21世纪的天然气化工
合 肥 学 院
页脚内容1Hefei University
《化工热力学》过程论文
题
目：
气液平衡的计算方法系 化学与材料工程系
别：
专 化学工程与工艺
业：
21世纪的天然气化工
学 号：
1303021001
姓 名：
于晓飞
教师：
高大明
气液平衡的计算方法
摘要：气液平衡计算是化学过程中一项十分重要的计算。气液平衡的计算方法有几种，活度系数法，状态方程法（EOS法），GEMC和GDI方法计算流体气液相平衡。在气液平衡的计算中有三种泡点计算 、露点计算和闪蒸计算，这里我们对闪蒸计算不做研究。
关键词:气液平衡 计算方法GEMC GDI 正文：
气液平衡计算的基本公式及计算类型：相平衡的判据应用于气液平衡，即为：页脚内容2
21世纪的天然气化工
?fVi?f?Li (i=1,2,3,…,N)式中，
?fi为混合物中组分i的逸度；上标V指的是气相；上标L
指的是液相。
上式既是气液平衡的准则，有事气液平衡计算的基本公式。具体应用时，需要建立
?混合物中组分的逸度f1.1活度系数法
Vi?、fLi与体系的温度、压力以及气液相平衡组成关系。
根据溶液热力学力论，将液相中组分的逸度与组分的活度系数相联系，简称活度系数法。对液相，由活度与活度系数的定义式得出
f?式中，
Li=
?xfii?i
f?i为标准态的逸度，以取Lewis-Randall定则为基准的标准态，即纯液体i
在体系的温度下的逸度。
?fL=if=pi?iexp?iLSSpVidp spiRTLp式中，指数项exp?sVidp称为Poynting因子，其意义是压力对
piRTf?i影响的校正。
对气相 将
f?Li与
f?Vi表达式带入式中，得
p?py=?xp??ViSSiiiiiexppi?VsLiRTdp (i=1,2，…，N)
页脚内容3
21世纪的天然气化工
?为气相混合物中组分i在体式中，yi和xi分别为汽、液相中组分i的摩尔分数；?Vi系温度T，体系压力p下的逸度系数；?i为液相中组分i的活度系数；pi为纯组分i在体系温度T时的饱和蒸气压；?i为纯组分i在体系温度T与其饱和蒸气压pi时的逸度系数；ViL为纯组分i在体系温度T时液相的摩尔体积。
1.2GEMC方法计算原理
GEMC方法可同时在两个模拟盒子中进行蒙特卡罗(MC)模拟,二者相对独立,但保持热力学相关,即满足相平衡条件(压力、温度和化学势相等),其温度T、总体积V和两个盒子中的总粒子数N保持不变.为达到相平衡,在模拟过程中需要进行3种不同的蒙特卡罗移动,按不同的接受概率接受,以满足相平衡条件:
1)两个模拟盒的粒子分别在盒内自由移动,包括粒子的平动、转动等,以达到盒内平衡,其接受概率为
P=min[1,exp(-ΔU/kT)] （1） 2)在保持总体积不变的条件下,在两个模拟盒子间进行体积的涨落,以达到两模拟盒压力相等,其接受概率为
??ΔV?ΔV?VV121,exp(?(ΔU?ΔU)/KT?ln?ln P=min?? （2） NN12?V1V2???SSS3)保持粒子总数不变的条件下,在两个模拟盒
子间进行粒子交换,以达到两模拟盒化学势相等,接受概率为
页脚内容4
21世纪的天然气化工
??N2V1 P=min?1,exp(?(ΔU1?ΔU2)/KT)? （3）
(?1)???N1V2?式中,U、V和N分别为两盒子的能量、体积和粒子 数,T为体系温度,k为玻尔兹曼常数. 1.3
GDI方法计算原理
流体的蒸发焓与饱和蒸气压可通过Clapeyron方程关联起来:
Δdp?HV （4） dTTΔVV式中,p、T分别为体系压力和温度,ΔHv为蒸发焓,ΔVv为两相的体积差.对含气体的相平衡,(4)式一般变形为
Δdlnp?pTHV （5） dTΔVV(5)式右边气液两相的蒸发焓及体积差均可由分子模拟求得,进而式转变为压力对温度的常微分方程,可通过数值法求解.因此在已知体系气液共存线上一个点作为积分起点的情况下,整个气液共存线可通过分子模拟并结合热力学积分计算得到.本工作采用三种分子的沸点作为积分参考点,液体和气体分别采用分子动力学和蒙特卡罗方法模拟,通过预测-矫正法计算积分,最终计算气液共存线。
1.4Q函数法(间接法)
汽液平衡时，按判据式(1-6.13)，fk(V)?fk(L)(k=1, …, K)，如气相采用逸度因子、液相页脚内容5
气液平衡的计算方法
