二组分体系气液平衡相图实验的再讨论与改进

在传统二组分体系气液相平衡相图实验中使用的沸点测定仪虽盛行多年,却暗藏一个未被关注而影响深刻的理论性设计缺陷,系统内由于气相冷凝液的产生使相数增加而违背了相律,冷凝水的温度对气相冷凝液的组成有明显影响。该文在理论和应用层面分析和探讨了原有装置存在的主要问题,重新设计了二组分体系气液平衡相图原位测试装置。该装置可实现对气相物质的原位监测而不需要产生气相冷凝液,能够消除传统实验在理论建立和测试应用中长期存在的矛盾点,解决物理化学实验教学中的这一问题,使实验装置符合实验原理,提高了实验精确度,可为物理化学实验仪器的开发提供借鉴。

乙二醇和1,2-丁二醇二元气液平衡体系的研究及模型预测

为了研究乙二醇-1,2-丁二醇在不同真空度下共沸组成的变化规律及差压精馏分离的可行性,使用改进的Othmer气液平衡釜测定了1~100 kPa下乙二醇-1,2-丁二醇二元体系的气液平衡数据,均通过了热力学一致性检验。分别采用Wilson、NRTL和UNIQUAC方程对不同压力下的气液平衡数据进行整体关联,结果表明,UNIQUAC方程计算精度更高,可适用于1~100kPa下的相平衡计算。采用UNIQUAC方程计算了不同压力下乙二醇-1,2-丁二醇的共沸组成,共沸组成中乙二醇的摩尔分数随压力的降低呈非线性增加。操作压力由100降低至1kPa时,共沸组成中乙二醇的摩尔分数的变化可达到12%,推断乙二醇-1,2-丁二醇具有差压精馏分离的可行性。

铟-铋二元合金真空蒸馏气-液平衡研究

新型高性能透明导电氧化物薄膜(简称IBO)在加工过程中会产生大量的废料,另外,随着IBO的广泛应用,IBO废靶量也将与日俱增。采用真空蒸馏工艺分离提纯时,In与Bi的饱和蒸气压相近,较难获得满意的工艺参数。气-液平衡(VLE)相图可用于指导真空蒸馏实践,本文以配置的In-Bi合金为原料进行真空蒸馏实验,以获得In-Bi合金的VLE值,并采用MIVM预测In-Bi合金组元的活度及气液平衡数据,获得以下结论:在压力5~10 Pa、温度1183 K、平衡时间3.17 h条件下,当残留物中In含量为80.80%时,挥发物中铋含量达到97.17%,表明采用真空蒸馏可分离In-Bi合金中的In和Bi;采用分子相互作用体积模型(MIVM)预测了In-Bi合金组元的活度,平均标准偏差分别为±0.0139、±0.007,平均相对偏差分别为±11.216%、±11.4521%,表明采用MIVM预测In-Bi合金组元的活度是可靠的;采用MIVM预测了In-Bi合金体系的VLE值,与实验值吻合,表明采用MIVM预测铟基合金体系的VLE值是可靠的,且适用于不同摩尔比下的铟基合金,可用于指导真空蒸馏分离铟基合金。本研究为真空蒸馏分离提纯铟基合金或处理含铟复杂物料提供了理论参考。

PR状态方程+基团贡献模型预测CO_(2)+HFC二元混合物的气液相平衡性质

由于良好的性能和环保性,CO_(2)+HFC二元混合物被认为是冷电联合循环系统中良好的替代工作流体。气液相平衡特性是计算混合物焓和熵的关键,这冷电联合循环系统的热力学分析至关重要。为了准确预测CO_(2)和HFC(R23,R32,R41,R125,R134a,R143a,R152a,R161,R227ea)二元混合物的气液平衡性质,本文建立了基于吉布斯自由能混合规则的群贡献模型(PR+MHV1+UNIFAC和PR+LCVM+UNIFAC)。通过CO_(2)和HFC制冷剂的气液相平衡实验获得了-CO_(2)、-烷烃、-CHF和-CHF3等基团之间的相互作用参数,这些基团参数对于预测其气液相平衡性质(压力和气相摩尔分数)至关重要。PR+LCVM+UNIFAC模型计算的AARDp值为5.53%,AADy1值为0.0132,PR+MHV1+UNIFAC模型的AARDp值和AADy1值分别为7.40%和0.0229。然而,对于CO_(2)+R32系统,PR+MHV+UNIFAC预测模型的预测精度较高,AARDp和AADy1的值分别为1.53%和0.0045。综上所述,对于CO_(2)+HFC二元混合物,PR+LCVM+UNIFAC预测模型预测精度较高,但对于CO_(2)+R32二元混合物,PR+MHV1+UNIFAC模型也具有独特的优势。根据基团贡献模型的预测结果,与之前系统使用的PR+MHV1+UNIFAC模型相比,PR+LCVM+UNIFAC模型的计算进度显著提高。

环境温度对七氟丙烷灭火瓶内气-液平衡特性的影响研究

为研究在储存状态下,环境温度对瓶内七氟丙烷(HFC-227ea)灭火剂相平衡状态的影响,基于PR方程和WS混合规则,通过MATLAB软件编写程序,对HFC-227ea灭火剂储存状态进行相平衡计算,研究了灭火瓶内压力随环境温度改变的变化规律,分析了各组分气液相变化情况。结果表明:环境温度改变对HFC-227ea气相摩尔分数影响较大,对液相摩尔分数影响较小,HFC-227ea的气化使得灭火瓶内压力增大。储存状态的改变对灭火系统自身的安全性和可靠性会产生影响,因此通过计算了解环境温度变化时系统内压力的变化以及各组分气液相变化情况,有助于完善HFC-227ea灭火系统的设计。

改进的MIVM在Cd-Cu-Zn合金的活度计算和气液平衡研究

在湿法炼锌的冶炼过程中,通过锌粉置换硫酸锌溶液中的铜和镉,采用真空蒸馏技术综合回收利用高镉渣是一项重要的工艺。本文采用改进的分子相互作用体积模型(M-MIVM)对Cd-Cu-Zn合金的活度进行了预测,并以此为基础,预测了Cd-Cu-Zn合金在真空蒸馏过程中的气液平衡。结果表明,在二元合金中的活度实验值与模型计算值比较中,M-MIVM的总平均标准偏差0.0037,相较于传统的局部组成模型有更好的精确度和稳定性。本文研究可为高纯镉的生产以及粗镉的综合回收利用提供较为准确的基础热力学数据;同时,也为预测真空蒸馏的气液相平衡计算提供理论基础。

碳酸二甲酯和乙醇酯交换体系气液平衡数据测定与关联

采用CE-2型气液双循环平衡釜,测定了常压下(101.3 kPa)下碳酸二甲酯和乙醇酯交换体系中碳酸二甲酯、乙醇、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯和甲醇等10组二元气液平衡数据,二元气液平衡数据经Herington面积检验法检验,符合热力学一致性。用Wilson和NRTL液相活度系数方程对10组二元体系的气液平衡数据进行关联,由关联得到模型参数估算对应的二元体系的气液平衡数据,并与实验测得数据对比,碳酸二甲酯、乙醇、碳酸甲乙酯、碳酸二乙酯和甲醇气相摩尔分率平均绝对偏差均小于0.0107,温度平均绝对偏差均小于0.3688 K。

某R245fa工质多级轴流涡轮平衡气封计算分析

气封结构已广泛应用于透平机械中,其密封问题一直是行业研究的重点。本文针对某多级轴流涡轮平衡气封,提供了一种有限体积分析方法:使用CFD仿真软件对比了不同网格模型与试验测试结果的差异性。经过分析比较,D、E、G类网格计算结果与试验值契合程度高;B类网格计算误差最大,对于指导多级轴流涡轮平衡气封设计具有较为重要的意义。

某油田原油气提塔脱硫工艺模拟与改进方案研究

针对某油田气提塔存在油路出口含硫量偏高的问题,根据气提相平衡理论,构建气提塔仿真模型,模拟气提塔运行工况,分析油气出口的压力、温度及流量参数,发现气提气超负荷造成气提气的流量特性与调节阀流量特性不匹配,无法将出口压力调至设计压力,塔内原料油的硫化氢组分无法被充分解吸,导致油路出口油品含硫量偏高。提出气提塔的气动调节阀改进方案,确定新阀的额定流量系数为650,公称直径为200mm。更换调节阀后,油路出口处的H2S流量从12.56×103mg/h降为1.91×103mg/h,脱硫效果得到显著提高。

绝缘油色谱试验中平衡载气注入量的影响

通过分析变压器绝缘油中可溶性气体的组分和含量,判断出设备潜伏性故障的性质。为了给平衡脱气的试油提供气相载体,进行振荡前需在试油中注入一定量的平衡载气。根据分配定律和物料平衡原理探究平衡载气的加入量如何影响试验结果,发现虽然平衡载气的加入量并不会影响测试结果,但若平衡条件下的气体体积过小,将无法继续后续的色谱试验分析,还会导致气体体积读数误差增大。相反,若平衡条件下的气体体积过大,则会过分稀释气相中的气体组分,当其浓度低于气相色谱仪的最小检测浓度时,将无法得出试验结果。因此,若脱气后才发现平衡气加入量过少不满足试验所用,可适当补加平衡载气后重新脱气。

高压下CO_2-乙醇二元系统的气液平衡

在带有可视石英窗的可变体积高压釜内 ,在 60－ 180℃温度范围、 4.0－ 14.5 MPa压力范围下测定了 CO2和乙醇二元系统的相平衡数据 .根据实验结果预测了 pc,Tc,xc.用 Peng-Robinson方程和 Wong-Sandler混合规则进行了拟合 ,所得结果与实验数据基本相符 .

基于CPA状态方程计算天然气-甲醇-水气液相平衡

采用考虑了极性分子间氢键缔合作用的立方型附加缔合项(CPA)状态方程计算了天然气-甲醇-水体系气液相平衡。根据实验测试的甲烷-水、乙烷-水、丙烷-水、正己烷-水、甲醇-水二元体系气液相平衡实验数据,拟合了CPA状态方程中甲烷、乙烷、丙烷、正己烷、甲醇与水的二元交互作用系数,提出了与烷烃摩尔质量相关的烷烃-水二元交互作用系数关联式。在此基础上,预测了天然气-甲醇-水多组分体系的气液相平衡。结果表明:在温度为283—298 K,压力为5.86—34.34 MPa的范围内,预测的气相水含量、甲醇含量与实验值之间的平均相对偏差分别为5.55%和8.09%。CPA状态方程不仅为准确预测天然气-甲醇-水体系的气液相平衡提供了依据,还可应用于其他含极性物质体系的热力学物性参数和相平衡的计算。

超临界CO_2+CH_3OH及C_2H_5OH二元系的气液平衡

在带有石英可视窗和内搅拌的可变体积高压釜内 ,测定了超临界 CO2 +CH3OH及 C2 H5OH两个系统的相平衡数据 ,温度为 5 0～ 2 0 0℃ ,压力 4.0～ 1 6.0 MPa.利用从硬球模型得出的适用于高压高温的状态方程 ,计算了这两个系统的临界曲线 ,并与实验值进行比较 .

真空下1,2-丁二醇-乙二醇二元体系气液平衡数据的测定及关联

为了解决煤制乙二醇中1,2-丁二醇与乙二醇的分离问题,采用气相单循环法测定了绝压6.67kPa下1,2-丁二醇-乙二醇二元体系的气液平衡数据,结果发现此物系存在共沸物,共沸温度为395.67K,共沸组成为含1,2-丁二醇0.457(摩尔分率)。并用Herrington面积检验法对实验数据进行热力学一致性检验,结果表明实验数据符合热力学一致性。分别用Wilson、NRTL和UNIQUAC模型对气液平衡数据进行关联,得到了各个模型的二元交互作用参数,并对气液平衡数据的模型计算值与实验值进行比较,发现二者偏差较小,可满足工程上分离设计的需要。

离子液体1,3-二甲基咪唑磷酸二甲酯盐-甲醇浓溶液气液平衡

为了测定1,3-二甲基咪唑磷酸二甲酯盐([mmim]DMP)-甲醇体系在离子液体含量较高时的气液平衡数据,采用静态法测定了摩尔分数为0.40—0.47的[mmim]DMP-甲醇溶液在30—90℃的饱和蒸气压,并用非随机双液体(NRTL)模型对实验数据进行关联,得到相应的模型参数和关联偏差。结果表明:不同浓度溶液所适用的NRTL模型在参数形式和数值上也略有差异,文中的5个参数NRTL模型适用于中高浓度区,对溶液饱和蒸气压的关联偏差为0.015 9;不同浓度溶液的饱和蒸气压与温度的对应关系均与纯溶剂类似,符合Antoine方程的形式。从气液平衡的角度分析,[mmim]DMP-甲醇体系具有作为吸收式制冷工质对的应用潜质。

PR方程结合HV混合规则计算HFC/HFC和HFC/HC二元混合物气液相平衡

氢氟烃(HFC)/氢氟烃和氢氟烃/碳氢(HC)混合物是两类重要的制冷工质。采用PR状态方程结合Horon-Vidal(HV)混合规则对7种HFC/HFC和7种HFC/HC二元混合物的气液相平衡性质进行了计算,并与PR状态方程结合van der Waals(vdW)混合规则的计算结果进行了对比。结果表明,HFC/HFC体系组元性质比较接近,非理想性不强,vdW混合规则即可达到较理想计算效果,HV混合规则对计算精度的提升有限;对非理想性较强的HFC/HC体系,vdW混合规则对共沸性质的描述不够理想,HV混合规则可以显著提升相平衡的计算精度。

UNIFAC基团贡献法预测混合制冷剂的气液相平衡

将UNIFAC基团贡献法成功地应用于HFCs混合制冷剂的气液相平衡热力学性质的预测.根据资料拟合得到了CH2、CF2、F三个主基团的相互作用参数,用拟合的基团相互作用参数预测了新工质对R32/R227ea、R227ea/R134a和R152a/R227ea及三元混合制冷剂R32/R125/R134a的气液相平衡数据,并与实验进行了对比,两者基本吻合.本工作为今后HFCs混合制冷剂替代和制冷系统研究提供了极有推广价值的物性计算方法和数据,满足了新工质工程设计的要求.

乙醇-水-离子液体三元体系的气液平衡测定及其萃取精馏试验

在101.32 kPa下,用改进的Othmer釜测定了乙醇-水-1,3-二甲基咪唑磷酸二甲酯盐([MMIM]+[DMP]-)物系等压气液平衡数据。实验结果表明,加入[MMIM]+[DMP]-使气液平衡线偏离乙醇-水二组分物系的气液平衡线,[MMIM]+[DMP]-含量越高,偏离程度越大;[MMIM]+[DMP]-表现出盐效应,使乙醇对水的挥发度发生改变,消除了乙醇-水物系的共沸点;并以[MMIM]+[DMP]-作为乙醇-水物系萃取精馏的溶剂,进行了萃取精馏的小型工艺试验,结果塔顶乙醇质量分数达到99.5%,能够满足工业要求。

溴-浓海水(卤水)体系常压下气液平衡研究

以浓海水(卤水)为原料的空气吹出法制溴素工艺已在国内外广泛使用。本研究采用鼓泡夹带平衡釜测定了常压下,溴-浓海水(卤水)体系在30℃和40℃下的气液平衡数据,并用对称活度系数模型Margules方程对测定数据进行了关联,采用非线性最小二乘法回归出该系统在常压下的方程参数,拟合结果精度较高,误差不超过3.6%。

GEMC和GDI方法计算流体气液相平衡的比较

考察采用TraPPE联合原子和OPLS全原子力场两种分子力场,Gibbs系综蒙特卡罗(GEMC)方法和Gibbs-Duhem积分(GDI)方法计算流体气液相平衡的适用性、计算速度、计算精度等问题.结果表明,在采用全原子力场情况下,GDI方法比GEMC方法极大地节省了计算时间.从计算结果来看,两种方法各有适用范围,在使用时可互为补充.在给定力场的前提下,两种方法所得到的液相密度、蒸发焓、临界温度和临界密度相差不大,而当力场中的缺陷导致蒸发焓的计算不够准确时,两种计算方法得到的气体的压力和密度明显不同,进而导致预测的临界压力也明显不同.