気液平衡

気相と液相の両方の化学成分の分布を理解し、設計、操作、および多くのエンジニア リング プロセスの分析と呼ばれる蒸気液体平衡は欠かせません。気液平衡または VLE は状態で純粋なコンポーネントまたは混合物が液体および蒸気の両方の段階で存在します。フェーズは、平衡時間をかけてが系の巨視的な性質に変更あったないことを意味します。1 つのコンポーネント VLE は視覚化する簡単です。例えば気相と液相系摂氏 100 度の平衡にある水を取るし、この温度の水の上の 1 つの気圧は蒸気。下に、水は液体です。ただし、エンジニアより複雑なしたがってプロセス設計に必要不可欠な VLE の分析を行う平衡混合プロセス一般的に遭遇します。このビデオは気液平衡混合物の背後にある原理を説明し、実験室の混合物の VLE の分析方法を示します。最後に、化学工学分野の VLE のいくつかのアプリケーションを紹介します。

加熱混合物が蒸気液体平衡、蒸気および液体段階通常必要はありません同じ構図。低沸点物質はより高い沸点を持つ物質より蒸気の高い濃度があります。つまり、エンジニア コンポーネントを参照の各段階で xi が種のモル分率をそのモル分率私液体で、李は種のモル分率で気相。この関係はしばしば各フェーズ内の各コンポーネント間の関係を示す 2 つの部品の混合物のためにここに示されているような xy 曲線を使用して描かれています。VLE のすべての計算の開始点は蒸気で種のフガシティーが液体で種のフガシティーを等しい単純な平衡条件です。フガシティーは、ギブス エネルギー現実と理想気体の指数の違いに関連するプロパティです。フガシティーは種のモル分率に等しい気相気相で私は純粋な成分蒸気フガシティーを回します。純粋なコンポーネント水蒸気分圧は低圧での圧とほぼ等しいので、表現を簡略化できます。液相雰囲気が活動係数で表現されるガンマ。活量係数は、同じ組成の最適なソリューションのフガシティーを実際混合物の成分のフガシティーの比率として定義されます。飽和蒸気圧で純粋な成分の液体フガシティーは純粋な気体と液体が平衡状態にあるため飽和蒸気圧を等しくなります。最後に、液体および蒸気の雰囲気は同じなので我々 はさらに、簡略化はラウールの法則として知られている関係をできます。飽和蒸気圧は、しばしば、アントワン式定数 A、B、および C が、種特異的と、文献で見つけることができますを使用して計算されます。したがって場合は、平衡状態にある気体と液体の組成を測定、温度、圧力およびしたがって飽和蒸気圧を測定することによりを活量係数直接計算できます。この実験でメタノール、イソプロピル アルコールと水の 3 成分混合物が調査されます。様々 な組成の混合物の VLE 装置で沸騰して、低沸点成分が気化し、最初のサンプル容器に液体を収集しながら別の容器に収集されます。平衡に達すると、液体及び凝縮性蒸気分数は収集およびガスクロマトグラフィーで分析しました。活量係数は温度と液体および蒸気モル分率を使用して計算できます。VLE と試験装置の概念を導入されている、研究室で実験を遂行する方法をみましょう。

まず、廃棄物フラスコにシステムから任意の液体を流出.液体に完全に排出されない場合があります覚えてをおいてください。最初の実行の上部に開口部を通って水を 20%、30% IPA 50% メタノールの混合物を追加します。混合物を充填後、ヒーター電源とコンデンサー水を入れます。装置は、アプローチの平衡へ約 20 分必要となります。システムは、テストを開始する準備が整いました。

サンプルは、沸騰を開始、システムの不活性のコンセント口にストッパーを離します。凝縮蒸気収集が開始されます。平衡に達すると、定常は凝縮蒸気のしずくし、液体を観察する必要がありますが返されます。安定的に 10 分間 0.3 度以内の温度と凝縮の蒸気や液体を沸騰からサンプル瓶の液体の約 1/2 ミリリットルを収集します。最後のサンプルから凝縮蒸気を排出します。純粋なメタノールのいずれかの 20 ミリリットルまたはサンプル ポートを介して 50 50 メタノール イソプロパノールから成る新しいサンプルを追加します。これは新しい全体の構成を与えます。平衡が確立する前に実行される、しかし前のサンプルから温度差を期待します。分析するサンプルを追加して、平衡、サンプリングとして前に、の手順を繰り返します。3 つのコンポーネントの異なる混合物を使用して実験を継続します。12 ポイントで活量係数とバイナリの相互作用係数を決定するのに十分です。すべての混合物を実行すると、システムのシャット ダウン、ヒーターをオフにします。装置を冷却し始めると、凝縮水オフ シャット ダウンします。最後にガスクロマト グラフ GC と各液体および蒸気のサンプルの組成を測定します。

システムの温度と GC から得られる液体および蒸気のモル分率を使って、活量係数を計算します。飽和蒸気圧力がコンポーネントごとに定数 A、B および C が文献で見つけられる場所アントワン式を使用して計算されることがまず必要です。今データをモデルに関連付けるために計算される活量係数を使えます。三元系混合物混合物の理想からの逸脱を占めるためウィルソン式を使用します。9 ラムダ定数は、j と等しい場合 1 つに匹敵するウィルソン定数です。Ij ペアごとに 2 つの異なる定数があります。非線形回帰と正方形残存機能の標準的な金額を使用して実験からほくろ分数データを使用して 6 つの残りのウィルソン定数を決定します。ウィルソン定数は、各サンプルのコンポーネントごとに予想される活動係数を決定する使用されます。実験的活動係数に対してプロット モデル活量係数を示します。理想的には、モデル化と実験的活動係数 y 等しいに沿って下落するだろうと x 線。あなたは一般に見ることができる、モデル化と実験値はモデルが実際のシステムへよい適合であることを示すこのラインに沿ってフィットします。

理解と混合物の蒸気液体平衡の操作です特に分離プロセスの範囲の重要なコンポーネントです。蒸留塔は、に基づいて各トレーに液体および蒸気のフレーズ内の各コンポーネントの組成の異なる揮発性の混合物を分離します。揮発成分が蒸発して少ない中、列の上部に収集された揮発成分は液体のまま、下部に収集しました。コンポーネントの混合物の VLE データはトレイ蒸留塔の分離を達成するために必要な数を決定するためです。これにより、低運用コストを維持しながら分離プロセスを最適化できます。VLE を使用して別の貴重な分離技術は、フラッシュの分離です。フラッシュ分離は、バブル以上の圧力で液体ポイントという事実に基づく圧力圧力が減少したとき、それは部分的に蒸発する意味が点滅します。フィードは、このようにいくつかの液体と平衡でいくつかの蒸気から成る予熱します。それは、区切り記号に減圧弁を流れます。蒸発の度合いと気相または液相における溶質の量は、フィード ストリームの初期状態に依存します。

気液平衡のゼウスの概要を見てきただけ。VLE、背後にある概念を理解する必要があります今、実験室およびその使用のエンジニア リング プロセス中のいくつかの測定方法。見ていただきありがとうございます。