《物理化学》教学提要 第十讲 多组分系统相平衡公式

在第七讲中介绍了单组分系统两相平衡时,压力与温度之间的函数关系式——克拉佩龙方程。这样的系统在温度和压力两个变量中,只有一个独立变量。 多组分系统相平衡时的变量,除了温度、压力外,还有各个相的组成。但是这些变量并非均是独立的,在选定独立变量之后,其余变量均是这些独立变量的函数。 本讲先介绍相平衡系统的自由度数（即独立变量数）F与组分数C和相数P之间的普遍规律——相津。然后着重介绍二组分系统稀溶液两相平衡时的公式,最后介绍求算两相平衡时两相数量比的公式——杠杆规则。 一 相律     

利用原子系数矩阵法确定复杂反应体系独立反应的方法探讨与改进

为了简化对复杂反应体系的表征,原子系数矩阵法被用于确定化学反应方程式未知的复杂反应体系的独立反应数及独立反应,但由于原有原子系数矩阵法在选择非关键组分原则方面的缺陷,导致其在应用过程中可能出现无解现象。基于对原子系数矩阵的分析,提出对原子系数矩阵进行初等行变换,然后选取变换后原子系数矩阵最大线性无关向量组;当原子系数矩阵的秩为R时,通过对调列向量的方法,将最大线性无关向量组置于原子系数矩阵的前R列,而该最大线性无关向量组对应的组分可被选作该复杂反应体系的非关键组分。对非关键组分选取原则的上述改进,可使利用原子系数矩阵法确定复杂反应体系独立反应的方法更为严谨,避免原有方法在应用过程中出现的无解现象。实例分析结果表明,对利用原子系数矩阵法确定复杂反应体系独立反应的方法改进是行之有效的。     

高速铁路无砟轨道混凝土伸缩缝用聚氨酯嵌缝胶研究

采用混合聚醚多元醇、轻质碳酸钙和助剂等为A组分,MDI预聚体为B组分,制备了双组分聚氨酯密封(嵌缝)胶。考察了预聚体NCO含量、A组分中填料含量及A、B组分质量比对嵌缝胶性能的影响。结果表明,当预聚体NCO质量分数为6%、A组分中填料质量分数30%、A/B两组分质量比为4∶1时,得到的弹性聚氨酯密封胶拉伸强度≥1. 0 MPa,断裂伸长率≥800%,弹性模量≤0. 3 MPa,在-40℃低温下仍具有柔性,满足严寒地区高速铁路客运专线桥面混凝土伸缩缝密封材料要求。     

焦炭气化反应性对抚顺气煤容惰能力的评价

气煤是储量最丰富的炼焦煤,科学地评价其容惰能力对于提高气煤在配煤炼焦中的使用及降低配煤成本具有重要意义。本文将抚顺气煤的镜质组富集纯化后配入惰性组分（标准无烟煤）炼焦,以焦炭的气化反应特性评价抚顺气煤镜质组的容惰能力,并提出综合气化特性指数（G）、气化起始指数（G_s）、气化终止指数（G_d）3个指数考察焦炭的气化反应特性。研究结果表明,G、G_s、G_d随惰性组分的增加呈减小的趋势,且惰性组分质量分数为40%时,G、G_s、G_d出现骤降。运用Ozawa积分法计算气化活化能表明惰性组分配入量在20%~60%时,40%惰性组分的活化能相对较大。XRD和SEM分析也表明,惰性组分质量分数为40%时,所得焦炭基质致密均匀,芳香度大,晶格缺陷少。所以,抚顺气煤镜质组配入惰性组分的极限值是40%。     

等离子体炬辅助煤气化中活性组分的作用

在对等离子体炬辅助煤气化过程中活性物种的特征和反应参数分析的基础上,设计了以证实活性组分的作用实验.通过量子化学计算,发现活性组分单线态氧和O2+等与水分子的氧原子直接作用更显著地改变了水分子结构,更有利于断键形成自由基OH.,OH.可以与煤中的碳发生反应.根据实验工作气体中氧含量对实验主要产物H2,CO和CO2体积分数的回归方程,提出活性组分诱发煤气化反应的可能化学反应通道.     

基于Aspen Plus的三组分混合物精馏节能方案的模拟研究

介绍了直接精馏、间接精馏及完全热耦合精馏3种精馏方案,利用Aspen Plus软件对分离指数为0.69和1.2的三组分混合物,在中间组分摩尔分数为0.2,0.4,0.5,0.6及0.8,进料热状况q值为0,0.2,0.4,0.5,0.6,0.8,1的条件下,进行了直接精馏、间接精馏和完全热耦合精馏的模拟优化。模拟结果表明:对于直接精馏和间接精馏,当进料组成相同时,进料热状况值为1时能耗最低;当进料热状况值一定时,中间组分摩尔分数为0.2时,能耗最低;分离指数为0.69的三组分混合物进行完全热耦合精馏时,进料中间组分摩尔分数与进料热状况值相等时,热负荷最小;对于同一分离体系,3种精馏方案中完全热耦合精馏最为节能。研究结果为减少精馏过程中的能耗提供了理论依据。     

外标均值归一化气相色谱法测定天然气组成

介绍了采用外标均值归一化气相色谱法测定天然气组成的方法,探讨了分析结果不确定度的来源和评定方法,考察了各项因素对不确定度评定结果的影响。结果表明:除甲烷组分原始摩尔分数不确定度受标准物质的影响较小外,其他组分峰面积重复性引入的不确定度与标准物质引入的不确定度对原始摩尔分数不确定度的影响相当;采用外标法测定天然气组成得到原始摩尔分数时,需要同时关注测量重复性和标准物质的扩展不确定度,以降低各组分原始摩尔分数的不确定度;对各组分的原始摩尔分数进行归一化后,甲烷组分摩尔分数的不确定度降低了约70%,其余各组分归一化后摩尔分数的不确定度与归一化前相比基本不变;归一化过程有助于提高天然气组成分析结果的准确度。     

低阶煤煤岩组分性质分析及其制备活性炭的实验研究

低阶煤制取活性炭是低阶煤清洁高效利用的有效途径之一。对陕北某矿低阶煤进行了煤岩显微组分分析，其镜质组质量分数为70.32%，惰质组质量分数为29.18%；通过浮选法探索了矿浆pH值对不同显微组分富集率的影响，结果表明：煤岩组分富集率与矿浆pH值存在非线性关系，当pH=4时，镜质组和惰质组的富集率相对较高，分别约为75%和60%。对镜质组及惰质组进行了X-射线分析及热重分析，发现惰质组的芳构化程度和缩合环数相对镜质组更高，脂肪结构更少；以惰质组为原料、KOH为活化剂，采用化学活化法制备活性炭，分析了惰质组富集率对活性炭吸附性能及微观形貌的影响，结果表明：惰质组含量高时更易生成微孔发达的活性炭。     

MgO含量对高温甲烷化催化剂性能的影响

采用共沉淀法制备以Ni为活性组分的Ni-Mg-Al-O高温甲烷化催化剂,考察MgO质量分数为8%、10%、12%和14%时对催化剂性能的影响,并采用N2低温吸附、XRD、H2-TPR和H2-脉冲化学吸附对样品进行表征。结果表明,MgO质量分数超过10%时,会增加活性组分与载体间的相互作用,提高Ni O的还原温度,降低活性组分的分散度;MgO质量分数为10%时有助于提高催化剂的低温催化活性和高温稳定性。     

复合引发体系合成两性离子聚合物P(AM-DMAPS)

以氧化还原引发剂和偶氮类引发剂组成复合引发体系,引发两性离子单体（DMAPS）与丙烯酰胺（AM）在盐溶液中进行自由基共聚合反应,获得了甜菜碱型两性离子共聚物P(AM-DMAPS),采用红外光谱对共聚物进行表征。考察了总单体的质量分数、引发剂用量、引发剂各组分物质的量之比、反应温度等因素对聚合物特性黏数的影响;获得最适宜反应条件：总单体的质量分数30%,引发剂用量0.025%,反应温度20 ℃,氧化还原引发剂组分与偶氮引发剂组分的物质的量之比1∶3。在该反应条件下,可获得特性黏数高达20.2 mL/g的目标产物。     

网络丝的网络数与网络牢度关系的研究

利用丝道直径不同的网络器,在各种工艺条件下,对长丝进行网络加工,分析了加工参数(空气压力、超喂率、加工速度)对网络数和网络牢度的影响。利用最小二乘法求得网络数与网络牢度的回归方程,并阐明了网络数与网络牢度之间的关系随丝道直径和加工参数变化的规律。证明了固定的网络器,在一定的工艺条件下,可以通过网络数来估算网络牢度。     

Effect of viscosity variation with temperature on the compounding behavior of immiscible blends

Morphology development in the compounding of immiscible blends depends on a number of material properties and process conditions. In this work, different model blend systems are considered to outline the effects of the relative transition temperatures and viscosities of the blend components. We focus on the evolution of blend morphology, specifically phase continuity. A framework based on these factors is presented for analyzing the compounding behavior of immiscible blend systems. With the minor component at 10 wt%, it was found that phase inversion during compounding occurred in blends with a viscosity ratio of less than 0.2, independent of the relative transition temperatures. It was shown that in these constant mixer temperature runs, the torque trace was not a completely reliable indicator of phase inversion. When a temperature ramping program was used, the lower melting point component formed the continuous phase initially, independent of the viscosity ratio. Quantitative measures of the amount of minor component which was continuous at different mixing times were made using selective extraction in a Soxhlet apparatus. Results from compounding runs of polycarbonate/ polyethylene, an amorphous copolyester/polyethylene and polybutylene/polycaprolactone blends are presented.     

丙烷硝化液相产物分离工艺初探

本文简要介绍了硝基烷烃的性质及用途,采用萃取方法对丙烷硝化液相产物中水相产物进行精制,利用精馏技术对油相产物进行组分分离操作,考察了切割温度、回流比、塔板数对各组分含量及馏出率的影响。实验结果表明,不同的切割温度对各组分的有效含量影响较大,随着回流比和塔板数的增大,各组分的含量明显提高,馏出率提高,但相应的能耗增加明显,通过精馏分离,硝基烷烃各组分都能达到使用要求。     

Enhanced high-order information extraction for multiphase batch process fault monitoring

Conventional independent component analysis (ICA) monitoring methods extract the feature information of process data by selecting more important independent components (ICs), which discard a small part of ICs that may contain useful information for faults, leading to unsatisfactory monitoring results. However, when the number of sampling points is greater than that of process variables, the ICA monitoring model does not work well. To address the aforementioned problems, a novel monitoring method, multiphase enhanced high-order information extraction (MEHOIE), is proposed in this paper. The entire production process was first divided into several steady phases and transition phases by the affinity propagation (AP) phase partitioning method. The enhanced high-order information extraction (EHOIE) model was then built in each phase for fault monitoring. Finally, the algorithm was applied in the penicillin simulation platform and industrial microbial pharmaceutical process. The flexibility and superiority of this algorithm were verified by comparing it with other conventional methods.     

催化柴油加氢改质生产高辛烷值汽油催化剂的开发

以改性USY为催化剂主要载体组分,以Mo-Ni为加氢成分,进行加氢改质催化剂的开发。200 mL一段串联加氢装置评价结果表明,该催化剂具有良好的加氢改质选择性,可满足市场优化柴汽比的需求。在优化工艺条件下,汽油馏分收率达42.3%,研究法辛烷值89.0。当调整切割点时,汽油馏分辛烷值可进一步提高到91.4,是优质的高辛烷值调和组分。柴油馏分的十六烷值提高十个单位以上,硫含量小于10 μg·g^-1,是优质的国Ⅴ低硫柴油调和组分。     

湿天然气在上倾管道的气液两相流动特性研究

利用VOF (Volume of Fluid)模型模拟了湿天然气在上倾管道的气液两相流动特性。讨论了管道内气体入口流速对气液两相流动特性的影响。结果表明,当管道内气体入口流速较低时,由于气液界面的切应力小于液相在上倾段的重力分力,因此气体无法将液体携带至管道上倾段。随着气速的增加,气液界面的切应力逐渐增大,气液界面开始出现波纹,气体逐渐将液体携带并完全平铺于管道上倾段。     

计算机辅助汽油调合设计

引言 汽油调合是炼油生产的重要环节,由于汽油是炼油厂的主要产品,调合结果对炼油厂的经济效益影响甚大,因此,炼油企业均希望通过对调合汽油的生产优化获取更多的利润.     

THE EFFECT OF RADIAL DISTRIBUTION OF VOIDAGE ON THE BURNING RATE OF A CARBON SPHERE IN A FLUIDIZED BED

The local void around a sphere in a packed bed or in the emulsion phase of a fluidized bed has been calculated theoretically; and measured as a function of the radial distance from the centre of the sphere. Effects of this distribution on the burning rate and Sherwood number have been investigated for two types of bed e.g. where inerts are of the same size as the carbon particle and where the inerts are smaller than the carbon particle. Even though the present analysis studies the effect on the diffusive component of the mass transfer alone, the results suggest that the distribution of voidage will yield Sherwood numbers higher than that calculated from the constant voidage assumption. The voidage distribution explains the increase in burning rate of carbon with increasing size of the inerts.     

Number of Trays in Gas–Liquid Columns in Case of Intensive Entrainment: Broadening of the Kremser Equation

The paper deals with the tray efficiency estimation in the presence of entrainment, using one-parametric diffusion model for the column as a whole. The case of mass transfer in the trayed column accompanied by intensive entrainment of liquid is analysed, when both equilibrium and ‘dry working regime’ operating lines are straight. Using proposed algorithm it is possible to determine the number of actual trays in the column based on the inlet and outlet concentrations in one phase, inlet concentration in the other phase and the characteristics of mass transfer at trays. The obtained equations present the broadening of well-known Kremser equations.     

三角槽道低Reynolds数脉动流的流动特性分析

以水为工质对三角槽道低Reynolds数脉动流的流动特性进行了实验研究与理论分析。通过流动实验,分析了Reynolds数（Re）、Womersley数（W）、脉动振幅（A）等参数对流动阻力的影响。同时,建立了脉动流压降的数学模型,从理论层面解析了各脉动参数对流动阻力产生影响的作用机理,揭示了瞬时流速曲线与瞬时压降曲线之间相位差产生的原因。研究发现,相较于稳态流,脉动流会增加流动阻力,这是因为脉动流压降方程中存在三角函数项Δp_r,其周期平均值P始终大于0;就脉动参数而言,W对总压降的形阻压降部分影响较为显著,而A与总压降呈正相关;相位差的产生是由于总压降方程中存在加速度压降,而相位差的大小取决于沿程阻力、形阻压降、加速度压降三者对总压降波动的影响程度。