液平衡的计算等关键内容。根据"卓越计划"的培养目标及要求,学习化工热力学内容及加强实践能力。     

四氢呋喃-甲苯-氟苯-水体系汽液平衡数据的测定和关联!

采用单级循环汽液平衡釜测定了常压下四氢呋喃-甲苯、四氢呋喃-氟苯、四氢呋喃-水、甲苯-氟苯、四氢呋喃-甲苯-水、四氢呋喃-氟苯-水和四氢呋喃-甲苯-氟苯-水体系的汽液平衡数据,采用Herington方法对二元汽液平衡数据进行热力学一致性校验;分别以NRTL和UNIQUAC方程为相平衡模型,通过化工辅助软件分别对二元、三元体系的汽液平衡数据进行关联,确定模型参数和相平衡模型;采用6对二元模型参数关联出四元体系的汽液平衡数据,并与实验值进行比较。结果表明:实验值与计算值的相对偏差均小于5%,说明实验与计算值一致。研究结果为四氢呋喃、甲苯、氟苯和水混合液的分离提供了一定基础数据。     

甲基肼-水二元体系汽液平衡数据的测定及回归

采用改进的Ellis汽液平衡釜在常压下测定甲基肼(MMH)-水二元体系的汽液平衡数据。用Herington半经验法对其进行了热力学一致性检验。借助化工流程模拟软件Aspen Plus中的物性数据回归(Data Regression)功能,关联得到实验数据的Wilson和NRTL活度系数方程参数。用两种方程计算得到的汽相组成与实验数据进行比较,平均偏差分别为0.0185、0.0252。结果表明两种模型都可用于化工工程设计。     

乙酸异戊酯+异戊醇和乙酸异戊酯+正己醇体系汽液平衡

在50.00和101.33 kPa下,采用改进的Rose汽液平衡釜测量乙酸异戊酯+异戊醇和乙酸异戊酯+正己醇体系的汽液平衡数据。乙酸异戊酯+异戊醇在50.00 kPa下形成最低共沸物。使用Herington法对汽液平衡数据进行热力学一次性检验,结果表明测得的汽液平衡数据符合热力学一致性。对实验数据使用NRTL、Wilson和UNIQUAC活度系数模型进行关联,回归获得相应的二元交互参数,模型计算的温度和组成与实验值相比均方差小于0.20 K和0.0050,表明3种模型的拟合结果与实验数据吻合较好。通过Wilson模型预测乙酸异戊酯+异戊醇体系在98.4 kPa时共沸点消失。为化工数据库增添了内容,为乙酸异戊酯体系的工程设计和进一步深入研究奠定了基础。     

叔丁醇-异丙醇-水汽液平衡数据的测定及关联

采用单级循环汽液平衡釜测定常压下叔丁醇、异丙醇和水体系中的二元和三元的汽液平衡数据,并对其进行微分检验法热力学一致性校验;分别以WILSON,NRTL,UNIQUAC方程为相平衡模型,采用最小方差法对二元体系数据进行关联,确定模型参数;采用3对二元体系模型参数对三元体系的汽液平衡数据进行关联,比较汽液平衡数据的测定值与计算值,确定适宜的相平衡模型。文中为萃取精馏分离叔丁醇、异丙醇和水的混合液提供基础数据。     

乙酸乙酯-碳酸二乙酯二元体系平衡数据的测定及模拟

采用改进型ROSE汽液平衡釜在100.47 kPa下测定乙酸乙酯(EA)-碳酸二乙酯(DEC)二元体系的汽液平衡数据,进一步得到的液相活度系数,经面积积分法检验符合热力学一致性。并借助化工过程模拟软件,同时采用NRTL和Wilson方程对实验数据进行关联得到模型参数,回归出不同模型下汽相组成与实验中的数据进行比较,平均偏差分别为0.007 8和0.006 8,结果表明2种模型都符合需要。研究结果将为有关工程设计提供化工数据。     

Aspen Plus在《化工热力学》二元体系汽液相平衡数据回归分析中的应用

以Aspen Plus软件回归乙醇-甲乙酮二元体系的汽液相平衡数据为例,比较了NRTL、WILSON及UNIQUAC三种热力学方程模型的准确性。相比传统的手动迭代优化计算,可以极大的降低计算量,提高准确度。学生通过软件回归模型参数,可以帮助学生更加深入地掌握常见的这几种化工热力学方程。根据回归的准确程度筛选最佳的物性方法,用于后续的流程模拟计算。将Aspen Plus软件与《化工热力学》课程中"汽液相平衡数据回归分析"的核心知识点相结合的实践设计模式,既能让学生理解计算的基本原理,又能快速、准确的处理数据,是新工科中“理工”结合较好的实例。     

常压下甲醇-聚甲氧基二甲醚二元体系汽液平衡

在101.3 kPa恒定压力下,采用改进的Rose汽液平衡釜测定了甲醇-DMM₃（聚甲氧基二甲醚,聚合度为n,即DMM_n）二元体系汽液平衡数据,并对汽液平衡数据进行热力学一致性检验,结果表明所测定数据符合Gibbs-Duhenm的热力学一致性。用Aspen Plus v7.1计算机软件,分别对Wilson、NRTL、UNIQUAC活度系数模型进行关联,由最大似然法对目标函数进行优化,回归出相应的二元交互作用参数。将关联结果与实验结果相比较,得到关联值与实验值的温度和汽相组成的平均绝对偏差,分别小于0.65 K和0.0065。为化工数据库增添了内容,也为含甲醇、DMM₃体系的工程设计和进一步深入研究奠定了基础。     

乙酸异戊酯+异戊醇和乙酸异戊酯+正己醇体系汽液平衡

在50.00和101.33 k Pa下,采用改进的Rose汽液平衡釜测量乙酸异戊酯+异戊醇和乙酸异戊酯+正己醇体系的汽液平衡数据。乙酸异戊酯+异戊醇在50.00 k Pa下形成最低共沸物。使用Herington法对汽液平衡数据进行热力学一次性检验,结果表明测得的汽液平衡数据符合热力学一致性。对实验数据使用NRTL、Wilson和UNIQUAC活度系数模型进行关联,回归获得相应的二元交互参数,模型计算的温度和组成与实验值相比均方差小于0.20 K和0.0050,表明3种模型的拟合结果与实验数据吻合较好。通过Wilson模型预测乙酸异戊酯+异戊醇体系在98.4 k Pa时共沸点消失。为化工数据库增添了内容,为乙酸异戊酯体系的工程设计和进一步深入研究奠定了基础。     

常压下丁酮-丁酮连氮体系汽液平衡数据的测定与关联

为了解决水合肼生产中中间产物丁酮连氮与丁酮、水合肼等的分离问题,利用双循环汽液平衡釜,在常压(100 kPa)下测定了丁酮-丁酮连氮体系的汽液平衡数据,并用Herrington规则对测量数据进行热力学一致性检验,实验结果符合热力学一致性。利用化工模拟软件应用热力学方程WILSON,NRTL和UNIQUAC方程对实验数据进行关联和预测。得到了相关的模型参数,结果表明UNIQUAC模型对实验数据的吻合性最好,汽相组成的计算值与实验值最大绝对偏差不超过0.03,平均值不超过0.004。为工业分离工艺的设计提供了参考。     

二氯甲烷-甲醇-丙酮-水体系汽液平衡测定和关联

二氯甲烷-甲醇-丙酮-水四元体系常见于化工、医药等行业生产的废液中,该体系分离回收的前提是进行汽液平衡数据的测定。现利用单级循环汽液平衡釜测定了二氯甲烷、甲醇、丙酮、水混合液中的6组二元体系在常压下的汽液平衡数据,同时对其进行了点对点法热力学一致性校验。实验中采用SP-6800型气相色谱仪分析汽液相组成,并运用Matlab中的非线性最小二乘法分别关联6组二元体系的汽液相组成,从而得到6对Wilson模型参数,并计算出相应的汽相组成。此外,还测定了二氯甲烷-甲醇-丙酮-水四元体系在100 kPa下的汽液平衡数据,并用关联出的6对模型参数计算该四元体系的汽液平衡数据。将计算结果与实验结果进行对比,实验值与计算值间的绝对偏差均小于0.05。实验结果表明Wilson模型的拟合精度高,适合于关联二氯甲烷、甲醇、丙酮、水体系。实验和计算结果为萃取精馏分离二氯甲烷、甲醇、丙酮、水混合液提供了一定的基础数据。     

新型“密封套式闸板阀”

经济、方便、高效实用新型“密封套式闸板阀”,广泛用于化肥、石油、化工等行业输送汽、气、液等介质的主要控制阀门之一。与原闸板阀相比,在同等条件下可提高寿命10多倍。需要者,可与本刊联系。     

常压下甲醇-聚甲氧基二甲醚二元体系汽液平衡

在101.3 k Pa恒定压力下,采用改进的Rose汽液平衡釜测定了甲醇-DMM3(聚甲氧基二甲醚,聚合度为n,即DMMn)二元体系汽液平衡数据,并对汽液平衡数据进行热力学一致性检验,结果表明所测定数据符合Gibbs-Duhenm的热力学一致性。用Aspen Plus v7.1计算机软件,分别对Wilson、NRTL、UNIQUAC活度系数模型进行关联,由最大似然法对目标函数进行优化,回归出相应的二元交互作用参数。将关联结果与实验结果相比较,得到关联值与实验值的温度和汽相组成的平均绝对偏差,分别小于0.65 K和0.0065。为化工数据库增添了内容,也为含甲醇、DMM3体系的工程设计和进一步深入研究奠定了基础。     

电解质溶液热力学进展

本文从工程应用的角度出发,综述了近年来电解质溶液热力学的理论、活度系数的半经验模型及各类相平衡计算方法。讨论了化工界较为关心的含盐溶液汽液平衡关联和预测的进展问题。     

Aspen Plus在制药化工原理汽液平衡教学中的应用

介绍了Aspen Plus化工流程模拟软件的一般使用方法,结合本人在山苍子油蒸馏分离模拟计算方面的科研成果,探讨了Aspen Plus软件在《制药化工原理》汽液平衡教学中的应用。实践表明,采用流程模拟软件辅助制药化工原理教学的方法,不仅有助于培养学生的兴趣和拓宽学生的视野,使学生加深了对汽液平衡内容的深刻理解,而且有助于培养学生利用流程模拟技术解决工程实际问题的能力。     

电解质溶液热力学进展

本文从工程应用的角度出发,综述了近年来关于电解质溶液的统计热力学理论、活度系数的半经验模型以及各类相平衡计算方法。讨论了化工界较为关心的含盐溶液汽液平衡关联和预测的进展。     

低压下间苯二甲胺-苯胺体系汽液平衡的测定及关联

采用汽液双循环法测定了间苯二甲胺(MXDA)和苯胺在低压下(30 mm Hg和50 mm Hg)的汽液平衡数据,并校验实验数据的Herington热力学一致性,结果表明实验数据满足热力学一致性要求。对实验数据用Wilson热力学方程进行了关联,得到了模型的二元交互作用参数,汽相组成的模型计算值和回归值的平均相对误差在5%以内。实验结果不仅完善了间苯二甲胺的汽液平衡热力学数据,而且为间苯二甲胺生产的后续分离工艺提供了理论依据。     

乙苯或二甲苯和异丙醇二元体系等压汽液相平衡

用经E llis汽液平衡釜验证的自制汽液平衡釜测定了异丙醇+乙苯及异丙醇+邻二甲苯、间二甲苯、对二甲苯4个二元液系在压力为99.80 kPa时的等压汽液平衡数据,并进行了热力学一致性检验。用UNIQUAC模型处理了实验数据,得出了二元体系的混合自由能。这不仅为二元液系混合体系充实了实验数据,还为二元液系的热力学研究丰富了理论依据。     

碳酸二甲酯-苯甲醇体系汽液平衡的研究

试验测定了碳酸二甲酯-苯甲醇体系在常压下的汽液平衡数据,采用Herrington法对数据进行了热力学一致性检验,结果表明所测数据符合热力学一致性。同时依据测定的汽液平衡数据计算出碳酸二甲酯及苯甲醇的无限稀释活度系数,求出Wilson活度系数模型参数,并计算了该体系于413.15 K的汽液平衡数据。