相信很多科研工作者在測(cè)定二元或者多元體系混合物的汽液相平衡時(shí)，往往會(huì)遇到以下問(wèn)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(lái)，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(duì)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(dòng)態(tài)平衡時(shí)，即該混合物的汽相和液相組成趨于穩(wěn)定，不隨時(shí)間變化，此時(shí)這種動(dòng)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(jiǎn)化，因?yàn)樵谕ǔＧ闆r下，會(huì)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(duì)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?jī)?nèi)容之一，測(cè)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(jià)值。相平衡數(shù)據(jù)不僅對(duì)化工設(shè)備選型有重大意義，而且對(duì)分離單元等操作過(guò)程的設(shè)計(jì)也非常重要，如精餾、萃取和結(jié)晶等過(guò)程。相平衡數(shù)據(jù)對(duì)化工過(guò)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(duì)生產(chǎn)裝置的設(shè)計(jì)與評(píng)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(cè)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(jí)數(shù)及其他蒸餾條件的重要基礎(chǔ)。盡管通過(guò)文獻(xiàn)查詢(xún)、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(mǎn)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(cè)定分析。因此，越來(lái)越多的學(xué)者通過(guò)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(cè)定汽液相平衡數(shù)據(jù)？

循環(huán)法

目前常用測(cè)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(shí)同時(shí)進(jìn)行汽相和液相雙循環(huán)，從而使汽液兩相的平衡時(shí)間變短，盡可能縮短實(shí)驗(yàn)時(shí)長(zhǎng)，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(shí)，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(guò)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(guò)球形冷凝器冷凝回到釜底，完成回流。

由循環(huán)法測(cè)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(xiàn)，B到A為液體循環(huán)流，在到達(dá)平衡時(shí)，A和B容器的組分不隨時(shí)間變化，這時(shí)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(kāi)始困擾科研工作者的那些難題，如何解決文章開(kāi)頭提到的幾大難題？

TEGENT

一個(gè)設(shè)備包攬解決方案

CAUTION！

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

圖3：自動(dòng)汽液相平衡裝置VLE110

01

相平衡裝置配備真空操作模塊、過(guò)壓操作模塊以及相平衡釜的伴熱裝置，低真空度到1mbar，過(guò)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(huì)進(jìn)入汽相，液相出來(lái)后不會(huì)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(shí)有汽相和液相兩相在體系內(nèi)循環(huán)，在冷凝后，同時(shí)回到混合倉(cāng)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(huì)經(jīng)過(guò)一個(gè)加長(zhǎng)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(guò)各自的冷凝器，汽相和液相又會(huì)回到混合倉(cāng)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(jiǎn)便，過(guò)程參數(shù)可追溯，查看過(guò)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(shí)配備工業(yè)觸摸屏，防塵和防水等級(jí)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(guò)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(duì)存在混溶間隙的樣品可以通過(guò)取樣針取樣。

① 通過(guò)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(guò)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(duì)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(dòng)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(huì)進(jìn)入汽相，液相出來(lái)后不會(huì)返混，準(zhǔn)確測(cè)定相平衡數(shù)據(jù)；模塊化的常壓、真空、過(guò)壓操作配件，適合不同種類(lèi)、不同體系的樣品測(cè)定；配備IP65工業(yè)觸摸屏電腦，裝置自動(dòng)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(duì)上述Pilodist的產(chǎn)品或方案感興趣，歡迎隨時(shí)聯(lián)系德祥科技咨詢(xún)。

PILODIST

德國(guó)PILODIST是德祥集團(tuán)資深合作伙伴之一。德國(guó)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(zhuān)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(hù)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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30多年來(lái)，德祥一直深耕于科學(xué)儀器行業(yè)，主營(yíng)產(chǎn)品有實(shí)驗(yàn)室分析儀器、工業(yè)檢測(cè)儀器及過(guò)程控制設(shè)備，致力于為新老客戶(hù)提供更完善的解決方案。公司業(yè)務(wù)包含儀器代理，維修售后，實(shí)驗(yàn)室咨詢(xún)與規(guī)劃，CRO凍干工藝開(kāi)發(fā)服務(wù)以及自主產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)、銷(xiāo)售、售后。與高校、科研院所、政府機(jī)構(gòu)、檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)及企業(yè)保持密切合作，服務(wù)客戶(hù)覆蓋制藥、醫(yī)療、商業(yè)實(shí)驗(yàn)室、工業(yè)、環(huán)保、石化、食品飲料和電子等各個(gè)行業(yè)及領(lǐng)域。

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