化工热力学相平衡综述..docVIP

《化工热力学理论及应用》课程作业 题 目：液液相平衡在单一脂肪酸甲酯体系中的应用研究 院 （系）： 化学化工学院 专 业： 化学工程 学 号： 0000000000 姓 名： 000000 指导教师： 00000000000000 液液相平衡在单一脂肪酸甲酯体系中的应用研究 摘要：生物柴油是一种重要的可再生能源,引起人们的广泛研究,但研究大多集中于原料,新型催化剂开发,反应工艺条件的优化等方面。生物柴油相关体系的液液相平衡数据对于生产工艺中反应器及分离装置的设计非常重要,但仅见少量文献报道。目前需要积累大量准确有效的相平衡数据,获取有效的相关热力学模型参数,尽量做到以最少量的相平衡实验数据,为今后的计算模拟及装置设计提供依据。 关键词：生物柴油;单一脂肪酸甲酯;液液相平衡 1引言 目前,对于生物柴油的研究得到了越来越多的关注,逐渐从实验室制备研究转变到工厂生产工艺研究。这一转变极大的增加了对生物柴油相关体系基础数据的需求。 相平衡数据是设计合适的分离设备所必须的。故多组分相平衡数据在设计或者优化生产过程中具有基础性的重要性。此外技术的进步和精炼的过程设计需要高质量的实验数据。但因为体系的种类很多,并且过程设计需要考虑实际意义,实验数据的数量远远不够。所以预测混合性质的技术成为了工业计算机模拟中非常重要的一部分。故需要尽量提供准确大量的数据,丰富相平衡数据库,为进一步的计算和模拟提供数据基础。 目前,对生物柴油的相关研究主要集中于原料、制备工艺的开发和优化、新型催化刑的开发和应用等方面,相关体系相平衡数据在文献中出现较少,应用模型回归和关联实验数据的研究也较少。本文选取了一系列的生物柴油相关体系,进行了不同温度条件下的相平衡数据的测定,在一定程度上弥补了这方面的空缺。 2液液相平衡的研究进展 液液相平衡研究的是达到平衡时,系统的温度、压力、各相的体积、各相的组成以及其他热力学性质间的函数关系。它是分离技术及分离设备进行开发设计的理论基础。 按照参与相平衡的相的不同,相平衡可以分为气液相平衡(VLE),液液相平衡(LLE),固液相平衡(SLE),它们是化工生产中精馆、吸收、吸附、萃取、结晶等传统分离技术的基础。为了认识其中某些过程的实质,需要测定或计算在给定条件下的平衡组成或达到一定分离条件要求下的操作条件。 一个体系中各相的性质和组成在一定压力、温度下不随时间而变化,此时认为体系中各相间达到平衡。一般说来,达到相平衡的条件是指由N个组分组成,达到P个相的相平衡时,各个相中,各组分的化学势或逸度义相等,即 在分析和解决传质分离设备的设计、操作和控制过程中,在开发新的传质分离过程时,往往都离不开平衡数据的测定。人们进行广泛的相平衡基础数据和计算方法的深入研究,也促使了相平衡理论的发展。另外,不断涌现的新过程、新产品和新技术都要求提供新系统和新条件下的相平衡数据[1]。 2.1液液相平衡数据 在化工过程开发、装置技术改造中,基础数据的测定和积累日益突显出其重要性和必要性。测定基础数据是十分艰巨、细致、要求十分严格的工作。国内外对此都进行了大量的研究工作。 由于石油工业、石化工业的发展,蒸馆技术的普遍应用,目前VLE数据的积累是最多的。LLE数据的积累量比VLE较少,发展至今,LLE数据虽有一定的积累,并且以各种简便的形式为用户服务,但从总体来讲还是很匮乏。 表2.1为西德Dortmund大学的数据库(Dortmund Data Bank)的现状。 由表2.1可知,LLE数据的积累远较VLE要少。许多工业组织也在建立数据库,如英国的物理性质数据服务库(PPDS)就含有LLE数据。但是在LLE数据库中,最先进还是DDB。 表2.1 DDB的现状1[2] 除了文献和书籍中有收集数据,不少化工软件中也有丰富的数据库。模型的发展与应用扩大了相平衡热力学的应用范围,得到了工程人员的重视。但由于实验数据不足,有时无法拟合得到所需的模型参数,也很难验证所提出的新模型的可靠性。所以积极获取新的液液相平衡数据,补充丰富数据库很重要。 2.2液液相平衡的测定 液液相平衡指当溶液组成达到某一范围内,出现相分裂,即液相发生分层现象,产生了两个液相,且这两个液相相互平衡共存的现象 [3]。 测定液液相平衡最基本的方法:将一定量的两液体充分地进行混合(挽拌、震荡等),恒温下静置达到平衡,分别测得各相的组成,即可得到液液相平衡数据。在常压下这种装置是比较简单的,只需在恒温设备中放入一批容量较小的玻璃瓶,其中装有不同配比的液体,经过一定时间的振荡、静置即可。为了加快混合速度,提高混合效率,