student
Russian Federation
The main thermodynamic models for calculating the activity coefficients of components of non-ideal solutions are considered. The need for an accurate assessment of vapor-liquid equilibrium when modeling mass transfer processes is shown
activity coefficients, solutions, NRTL, UNIQUAC, UNIFAC
Равновесие пар–жидкость имеет огромное значение при выполнении технологических расчетов в области химической технологии. В частности, точная оценка концентраций равновесных фаз необходима для проектирования, оптимизации и моделирования процессов ректификации.
При описании парожидкостного равновесия важным аспектом является степень идеальности жидкого раствора. Идеальные и неидеальные растворы представляют собой две фундаментальные концепции в изучении смесей. Понимание их различий имеет решающее значение для прогнозирования поведения смесей в различных процессах.
Идеальный раствор – это теоретическая концепция, предполагающая идеальное смешивание и неспецифическое взаимодействие компонентов друг с другом. В идеальном растворе свойства, такие как объем, энтальпия и энтропия, подчиняются правилу аддитивности свойств отдельных компонентов.
Однако реальные смеси в большинстве случаев относятся к неидеальным растворам. Такое отклонение от идеальности вызвано специфическим взаимодействием между отдельными компонентами. Эти взаимодействия могут проявляться в нелинейных связях между свойствами и концентрациями, а также в образовании межмолекулярных сил, таких как водородные связи или силы Ван-дер-Ваальса.
Термодинамическое описание неидеальности смесей сводится к оценке коэффициентов активности каждого компонента раствора. Расчёт коэффициентов активности в зависимости от концентраций веществ выполняют на основе термодинамических моделей.
Существует несколько моделей коэффициентов активности, каждая из которых имеет свой собственный набор допущений и математических выражений. Некоторые распространенные модели включают уравнение Маргулеса, уравнение Вильсона, модель NRTL (NonRandomTwoLiquid) и модель UNIQUAC (UniversalQuasiСhemical). Эти модели включают различные параметры и условия взаимодействия и позволяют математически описать сложность фазового равновесия в различных системах [1].
Одной из известных моделей коэффициентов активности, широко используемых в расчетах парожидкостного равновесия, является модель UNIFAC. Модель UNIFAC выходит за рамки многих других моделей, поскольку включает подробную информацию о молекулярной структуре и взаимодействиях веществ друг с другом, что делает ее особенно подходящей для сложных смесей, встречающихся в различных отраслях промышленности.
UNIFAC действует по принципу группового вклада, при котором молекулы делятся на функциональные группы, каждая из которых характеризуется своими параметрами взаимодействия. Эти параметры описывают энергетический вклад различных групп в общее поведение раствора. Суммируя вклады отдельных групп, UNIFAC дает всестороннее описание неидеального поведения в многокомпонентных смесях.
Одним из ключевых преимуществ модели UNIFAC является ее универсальность и применимость к широкому кругу систем, включая полярные и неполярные вещества. Она может точно предсказывать равновесие пар–жидкость, равновесие жидкость–жидкость и другие термодинамические свойства в системах, содержащих различные органические соединения, электролиты и смеси растворителей.
Применение моделей коэффициентов активности для моделирования массообменных процессов широко распространено в таких отраслях, как нефтехимия, нефтепереработка, органический синтез. Однако важно отметить, что модели коэффициентов активности имеют свои специфические ограничения и допущения. Они часто полагаются на эмпирические корреляции и требуют экспериментальных данных для оценки своих параметров. Кроме того, эти модели могут неточно отражать поведение сильно неидеальных систем и систем со сложными молекулярными взаимодействиями. Поэтому важно тщательно выбирать подходящую модель активности под конкретную систему веществ и проверять результаты ее расчета на экспериментальных данных.
1. Ueyles, S. Fazovye ravnovesiya v himicheskoy tehnologii: V 2-h ch., Ch. 2. Per. s ang / S. Ueyles – M.: Mir, 1989. – 360 s.
