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化工
题目

利用Wilsorl方程,计算下列甲醇(1)-水(2)系统的组分逸度(a)p=101325Pa,T=81.48℃,y1=0.582的气相;(b)p=101325Pa,T=81.48℃,x1=0.2的液相。已知液相符合Wilson方程,其模型参数是,。

利用Wilsorl方程,计算下列甲醇(1)-水(2)系统的组分逸度(a)p=101325Pa,T=81.48℃,y1=0.582的气相;(b)p=101325Pa,T=81.48℃,x1=0.2的液相。已知液相符合Wilson方程,其模型参数是,。

题目解答

答案

本题分别计算两个二元混合物的均相性质。给定了温度、压力和组成三个独立变量,均相混合物的性质就确定下来了。
(a) 由于系统的压力较低,故气相可以作理想气体处理,得


理想气体混合物的逸度等于其总压.即fv=p=101.325kPa(也能由其他方法计算)。
(b) 液相是非理想溶液,组分逸度可以从活度系数计算,根据系统的特点,应选用对称归一化的活度系数

由于

所以

其中,蒸气压由Antoine方程计算,查附表得纯物质的Antoine常数,并与计算的蒸气压同列于下表。
组分i
Ai
Bi
Ci
p_{i}^{s}=e^{A_i-frac{B_i}{81.48+273.15+C_i}/MPa}
甲醇(1)
9.4138
3477.90
-40.53
0.190
水(2)
9.38760
3826.36
-45.47
0.0503

活度系数γi由Wilson模型计算,由于给定了Wilson模型参数,计算二元系统在T=354.63K和x1=0.582,x2=1-x1=0.418时两组分的活度系数分别是

=0.268+0.418×(0.572-1.045)
=0.0703
γ1=1.07
和

=-0.0653+0.582×(1.045-0.572)
=0.210
γ2=1.23
所以,液相的组分逸度分别是


液相的总逸度可由式(4-24)来计算:


=-2.091
f1=0.124MPa
应该注意:
①在计算液相组分逸度时,并没有用到总压p这个独立变量,原因是在低压条件下,压力对液相的影响很小,可以不考虑;
②本题给定了wilson模型参数,故不需要纯液体的摩尔体积数据,一般用于等温条件下活度系数的计算。若给定能量参数λij-λii时,则还需要用到纯液体的摩尔体积数据,可以查有关手册或用关联式(如修正的Rackett方程)估算。

解析

步骤 1:计算气相组分逸度
由于系统的压力较低,气相可以作理想气体处理,因此组分逸度等于其分压。对于理想气体混合物,组分逸度等于其总压乘以摩尔分数。
步骤 2:计算液相组分逸度
液相是非理想溶液,组分逸度可以从活度系数计算。根据Wilson方程,活度系数γ_i由Wilson模型计算。需要先计算纯物质的蒸气压,再计算活度系数,最后计算组分逸度。
步骤 3:计算纯物质的蒸气压
使用Antoine方程计算纯物质的蒸气压。Antoine方程为:p_i^s = e^{A_i - \frac{B_i}{T + C_i}},其中T为温度,单位为K。
步骤 4:计算活度系数
根据Wilson方程,活度系数γ_i由Wilson模型计算。需要使用给定的Wilson模型参数。
步骤 5:计算组分逸度
根据活度系数和纯物质的蒸气压,计算组分逸度。组分逸度f_i = γ_i * p_i^s。

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