化工进展 ›› 2019, Vol. 38 ›› Issue (04): 1662-1670.DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2018-0468
收稿日期:
2018-03-07
修回日期:
2018-04-23
出版日期:
2019-04-05
发布日期:
2019-04-05
通讯作者:
方涛
作者简介:
杜博文(1993—),男,硕士研究生,研究方向为超临界流体。E-mail:<email>18182428965@163.com</email>。|方涛,教授,博士生导师,研究方向为生物质能、超临界流体、化学储氢、微纳米材料。E-mail:<email>taofang@mail.xjtu.edu.cn</email>。
基金资助:
Bowen DU(),Kang CHEN,Xin DING,Zhao JIANG,Tao FANG()
Received:
2018-03-07
Revised:
2018-04-23
Online:
2019-04-05
Published:
2019-04-05
Contact:
Tao FANG
摘要:
为了解决煤焦油及其轻质化产物中二苯醚的萃取精馏分离问题以及为后续的高效分离过程提供工程数据,本文自行设计并搭建了一套流动法可视化高温高压相平衡测定装置,对二苯醚-二氧化碳体系的相平衡数据进行了测定,测定温度为313.15K、333.15K和353.15K,测定压力为8~18MPa,并使用Peng-Robinson (PR)和Soave-Redlich-Kwong(SRK)状态方程结合Quadratic、Adachi-Sugie、Mathias-Klotz-Prausnitz混合规则对的超临界二氧化碳与二苯醚相平衡数据进行了关联计算,关联结果表明PR和SRK状态方程结合AS混合规则可以获得较为准确的关联结果,而传统二次型混合规则得到的计算结果误差相对较大。此外,关联计算还表明,选择合适的混合规则后,不同状态方程的关联结果相差不大。这表明,对于低挥发性的液体与二氧化碳这类非对称混合物体系,相平衡模拟计算的关键在于选取合适的混合规则。
中图分类号:
杜博文, 陈康, 丁鑫, 姜召, 方涛. 超临界二氧化碳与二苯醚相平衡研究[J]. 化工进展, 2019, 38(04): 1662-1670.
Bowen DU, Kang CHEN, Xin DING, Zhao JIANG, Tao FANG. Phase equilibrium for binary system of diphenyl ether-supercritical carbon dioxide[J]. Chemical Industry and Engineering Progress, 2019, 38(04): 1662-1670.
序号 | 仪器名称和型号 | 生产厂家 |
---|---|---|
1 | 普析G5气相色谱仪 | 北京普析通用仪器有限责任公司 |
2 | CP系列先行者TM电子天平 | 奥豪斯仪器(上海)有限公司 |
3 | 湿式气体流量计 | 天津市泰斯仪器有限公司 |
表1 主要检测仪器
序号 | 仪器名称和型号 | 生产厂家 |
---|---|---|
1 | 普析G5气相色谱仪 | 北京普析通用仪器有限责任公司 |
2 | CP系列先行者TM电子天平 | 奥豪斯仪器(上海)有限公司 |
3 | 湿式气体流量计 | 天津市泰斯仪器有限公司 |
序号 | 试剂名称 | 规格 | 生产厂家 |
---|---|---|---|
1 | 二氧化碳 | 分析纯 | 西安泰达低温设备有限公司气体厂 |
2 | 无水乙醇 | 分析纯 | 国药集团化学试剂有限公司 |
3 | 二苯醚 | ≥98% | 阿拉丁科技(中国)有限公司 |
表2 主要试剂
序号 | 试剂名称 | 规格 | 生产厂家 |
---|---|---|---|
1 | 二氧化碳 | 分析纯 | 西安泰达低温设备有限公司气体厂 |
2 | 无水乙醇 | 分析纯 | 国药集团化学试剂有限公司 |
3 | 二苯醚 | ≥98% | 阿拉丁科技(中国)有限公司 |
数据来源 | 压力 /MPa | x 1 | Sx /% | 压力 /MPa | y 1 | Sy /% |
---|---|---|---|---|---|---|
Chung等[ | 7.81 | 0.571 | — | 7.39 | 0.9982 | — |
9.89 | 0.599 | — | 8.32 | 0.9911 | — | |
13.52 | 0.625 | — | 9.13 | 0.9885 | — | |
19.04 | 0.665 | — | 11.09 | 0.9807 | — | |
19.26 | 0.665 | — | 12.75 | 0.9751 | — | |
23.40 | 0.692 | — | 15.40 | 0.9687 | — | |
28.25 | 0.776 | — | 17.69 | 0.9838 | — | |
21.33 | 0.9560 | — | ||||
26.39 | 0.9419 | — | ||||
本文测定 | 8.3 | 0.5646 | 2.82 | 8.3 | 0.9994 | 0.03 |
10.3 | 0.60875 | 2.36 | 10.3 | 0.9897 | 0.02 | |
12.2 | 0.6228 | 2.49 | 12.2 | 0.9849 | 0.03 | |
14.0 | 0.6361 | 1.13 | 14.0 | 0.9779 | 0.04 | |
17.0 | 0.6598 | 1.03 | 17.0 | 0.9628 | 0.05 |
表3 二氧化碳+二苯甲烷二元体系相平衡实验数据与文献
数据来源 | 压力 /MPa | x 1 | Sx /% | 压力 /MPa | y 1 | Sy /% |
---|---|---|---|---|---|---|
Chung等[ | 7.81 | 0.571 | — | 7.39 | 0.9982 | — |
9.89 | 0.599 | — | 8.32 | 0.9911 | — | |
13.52 | 0.625 | — | 9.13 | 0.9885 | — | |
19.04 | 0.665 | — | 11.09 | 0.9807 | — | |
19.26 | 0.665 | — | 12.75 | 0.9751 | — | |
23.40 | 0.692 | — | 15.40 | 0.9687 | — | |
28.25 | 0.776 | — | 17.69 | 0.9838 | — | |
21.33 | 0.9560 | — | ||||
26.39 | 0.9419 | — | ||||
本文测定 | 8.3 | 0.5646 | 2.82 | 8.3 | 0.9994 | 0.03 |
10.3 | 0.60875 | 2.36 | 10.3 | 0.9897 | 0.02 | |
12.2 | 0.6228 | 2.49 | 12.2 | 0.9849 | 0.03 | |
14.0 | 0.6361 | 1.13 | 14.0 | 0.9779 | 0.04 | |
17.0 | 0.6598 | 1.03 | 17.0 | 0.9628 | 0.05 |
温度/K | 压力/MPa | x 1 | Sx /% | y 1/% | Sy /% |
---|---|---|---|---|---|
353.15 | 8.0 | 0.2765 | 8.36 | 0.9994 | 0.04 |
10.0 | 0.3433 | 6.67 | 0.9991 | 0.02 | |
12.2 | 0.4171 | 1.55 | 0.9983 | 0.01 | |
13.8 | 0.4636 | 2.56 | 0.9976 | 0.02 | |
16.2 | 0.5628 | 2.42 | 0.9954 | 0.03 | |
17.8 | 0.6088 | 2.06 | 0.9913 | 0.03 | |
333.15 | 7.8 | 0.3671 | 7.75 | 0.9996 | 0.04 |
9.8 | 0.4655 | 4.03 | 0.9985 | 0.02 | |
12.0 | 0.5556 | 2.49 | 0.9935 | 0.02 | |
13.8 | 0.6296 | 3.53 | 0.9873 | 0.02 | |
16.4 | 0.6785 | 2.78 | 0.9861 | 0.01 | |
18.0 | 0.7039 | 3.37 | 0.9818 | 0.04 | |
313.15 | 7.8 | 0.6298 | 6.63 | 0.9982 | 0.02 |
10.0 | 0.7064 | 3.14 | 0.9949 | 0.03 | |
11.6 | 0.7239 | 3.55 | 0.9928 | 0.02 | |
13.8 | 0.7463 | 2.96 | 0.9820 | 0.04 | |
16.0 | 0.7757 | 4.63 | 0.9769 | 0.01 | |
18.0 | 0.8002 | 3.03 | 0.9669 | 0.02 |
表4 二氧化碳(1)+二苯醚(2)体系相平衡测定结果
温度/K | 压力/MPa | x 1 | Sx /% | y 1/% | Sy /% |
---|---|---|---|---|---|
353.15 | 8.0 | 0.2765 | 8.36 | 0.9994 | 0.04 |
10.0 | 0.3433 | 6.67 | 0.9991 | 0.02 | |
12.2 | 0.4171 | 1.55 | 0.9983 | 0.01 | |
13.8 | 0.4636 | 2.56 | 0.9976 | 0.02 | |
16.2 | 0.5628 | 2.42 | 0.9954 | 0.03 | |
17.8 | 0.6088 | 2.06 | 0.9913 | 0.03 | |
333.15 | 7.8 | 0.3671 | 7.75 | 0.9996 | 0.04 |
9.8 | 0.4655 | 4.03 | 0.9985 | 0.02 | |
12.0 | 0.5556 | 2.49 | 0.9935 | 0.02 | |
13.8 | 0.6296 | 3.53 | 0.9873 | 0.02 | |
16.4 | 0.6785 | 2.78 | 0.9861 | 0.01 | |
18.0 | 0.7039 | 3.37 | 0.9818 | 0.04 | |
313.15 | 7.8 | 0.6298 | 6.63 | 0.9982 | 0.02 |
10.0 | 0.7064 | 3.14 | 0.9949 | 0.03 | |
11.6 | 0.7239 | 3.55 | 0.9928 | 0.02 | |
13.8 | 0.7463 | 2.96 | 0.9820 | 0.04 | |
16.0 | 0.7757 | 4.63 | 0.9769 | 0.01 | |
18.0 | 0.8002 | 3.03 | 0.9669 | 0.02 |
温度/K | 压力 /MPa | CO2密度 /g·mL-1 | 二苯醚溶解度 /g·(100g CO2)-1 |
---|---|---|---|
353.15 | 8.0 | 0.1640 | 0.2322 |
10.0 | 0.2266 | 0.3484 | |
12.2 | 0.3078 | 0.6586 | |
13.8 | 0.3731 | 0.9304 | |
16.2 | 0.4764 | 1.7873 | |
17.8 | 0.5138 | 3.3940 | |
333.15 | 7.8 | 0.1884 | 0.1547 |
9.8 | 0.2820 | 0.5810 | |
12.0 | 0.4918 | 2.5304 | |
13.8 | 0.6926 | 4.9752 | |
16.4 | 0.7080 | 5.4519 | |
18.0 | 0.7350 | 7.1698 | |
313.15 | 7.8 | 0.2753 | 0.6974 |
10.0 | 0.6259 | 1.9826 | |
11.6 | 0.7051 | 2.8049 | |
13.8 | 0.8052 | 7.0895 | |
16.0 | 0.8512 | 9.1457 | |
18.0 | 0.8949 | 13.2405 |
表5 二苯醚在超临界CO2中的溶解度
温度/K | 压力 /MPa | CO2密度 /g·mL-1 | 二苯醚溶解度 /g·(100g CO2)-1 |
---|---|---|---|
353.15 | 8.0 | 0.1640 | 0.2322 |
10.0 | 0.2266 | 0.3484 | |
12.2 | 0.3078 | 0.6586 | |
13.8 | 0.3731 | 0.9304 | |
16.2 | 0.4764 | 1.7873 | |
17.8 | 0.5138 | 3.3940 | |
333.15 | 7.8 | 0.1884 | 0.1547 |
9.8 | 0.2820 | 0.5810 | |
12.0 | 0.4918 | 2.5304 | |
13.8 | 0.6926 | 4.9752 | |
16.4 | 0.7080 | 5.4519 | |
18.0 | 0.7350 | 7.1698 | |
313.15 | 7.8 | 0.2753 | 0.6974 |
10.0 | 0.6259 | 1.9826 | |
11.6 | 0.7051 | 2.8049 | |
13.8 | 0.8052 | 7.0895 | |
16.0 | 0.8512 | 9.1457 | |
18.0 | 0.8949 | 13.2405 |
状态方程 | 混合规则 | 交互参数个数 | 优化后的参数 | Δx 1 /% | Δy 1 /% | ||
---|---|---|---|---|---|---|---|
k 1,2 | l 1,2 | λ 1,2 | |||||
PR | Quadratic | 2 | 0.0670 | ?0.056 | — | 6.05 | 1.28 |
Adachi-Sugie | 3 | 1.4667 | 0.7892 | ?1.0467 | 4.86 | 0.89 | |
Mathias-Klotz-Prausnitz | 3 | 1.4709 | 0.7922 | 2.0988 | 4.89 | 0.97 | |
SRK | Quadratic | 2 | 0.1502 | 0.0471 | — | 51.61 | 1.03 |
Adachi-Sugie | 3 | 1.4449 | 0.7498 | ?1.0597 | 4.90 | 0.87 | |
Mathias-Klotz-Prausnitz | 3 | 1.5036 | 0.7832 | 2.2060 | 4.96 | 0.96 |
表6 353.15K下SRK、PR状态方程使用不同混合规则关联结果
状态方程 | 混合规则 | 交互参数个数 | 优化后的参数 | Δx 1 /% | Δy 1 /% | ||
---|---|---|---|---|---|---|---|
k 1,2 | l 1,2 | λ 1,2 | |||||
PR | Quadratic | 2 | 0.0670 | ?0.056 | — | 6.05 | 1.28 |
Adachi-Sugie | 3 | 1.4667 | 0.7892 | ?1.0467 | 4.86 | 0.89 | |
Mathias-Klotz-Prausnitz | 3 | 1.4709 | 0.7922 | 2.0988 | 4.89 | 0.97 | |
SRK | Quadratic | 2 | 0.1502 | 0.0471 | — | 51.61 | 1.03 |
Adachi-Sugie | 3 | 1.4449 | 0.7498 | ?1.0597 | 4.90 | 0.87 | |
Mathias-Klotz-Prausnitz | 3 | 1.5036 | 0.7832 | 2.2060 | 4.96 | 0.96 |
温度/K | k | l | λ | Δy 1/% | Δx 1/% |
---|---|---|---|---|---|
313.15 | 1.6097 | 0.8897 | ?1.127817 | 4.76 | 1.02 |
333.15 | ?0.0410 | ?0.1187 | 0.0815 | 4.77 | 1.09 |
353.15 | 1.4667 | 0.7892 | ?1.0467 | 4.86 | 0.95 |
表7 不同温度下PR状态结合AS混合规则关联结果
温度/K | k | l | λ | Δy 1/% | Δx 1/% |
---|---|---|---|---|---|
313.15 | 1.6097 | 0.8897 | ?1.127817 | 4.76 | 1.02 |
333.15 | ?0.0410 | ?0.1187 | 0.0815 | 4.77 | 1.09 |
353.15 | 1.4667 | 0.7892 | ?1.0467 | 4.86 | 0.95 |
a | —— | 状态方程的能量参数 |
a 0 | —— | 能量项的参数 |
B | —— | 状态方程的体积参数 |
c 1 | —— | 能量项的参数 |
kij | —— | 二元交互因子 |
lij | —— | 二元交互因子 |
p | —— | 压力,MPa |
p c | —— | 临界压力,MPa |
R | —— | 气体常数,J/(mol·K) |
T | —— | 温度,K |
T c | —— | 临界温度,K |
T r | —— | 对比温度,K |
v | —— | 摩尔体积,m3/mol |
x | —— | 液相摩尔分数 |
Δx | —— | 液相标准误差 |
y | —— | 气相摩尔分数 |
Δy | —— | 气相标准误差 |
γ | —— | 逸度系数 |
λij | —— | 二元交互因子 |
ρ | —— | 密度 |
ω | —— | 偏心因子 |
下角标 | ||
c | —— | 临界值 |
i | —— | 组分指数 |
j | —— | 组分指数 |
r | —— | 对比 |
缩写 | ||
AS | —— | Adachi-Sugie |
EOS | —— | Equation of State状态方程 |
MKP | —— | Mathias-Klotz-Prausnitz |
PR | —— | Peng-Robinson |
Q | —— | Quadratic 二次型 |
SRK | —— | Soave-Redlich-Kwong |
符号说明
a | —— | 状态方程的能量参数 |
a 0 | —— | 能量项的参数 |
B | —— | 状态方程的体积参数 |
c 1 | —— | 能量项的参数 |
kij | —— | 二元交互因子 |
lij | —— | 二元交互因子 |
p | —— | 压力,MPa |
p c | —— | 临界压力,MPa |
R | —— | 气体常数,J/(mol·K) |
T | —— | 温度,K |
T c | —— | 临界温度,K |
T r | —— | 对比温度,K |
v | —— | 摩尔体积,m3/mol |
x | —— | 液相摩尔分数 |
Δx | —— | 液相标准误差 |
y | —— | 气相摩尔分数 |
Δy | —— | 气相标准误差 |
γ | —— | 逸度系数 |
λij | —— | 二元交互因子 |
ρ | —— | 密度 |
ω | —— | 偏心因子 |
下角标 | ||
c | —— | 临界值 |
i | —— | 组分指数 |
j | —— | 组分指数 |
r | —— | 对比 |
缩写 | ||
AS | —— | Adachi-Sugie |
EOS | —— | Equation of State状态方程 |
MKP | —— | Mathias-Klotz-Prausnitz |
PR | —— | Peng-Robinson |
Q | —— | Quadratic 二次型 |
SRK | —— | Soave-Redlich-Kwong |
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