浮选固液系统的热力学理论及应用

浮选是发生在固液界面的物理化学行为,涉及多种物质组分之间的相互作用,是浮选理论研究的难题之一。同时,多种浮选药剂联合使用,提高矿物的浮选效果,是提高难处理矿产资源高效利用的有效手段。但对浮选固液复杂系统的研究极其困难,至今没有形成系统的理论,组合药剂提高浮选效果的物理机制也还没有获得统一的认识,这都限制了浮选理论的发展和浮选技术的进步。基于热力学基本方程,研究了浮选过程中药剂在矿物表面吸附的熵变和吉布斯自由能变化,构建了各种物质组分相互作用的热力学平衡方程组,提出了反映浮选药剂在矿物表面吸附能力的吸附平衡常数。应用浮选热力学平衡方程组,揭示浮选中各种矿物表面同质化效应的物理本质,推导出了浮选溶度积理论、双电层理论、吸附理论的数学表达式。建立了通过增加矿物表面吸附浮选药剂种类,提高浮选药剂的吸附熵变,减少吉布斯自由能变化,提高浮选药剂吸附的效率和稳定性,从而提高难处理矿物的浮选效果的高熵浮选理论和技术方法。

采用UNIFAC方程回归同分异构体物系的固液相平衡

ＵＮＩＦＡＣ方程是化工设计中非常重要的方程，但它不能用于同分异构体物系，作者定义了几个新基因，使之可用于芳烃衍生物的同分异构体物系。采用取得了较好结果．由所得参数使用ＵＮＩＦＣ方程对上述物系的三元Ｓ—Ｌ—Ｅ进行预测，其结果与实验值非常接近．

状态方程和活度模型在液固相平衡计算中的应用

分别采用状态方程和活度模型描述液相,采用溶液理论描述固相,对液固两相平衡进行了计算。比较了PR和SRK状态方程以及活度模型描述液相特性时对液固平衡计算结果的影响。通过算例分析可知,采用PR和SRK状态方程描述液相时相平衡计算结果差别不大,液相和固相都采用活度模型时计算结果也很相近。上述结果表明,对于计算原油中固相沉积相平衡,可以采用状态方程或者活度模型描述液相的特性,两者对计算结果的影响不大。

应用状态方程预测液-蜡(固)相平衡

本文建立了基于状态方程描述重烃混合物液-蜡(固)相平衡的热力学模型及计算方法。计算中采用了经改进的Du-Guo三参数立方型状态方程及作者提出的“十”馏分(原油残余馏分)的特性化方法,对文献中的结蜡点温度及液-蜡相平衡数据进行考核的结果表明,本文模型具有较好的预测准确性,可应用于原油及其馏分油输送及加工设备的设计计算。

固液平衡的研究进展

对固液平衡的测定方法及数学模型进行了综述。主要介绍了平衡法、合成法和热分析法,分析了各种方法的优缺点;讨论了用于固液平衡关联的数学模型,包括Wilson方程、UNIQUAC方程、UNIFAC方程、NRTL方程、状态方程、λh方程、经验方程和拓扑法等,分析了各种方程的适用性。研究适合固相的状态方程是固液平衡数学模型的发展方向。

固液平衡模型研究进展

对固液平衡模型进行了综述,主要包括经验模型法、活度系数法、状态方程法、拓扑法、人工神经网络法。分析了各种模型的适用性。研究可应用于宽范围体系的模型以及借鉴其他领域的研究方法是固液平衡模型的发展方向。

气液固三相相平衡计算

根据对油气烃类体系相态特征的一般性认识与文章中提出的沥青组分特征化方法 ,导出了与之相应的有其自身特殊性的气 液 沥青三相相平衡物料平衡方程组。用考虑沥青沉降三相闪蒸数值算法 ,能对沥青沉降进行有效的量化模拟计算。此外 ,文章提出了大的交互作用系数可以描述沥青与原油中轻烃不相溶性的观点。结合实例计算 ,给出了沥青质参考逸度的计算、饱和压力和沥青沉降量的拟合方法。

头孢噻肟钠在水-异丙醇中的液固平衡测量与关联

为考察头孢噻肟钠结晶过程的晶型转化现象以及提供基础热力学数据,采用激光测示法测定了278．15 K到308．15 K之间B晶型头孢噻肟钠在异丙醇-水二元溶剂体系(溶剂组成:异丙醇摩尔分数为0．05-0．68)中的溶解度．在异丙醇-水二元溶剂中B晶型头孢噻肟钠的溶解度随温度升高而增加,随溶剂组成中异丙醇含量提高而下降．实验数据采用半经验方程进行关联,拟合结果与实验数据吻合良好．所测定的溶解度数据与关联模型可以作为基础热力学数据和模型在生产实践中应用．

气液固三相相平衡热力学模型与计算方法

原油中含有大量的高分子有机固相物质 ,因此 ,要准确地描述油气体系相平衡 ,必须对气液固三相相平衡进行研究。在对高分子有机烃类沥青沉降机理有了一定的认识的基础上 ,提出了大的交互作用系数 ,可以描述沥青与原油中轻烃不相容性的程度。根据对油气烃类混合物体系的一般性认识与提出的沥青组分特征化方法 ,导出了与之相应的有其自身特殊性的气液沥青三相相平衡物料平衡方程组。用考虑沥青沉降三相闪蒸数值算法 ,对沥青沉降进行有效的量化模拟计算。此外 ,结合实例分析 ,给出了沥青质参考逸度的计算、饱和压力和沉降量的拟合方法。

合成硝基麝香在溶剂中固液平衡研究

采用综合法测定了合成硝基麝香在乙腈等溶剂中的固液平衡数据,采用UNIFAC方程对麝香在单一溶剂中的固液平衡数据进行了关联,结果表明UNIFAC方程能够较好地关联实验数据并具有一定的预测功能,为麝香混合物的溶液结晶分离提供了理论依据。

纯物质固液平衡--压力对熔点的影响

纯物质(即单组分体系)固液两相平衡时的温度即为该物质的熔点,本文分别Clapeyron方程和化学势两个角度讨论了压力对纯物质熔点的影响,得到相同的结果,即:对于液态摩尔体积大于固态摩尔体积的纯物质(大多数物质属此类),体系的压力增大时,其熔点升高;对于液态摩尔体积小于固态摩尔体积的纯物质(如水),体系的压力增大时,其熔点反而降低。

油气体系气-液-固三相相态模拟

根据油气烃类体系的组成特点和相态特征 ,提出了气 液 固三相相平衡的计算方法。采用状态方程描述气相和液相的相态变化 ;而将固相视为非理想的固态溶液 ,用正规溶液理论来描述其非理想性。实例计算结果表明 ,该方法适用于石油开采、集输和加工过程中的气、液、固三相相态模拟研究 ,也可以用于石蜡、沥青等有机固相沉积的研究。

PLNG中CO_(2)液固相平衡试验测定与理论计算

【目的】浮式液化天然气(Floating Liquefied NaturalGas,FLNG)装置相比传统海底管道更适用于海上天然气的开发,但目前其造价高昂,对于部分气田而言经济性并不可观,因此其推广应用价值受到一定的限制。为解决FLNG装置造价高昂的问题,提出带压液化天然气(Pressurized Liquefied Natural Gas,PLNG)技术。带压条件下天然气液化温度上升,CO_(2)杂质溶解度也随之增大,对于CO_(2)含量不高的气源,天然气预处理装置可实现简化甚至取消。为得到PLNG的气质处理指标,需对CO,在PLNG中的液固相平衡机理展开研究。【方法】设计并搭建新型液固相平衡试验装置,其具有可视化与连续取样功能,借助该装置开展CO_(2)液固相平衡试验测定;构建了基于液固相平衡原理的CO_(2)固体溶解度理论计算模型,利用试验数据通过遗传算法对二元交互作用系数进行优化。【结果】试验结果表明:在162K左右(对应纯甲烷饱和蒸汽压约1.7MPa),CO_(2)固体在液化天然气中的溶解度超过1.5%。计算结果表明:经过遗传算法的优化,理论计算模型对于CO_(2)固体溶解度的计算精度得到提高,以CO_(2)在纯甲烷中的溶解度为例,优化后模型的计算结果与试验数据的平均百分比相对误差由10.83%降至2.3336%。【结论】研究结果为带压液化条件下CO_(2)预处理气质指标的制定提供了计算精度较高的理论计算模型,同时也为后续液固相平衡研究提供了试验装置,未来可通过该装置开展对PLNG温区下重烃组分在LNG中的液固相平衡研究,从而建立较完善的杂质析出模型。(图6,表4,参34)

替硝唑在水溶液中溶解度的实验测定及关联

通过自制的固-液平衡装置，采用高效液相色谱法分别测定了温度在278．15～318．15K时替硝唑在纯水、5％葡萄糖溶液和0．9％氯化钠溶液中的溶解度，并对实验数据分别采用理想溶液模型和经验方程进行了关联．对于纯水体系和0．9％氯化钠溶液体系，实验数据用理想溶液模型关联能较满意地表征实验结果．两种关联方法中，经验方程能较好地关联所测得的溶解度数据，误差较小．

预测轻烃分离装置中CO_2结冰温度的高精度相平衡模型

在轻烃深冷分离工艺中,CO_2易从气液相中析出并结冰,从而发生CO_2冻堵,影响生产装置的正常运行,因此预测天然气系统中CO_2结冰温度具有重要的意义。目前,计算CO_2气液相结冰温度的主流方法为状态方程法,但其对CO_2液相结冰温度计算精度欠佳。为此,从热力学方法出发,采用新颖的GERG-2008状态方程计算CO_2结冰温度,建立了虚拟流体参考态求解固态逸度的方法,改进了传统的CO_2液固相平衡模型,并将其从简单的CH_4—CO_2二元体系拓展应用于真实的多组分天然气复杂体系研究。通过大量模拟计算并与实测数据对比,结果表明:采用改进了的相平衡模型,即气固和液固相平衡中分别运用Antoine方程和虚拟流体参考态法计算CO_2固态逸度系数,求出的CO_2气液相结冰温度比传统相平衡模型计算结果有更高的精度,可为天然气轻烃回收装置防止CO_2结冰工艺条件的设计提供参考。

软水环境下砂浆钙溶蚀过程及孔隙率变化分析

为了快速获得水泥基材料钙溶蚀进程的有效实验数据,该文根据Fick定律和Gerard固液平衡方程,建立了软水环境下水泥砂浆圆柱体试件的钙溶蚀模型。给出了钙溶蚀过程中试件孔隙率和Ca(OH)2浓度分布的计算方法。进行了6M NH4Cl溶液中水泥砂浆圆柱体试件的加速钙溶蚀实验。利用称重法获得了钙溶蚀引起的试件孔隙率随溶蚀时间的变化规律。将圆柱体试件孔隙率的模型计算值与实验测试值进行了对比。进行了钙溶蚀过程中圆柱体试件孔隙率和Ca(OH)2浓度时空变化规律的数值分析。结果表明:孔隙率的模型计算结果与实测结果基本一致;在试件已溶蚀的深度内,孔隙率随溶蚀时间的增加而增加,试件表层的孔隙率在溶蚀初期增加较快,Ca(OH)2浓度随溶蚀时间的增加而降低且溶蚀初期的下降速率较大。

2,4-二氯苯酚在水中溶解度的测定及关联

在pH值为6.2或9.3条件下,采用综合法测定了2,4-二氯苯酚在水中的固液平衡数据,分别用经验方程、W ilson方程、固液平衡λH方程对实验数据进行了拟合处理。结果说明,在pH值为9.3条件下,2,4-二氯苯酚的水溶解度增大;W ilson方程、λH方程模型均能很好地关联2,4-二氯苯酚的水溶解度数据,pH=9.3时平均相对误差分别为3.00%,1.17%,其中λH方程拟合效果更好。

枞酸在四种醇类溶剂中的溶解度测定与关联

采用激光监视技术判定平衡点,由动态法测定了枞酸在甲醇、无水乙醇、正丙醇、正丁醇中的固液溶解度,实验测定温度由282 K至320 K,用λh方程、Wilson方程、简化方程分别对溶解度实验数据进行关联。结果表明,枞酸在四种醇类溶剂中的溶解度均随温度的升高而增大,且在不同溶剂中枞酸溶解度有较大的差异,大小顺序为:正丁醇>正丙醇>无水乙醇>甲醇。枞酸在四种醇类溶剂中的溶解度实验数据用λh方程、Wilson方程和简化方程关联的平均相对误差最大值分别为1.43%,1.19%和1.24%。上述结果可为枞酸结晶过程溶剂选择提供基础热力学数据。

丁二酸在五种有机溶剂中溶解度测定及关联

采用激光监视技术由动态法测定了丁二酸在环己醇、环己酮、N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺和冰醋酸中的固液平衡数据,实验测定温度由室温至近353K,并分别用λh方程和NRTL方程对溶解度实验数据进行关联。根据实验数据可以看出丁二酸在五种溶剂中的溶解度均随温度的增加而增大,并且在不同溶剂中丁二酸的溶解度有较大差异。溶解度实验数据用λh方程关联和NRTL方程模型拟合结果的最大平均相对误差分别为3.98%和5.13%。结果表明λh方程模型和NRTL方程模型均能很好地关联丁二酸在五种有机溶剂中的溶解度数据。

反应型固液界面能的理论表征与计算

反应型固液界面能和固体表面能的表征与计算是材料科学和表面界面科学领域亟待解决的问题.本文从非平衡力作功出发,建立了反应润湿体系表面能、界面能之间的数学关系,所建立的方程是一个具有普遍意义的通式,发现平衡态的Young方程是反应固液界面能量关系的一个特例.研究表明,非平衡状态下的固液界面能总是高于平衡状态的固液界面能,证明了反应界面向平衡态界面转变是一个必然的自发过程.通过有限固液界面润湿体系确定了固液界面能的数值范围为0≤sl≤lg,给出了计算反应固液界面能和固体表面能的方法,这一结果对研究材料复合、焊接、粉末冶金烧结、电子器件封装及金属冶金的表面与界面问题具有重要性.