如何快速建立混合物的相平衡，并準(zhǔn)確收集汽液相平衡數(shù)據(jù)？

相信很多科研工作者在測定二元或者多元體系混合物的汽液相平衡時，往往會遇到以下問題：

那么，如何解決這些困擾，可以高效且準(zhǔn)確獲得混合物的汽液相平衡數(shù)據(jù)，并建立相關(guān)熱力學(xué)模型呢？接下來，德祥科技攜手Pilodist帶大家一探究竟。

什么是汽液相平衡？

汽液相平衡

汽液相平衡，即汽相與液相間的相平衡。對于二元或者多元體系的混合物，在封閉條件下，存在汽-液兩相共存的現(xiàn)象，一定的溫度和壓力下，兩相達(dá)到一種動態(tài)平衡時，即該混合物的汽相和液相組成趨于穩(wěn)定，不隨時間變化，此時這種動態(tài)平衡即為該混合物在該條件下（一定溫度和壓力）的汽液相平衡。

為什么要收集汽液相平衡數(shù)據(jù)？

相平衡在自然界和工業(yè)界都是非常重要的，在石油和化工領(lǐng)域有重要指導(dǎo)意義。物質(zhì)的相平衡并不是獨(dú)立的，而是與空間、壓力、溫度和組成相關(guān)。相平衡研究從二元體系的汽液相平衡到多元體系的相平衡慢慢發(fā)展。雖然二元或者三元組分的相平衡只是實(shí)際情況的一種簡化，因?yàn)樵谕ǔＧ闆r下，會有更多組分是共同存在的，但是，相關(guān)研究表明這些二元或三元組分的相平衡數(shù)據(jù)對于多元體系的相平衡研究是有代表性和指導(dǎo)意義的。

作為化工熱力學(xué)的主要研究內(nèi)容之一，測量、關(guān)聯(lián)和推算不同體系在不同條件下的理化性質(zhì)具有重大意義。其中，相平衡研究在化工熱力學(xué)研究領(lǐng)域占有重要位置。作為化工基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的重要組成部分，相平衡數(shù)據(jù)具有重要的理論和實(shí)際價值。相平衡數(shù)據(jù)不僅對化工設(shè)備選型有重大意義，而且對分離單元等操作過程的設(shè)計(jì)也非常重要，如精餾、萃取和結(jié)晶等過程。相平衡數(shù)據(jù)對化工過程工藝的優(yōu)化，如溫度、壓力等條件的選取也具有指導(dǎo)意義。對生產(chǎn)裝置的設(shè)計(jì)與評估、相平衡理論的發(fā)展，這些都需建立在相平衡數(shù)據(jù)的測定和研究的基礎(chǔ)之上。

而且，二元或多元體系混合物的汽液相平衡是確定理論蒸餾級數(shù)及其他蒸餾條件的重要基礎(chǔ)。盡管通過文獻(xiàn)查詢、理論計(jì)算能得到大量的汽液相平衡數(shù)據(jù)，但隨著化工生產(chǎn)的不斷發(fā)展，這些數(shù)據(jù)遠(yuǎn)不能滿足需求。許多物系的相平衡數(shù)據(jù)，很難由理論直接計(jì)算得到，必須由實(shí)驗(yàn)測定分析。因此，越來越多的學(xué)者通過實(shí)驗(yàn)獲取或驗(yàn)證相平衡數(shù)據(jù)。

鑒于此，相平衡裝置是化工實(shí)驗(yàn)室常備的基礎(chǔ)設(shè)備。

如何測定汽液相平衡數(shù)據(jù)？

循環(huán)法

目前常用測定汽液相平衡的方法是循環(huán)法，即在常壓或減壓條件下，采用玻璃制作的平衡釜，利用循環(huán)法建立體系相平衡，從而獲得汽液相平衡數(shù)據(jù)。

汽液相平衡時同時進(jìn)行汽相和液相雙循環(huán)，從而使汽液兩相的平衡時間變短，盡可能縮短實(shí)驗(yàn)時長，提高實(shí)驗(yàn)效率。汽液相平衡實(shí)驗(yàn)常用到的玻璃平衡釜主要為羅斯釜。如下圖1所示：

圖1：羅斯釜（Rose Kettle）

1釜液 2.加熱絲 3.液相取樣口 4.液相液體 5.汽液提升管 6.汽液分隔器 7.溫度計(jì)套管   8.汽相取樣口 9.汽相冷凝液 10. 球形冷凝管 11.加料口

在工作時，羅斯釜的釜內(nèi)循環(huán)為：物料在釜內(nèi)的底部被加熱至沸騰，汽液相混合物通過汽液分隔器，液體完成回到釜內(nèi)，完成液體循環(huán)，汽相通過球形冷凝器冷凝回到釜底，完成回流。

由循環(huán)法測定汽液相平衡數(shù)據(jù)的方法有很多，我們提到的羅斯釜也是基于該原理，基本原理如下圖2所示，由A到B為蒸汽循環(huán)線，B到A為液體循環(huán)流，在到達(dá)平衡時，A和B容器的組分不隨時間變化，這時從中取樣并進(jìn)行GC分析組成，即可以得到一組汽液相平衡數(shù)據(jù)。

圖2：循環(huán)法的工作原理

回到文章最開始困擾科研工作者的那些難題，如何解決文章開頭提到的幾大難題？

TEGENT

一個設(shè)備包攬解決方案

CAUTION！

上述提到的問題，Pilodist自動汽液相平衡裝置VLE110，統(tǒng)統(tǒng)可以解決！

圖3：自動汽液相平衡裝置VLE110

01

相平衡裝置配備真空操作模塊、過壓操作模塊以及相平衡釜的伴熱裝置，低真空度到1mbar，過壓操作到3bar（絕壓）；

02

相平衡裝置需為一體化設(shè)計(jì)，集成相平衡釜、混合室、加熱系統(tǒng)、汽液兩相冷卻系統(tǒng)等，其中相平衡釜為雙層夾套設(shè)計(jì)，且最外層鍍銀，盡可能保證絕熱操作。

03

儀器先進(jìn)的設(shè)計(jì)，樣品在進(jìn)入相平衡釜之前，汽液混合物在擴(kuò)展交換區(qū)強(qiáng)烈傳質(zhì)，確保汽液兩相之間能迅速達(dá)到平衡，汽液分離室的設(shè)計(jì)確保液滴不會進(jìn)入汽相，液相出來后不會返混。而且汽液兩相可單獨(dú)取樣，均為液體，方便GC進(jìn)樣分析。

圖4：VLE循環(huán)主體結(jié)構(gòu)圖

儀器能夠迅速的達(dá)到相平衡狀態(tài)：這是由于體系中同時有汽相和液相兩相在體系內(nèi)循環(huán)，在冷凝后，同時回到混合倉內(nèi)（1.1）中。

在進(jìn)入汽液分離室之前（1），汽液相的混合物會經(jīng)過一個加長的接觸區(qū)域（1.2）以確保汽液間進(jìn)行強(qiáng)烈的傳質(zhì)，該汽液分離室的設(shè)計(jì)可以有效的避免液相被夾帶進(jìn)入汽相。隨后經(jīng)過各自的冷凝器，汽相和液相又會回到混合倉中。

04

儀器配備相平衡控制系統(tǒng)，基于windows操作系統(tǒng)的相平衡控制軟件，操作簡便，過程參數(shù)可追溯，查看過程壓力穩(wěn)定性；可顯示設(shè)置值和實(shí)際值；控制加熱溫度、真空度、控制電磁閥取樣等。同時配備工業(yè)觸摸屏，防塵和防水等級為IP65。

圖5：VLE控制系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置

圖6：IP65工業(yè)觸摸屏

05

三種取樣方式收集汽相、液相樣品，通過控制電磁閥分別從汽相或液相取樣；也可以使用氣密性的注射器直接從流體循環(huán)回路中抽取汽液兩相樣品；針對存在混溶間隙的樣品可以通過取樣針取樣。

① 通過控制電磁閥，分別從接收器5A汽相取樣，接收器5B液相取樣；

② 通過氣密性注射器，分別從1.15汽相取樣口取樣，1.16液相取樣口取樣；

③ 針對不互溶體系，可以用取樣針從取樣口1.5汽相取樣，從1.14液相取樣。

綜上所述，Pilodist VLE110自動汽液相平衡裝置一體化的平衡釜設(shè)計(jì)，可以迅速使得混合物達(dá)到相平衡狀態(tài)，而且冷凝的液滴不會進(jìn)入汽相，液相出來后不會返混，準(zhǔn)確測定相平衡數(shù)據(jù)；模塊化的常壓、真空、過壓操作配件，適合不同種類、不同體系的樣品測定；配備IP65工業(yè)觸摸屏電腦，裝置自動化程度高，實(shí)驗(yàn)效率高。為您解決汽液相平衡實(shí)驗(yàn)的所有困擾！

如果你對上述Pilodist的產(chǎn)品或方案感興趣，歡迎隨時聯(lián)系德祥科技咨詢。

PILODIST

德國PILODIST是德祥集團(tuán)資深合作伙伴之一。德國PILODIST公司源自于全球優(yōu)質(zhì)蒸餾及精餾設(shè)備供應(yīng)商。公司傳承原Fischer公司專業(yè)的蒸餾及精餾設(shè)備制造技術(shù)，為全球石油化工、精細(xì)化工行業(yè)及科研院所客戶提供高品質(zhì)的原油蒸餾系統(tǒng)、精餾系統(tǒng)、溶劑回收系統(tǒng)、汽液相平衡和分子蒸餾等。

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