一种利用静电场改变二元混合物体系蒸馏条件的方法 |
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| 申请号 | CN202110355061.X | 申请日 | 2021-04-01 | 公开(公告)号 | CN113198201A | 公开(公告)日 | 2021-08-03 |
| 申请人 | 华南理工大学; | 发明人 | 韩光泽; 陈俊岩; 胡秋霞; 陈明东; | ||||
| 摘要 | 本 发明 属于化工热 力 学工程应用领域方面，涉及一种利用静 电场 改变二元混合物体系蒸馏条件的方法，包括：确定压强下，对组成一定的二元混合物体系施加方向与相界面平行的静电场可使二元混合物体系的 温度 ‑组成 相图 向温度上升的方向移动，二元混合物体系的泡点温度和 露点 温度相较于无静电场作用时升高；确定压强下，对组成一定的二元混合物体系施加方向与相界面垂直的静电场可使二元混合物体系的温度‑组成相图向温度降低的方向移动，二元混合物体系的泡点温度和露点温度相较于无静电场作用时降低。本发明通过对二元混合物体系提供较小的 电能 来改变体系的气液平衡条件，有利于利用静电场提高蒸馏效率，强化气液传质分离过程，减少能耗。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种利用静电场改变二元混合物体系蒸馏条件的方法，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 一种利用静电场改变二元混合物体系蒸馏条件的方法技术领域背景技术[0002] 在工业生产中常常要将产物从与之互溶的原料、中间产物、副产品等中分离出来以符合工业生产所要求的浓度标准，其中蒸馏或精馏是应用最为广泛的互溶液体混合物的分离技术。蒸馏分离是利用不同混合物间各组分挥发性的差异，通过气液两相间动力学传质来实现分离的热力学分离工艺。由于操作简便、可适用范围广泛、操作过程中不会引入新的杂质等优点，它在工业领域占据着举足轻重的地位。然而，在大规模工业生产中，其高能耗及低效率的弊端也被无限放大。因此，将过程强化技术应用于蒸馏操作以提高生产效率和增强资源利用率具有广阔的发展前景。过程强化主要包括利用声场、重力场、静电场及电磁辐射等能量形式有效地提高传热传质效率。相较于其他几种形式的能量，静电场由于具有优良的可控性及较高的能源效率已被广泛应用于分离过程和传热操作中。 [0003] 蒸馏操作是通过对混合物体系进行加热使其部分气化，最终轻组分在气相增浓富集，而重组分在液相增浓富集从而实现物质的初步分离。整个过程是气液两相间进行传质的过程，混合物体系达到气液平衡是传质过程的极限。可见，气液平衡是蒸馏操作的主要限制之一。另外，根据蒸馏混合物体系中组分数目的不同可将蒸馏划分为二元蒸馏和多元蒸馏。工业上涉及到的通常是多元蒸馏，但是多元蒸馏是建立在二元蒸馏的基础之上的，并且某些多元蒸馏问题往往可以用二元蒸馏的方法逐一处理。因此，探究静电场对二元混合物体系气液平衡的影响对于提高电场强化蒸馏过程中组分的分离效率有着极为重要的意义。 发明内容[0004] 为了解决现有蒸馏单元操作由于气液平衡方面的限制造成蒸馏效率低和耗能高问题，本发明提供一种利用静电场改变二元混合物体系蒸馏条件的方法。 [0005] 本发明采用如下技术方案来实现： [0006] 一种利用静电场改变二元混合物体系蒸馏条件的方法，包括： [0008] 确定压强下，对组成一定的二元混合物体系施加方向与相界面垂直的静电场可使二元混合物体系的温度‑组成相图向温度降低的方向移动，二元混合物体系的泡点温度和露点温度相较于无静电场作用时降低。 [0009] 优选地，对于温度、压强和体系组成固定的状态点，平行于相界面的静电场可以使在无静电场作用时处于气相区的状态点在新的平衡下处于气液共存区，也可以使在无静电场作用时处于气液共存区的该状态点在新的平衡下处于液相区。 [0010] 优选地，对于温度、压强和体系组成固定的状态点，垂直于相界面的静电场可以使在无静电场作用时处于液相区的状态点在新的平衡下处于气液共存区，也可以使在无静电场作用时处于气液共存区的状态点在新的平衡下处于气相区。 [0011] 优选地，利用静电场改变二元混合物体系蒸馏条件的方法还包括： [0012] 确定的压强和平衡温度下，在平行于相界面的静电场作用下，易挥发组分在气相和液相中的平衡组成都增加，相当于在无静电场作用的常规条件下的降温操作或增压操作； [0013] 确定的压强和平衡温度下，在垂直于相界面的静电场作用下，易挥发组分在气相和液相中的平衡组成都减少，相当于在无静电场作用的常规条件下的升温操作或降压操作。 [0014] 优选地，确定的压强和平衡温度下对于组成一定的二元混合物体系，施加方向与相界面平行的静电场使二元混合物体系的液相量增加，气相量减少。 [0015] 优选地，确定的压强和平衡温度下对于组成一定的二元混合物体系，施加方向与相界面垂直的静电场使二元混合物体系的气相量增加，液相量减少。 [0016] 优选地，利用静电场改变二元混合物体系蒸馏条件的方法还包括： [0017] 温度和液相组成一定的二元混合物体系，施加静电场的方向与相界面平行时，二元混合物体系的平衡蒸气压降低； [0018] 温度和液相组成一定的二元混合物体系，施加静电场的方向与相界面垂直时，二元混合物体系的平衡蒸气压上升。 [0019] 优选地，当静电场施加方向与相界面法线夹角一定时，在确定温度及压强下，电场强度越大，静电场对二元混合物体系气液平衡的影响越显著。 [0020] 优选地，二元混合物体系中各组分的液相介电常数越大，静电场对二元混合物体系气液平衡的影响越显著。 [0021] 优选地，二元混合物体系为二元混合物气液平衡体系，气相和液相均只含有组分1和组分2，为封闭体系与外界不存在物质交换。 [0023] 本发明与现有技术相比，具有以下有益效果： [0024] (1)通过对二元混合物体系施加一定强度的静电场可以打破体系原有的平衡态建立新的平衡。对于其他条件均与无静电场作用时相同的二元混合物体系相比，电场强度越大，二元混合物体系平衡的改变越显著。 [0025] (2)确定压强下，对二元混合物体系施加方向与相界面平行的静电场可使二元混合物体系的泡点温度和露点温度相较于无静电场作用时有所升高。此特性，平行于相界面的一定电场强度的静电场可以使在无静电场作用时处于气相区的状态点在新的平衡下处于气液共存区；相反地，也可以使在无静电场作用时处于气液共存区的状态点在新的平衡下处于液相区。 [0026] (3)确定压强下，对二元混合物体系施加方向与相界面垂直的静电场可使二元混合物体系泡点温度和露点温度相较于无静电场作用时有所降低。由此特性，垂直于相界面的一定电场强度的静电场可以使在无静电场作用时处于液相区的状态点在新的平衡下处于气液共存区；相反地，也可以使在无静电场作用时处于气液共存区的状态点在新的平衡下处于气相区。 [0027] (4)确定的压强和平衡温度下，在平行于相界面的静电场作用下，易挥发组分在气相和液相中的平衡组成都增加。这相当于在无静电场作用的常规条件下的降温操作或增压操作。而在垂直于相界面的静电场作用下，易挥发组分在气相和液相中的含量都减少。这相当于在无静电场作用的常规条件下的升温操作或降压操作。 [0028] (5)由于确定的压强和平衡温度下，在平行于相界面的静电场作用下，易挥发组分在气相和液相中的平衡组成增加，那么由杠杆规则可知易挥发组分在液相中的含量必然增加而其在气相中的含量必然减少。相对应地，由于在垂直于相界面的静电场作用下，易挥发组分在气相和液相中的平衡组成减小，那么由杠杆规则可知易挥发组分在液相中的含量必然减小而其在气相中的含量必然增加。 [0029] (6)确定温度下对液相组成一定的二元混合物体系，相对于无静电场作用时施加平行于相界面静电场可使二元混合物体系的平衡蒸气压降低，而施加垂直于相界面静电场则使二元混合物体系的平衡蒸气压升高。 [0031] (8)本发明详述了静电场对二元混合物体系的气液平衡的影响机制，利用该机制可根据实际生产要求对待分离的二元混合物体系施加一定方向和强度的静电场改变平衡时的温度和体系压强以达到强化蒸馏分离、提高蒸馏速率和分离效率的目的。 [0032] (9)本发明对二元混合物体系施加静电场改变平衡态后建立了新的气液平衡，可在相应条件下改变二元混合物体系的泡点温度、露点温度及平衡蒸气压，利用此机制可以达到强化蒸馏分离的目的。 [0034] 图1是静电场施加方向与气液两相界面的法线呈一定角度的示意图； [0035] 图2是一个实施例中确定温度下对液相组成一定的甲醇‑乙醇混合物体系在不同静电场强度下的平衡蒸气压随静电场施加方向与相界面法线夹角之间的变化曲线； [0036] 图3是一个实施例中在不同的静电场施加条件下甲醇‑乙醇混合物体系的温度‑组成相图。 具体实施方式[0037] 为了更好地理解本发明的内容，下面结合附图和实施例对本发明进一步地说明，但本发明要求保护的范围并不限于此。 [0038] 本发明原理包括：首先，固定压强下，对组成一定的二元混合物体系施加静电场作用可以使混合物的泡点温度及露点温度相对于无静电场作用时发生改变。由此特性，在确定压强下对于组成固定的二元混合物体系，可通过静电场作用使二元混合物体系在液相、气液平衡和气相间发生转变。其次，确定的压强和平衡温度下对于组成一定的二元混合物体系施加静电场作用可以改变易挥发组分的平衡组成并改变其在液相中和气相中的含量。另外，在液相组成及温度不变的条件下，静电场作用可以改变体系气液平衡蒸气压。上面所述改变相对于无静电场作用时究竟是增加还是减少均由所施加的静电场的方向与相界面法向间的夹角决定。而改变的大小则由所施加静电场的电场强度和混合物本身的物理性质决定。本发明通过对二元混合物体系提供较小的电能来改变体系的气液平衡条件，这一机制有利于将静电场应用于蒸馏单元操作中以提高蒸馏效率，强化气液传质分离过程减少能耗。 [0039] 从本发明的理论基础来说，一种利用静电场改变二元混合物体系蒸馏条件的方法，包括： [0040] ①、确定压强下，对二元混合物体系施加方向与相界面平行的静电场可使二元混合物体系的温度‑组成相图向温度上升的方向移动，二元混合物体系的泡点温度和露点温度相较于无静电场作用时升高。因此，对于温度、压强和体系组成固定的状态点，平行于相界面的静电场可以使在无静电场作用时处于气相区的状态点在新的平衡下处于气液共存区，也可以使在无静电场作用时处于气液共存区的状态点在新的平衡下处于液相区。 [0041] ②、确定压强下，对二元混合物体系施加方向与相界面垂直的静电场可使二元混合物体系的温度‑组成相图向温度降低的方向移动，二元混合物体系泡点温度和露点温度相较于无静电场作用时降低。因此，对于温度、压强和体系组成固定的状态点而言，垂直于相界面的静电场可以使在无静电场作用时处于液相区的状态点在新的平衡下处于气液共存区，也可以使在无静电场作用时处于气液共存区的状态点在新的平衡下处于气相区。 [0042] ③、确定的压强和平衡温度下，在平行于相界面的静电场作用下，易挥发组分在气相和液相中的平衡组成都增加。这相当于在没有静电场作用的常规条件下的降温操作或增压操作。 [0043] ④、确定的压强和平衡温度下，在垂直于相界面的静电场作用下，易挥发组分在气相和液相中的平衡组成都减少。这相当于在没有静电场作用的常规条件下的升温操作或降压操作。 [0044] ⑤、确定的压强和平衡温度下对于二元混合物体系，施加方向与相界面平行的静电场可使系统的液相量增加，气相量减少。 [0045] ⑥、温度和液相组成一定的二元混合物体系，施加静电场的方向与相界面平行时，体系的平衡蒸气压降低。 [0046] ⑦、确定的压强和平衡温度下对于二元混合物体系，施加方向与相界面垂直的静电场可使体系的气相量增加，液相量减少。 [0047] ⑧、温度和液相组成一定的二元混合物体系，施加静电场的方向与相界面垂直时，体系的平衡蒸气压上升。 [0048] 对于①‑⑧，可结合图1进行理解，本实施例中混合物均视为理想混合物。上标“G””、“L””、“*”分别表示气相、液相和纯物质；上标“′”表示的是在静电场作用下。所施加的静电场为均匀静电场；电场强度E指气相中电场强度，液相电场强度通过边界条件求得，其中 分别为液相和气相中垂直于相界面方向上的电位 移分量， 则分别为液相和气相中平行于相界面方向的电场强度分量。 [0049] 在多元理想混合气体体系中任一组分i的化学势μiG(T,p)为： [0050] μiG(T,p)＝μi*G(T,p)+RTlnyi (1) [0051] 其中：yi为组分i在气相中占据的摩尔组成；μi*G(T,p)表示纯组分i气体在温度为T压强为p时的化学势；其中R为理想气体常数；T为体系所处的温度。 [0052] 多元理想混合液体体系中任一组分i的化学势μiL(T,p)表达式： [0053] μiL(T,p)＝μi*L(T,p)+RTlnxi (2) [0054] 其中：xi为组分i在液相中占据的摩尔组成；μi*L(T,p)表示纯液体组分i在给定压强为p，温度为T时的化学势；R为理想气体常数；T为体系所处的温度。 [0055] 对于均匀电场作用下的电介质系统，由于静电场的作用，气相对液相产生一个附加力从而使得气液平衡时液相的真实压强由原来的p变成实际的p+Δp，Δp的表达式为： [0056] [0058] 气液平衡时，静电场作用下的化学势平衡判据为：μ′G(T,p′)＝μ′L(T,p′+Δp)，其G L中：μ′(T,p′)为电场作用下气相的化学势；μ′(T,p′+Δp)为静电场作用下液相的化学势。 而静电场作用下的等效化学势的表达式为： 其中：ε0为真空介电常数； 由Clausius‑Mossotti定律可推得ερ＝(ε‑1)(ε+2)/(3ρ)此处ε和ρ分别为二元混合物的介电常数和密度，Mi为组分i的相对分子质量；μi为无静电场作用时的化学势；上标“′”表示静电场作用下的物理量。 [0059] 由此可以推导得到静电场作用下气液两相平衡时，二元混合物中组分i在气相中的分压与其在液相中的摩尔分数之间的关系： [0060] [0061] 其中：p′i为静电场作用下二元混合物组分i的分压；x′i为静电场作用下二元混合物组分i液相的摩尔分数； 为无电场作用下二元混合物纯组分i的分压；p为二元混合物体系的总压；Δp为由静电场的作用气相对液相产生的一个附加力所造成的压强； 为液相的摩尔体积；ε0为真空介电常数；Mi为二元混合物中组分i的摩尔质量；E为电场强度；R为普适气体常数；T为体系的温度。 [0062] 对于二元混合物体系来讲，体系的总压是不变的，静电场只会对体系的组分分压有所影响。总压与各组元分压之间满足分压定律p＝p′1+p′2，p′1为静电场作用下二元混合物中组分1的分压；p′2为静电场作用下二元混合物中组分2的分压。当组分1的分压升高时，相对的组分2的分压就会有所降低；相对而言，当组分1的分压降低，则组分2的分压就会有所升高。由式(4)得气相总压的表达式为： [0063] [0064] 而对于静电场作用下二元混合物中气相的摩尔分数，可通过p′i＝y′ip去求解，yi'是静电场作用下二元混合物体系中组分i气相的摩尔分数。具体地，其表达式为： [0065] [0066] 对于给定的二元混合物体系，当温度T、总压p、电场强度E及电场施加角度θ给定时，Δp、ερ均仅为x′1、y′1的函数。因此当静电场施加条件已知时，只要知道x′1、y′1、T、p中任意两个，那么式(5)、(6)可看作关于另外两个参数的隐函数方程组，可通过数值方法求解其具体的值。 [0067] 实施例1 [0068] 本实施例选用甲醇‑乙醇二元混合物体系进行说明。 [0069] 压强是15kPa，对于液相初始组成x1＝0.4混合物溶液，其在无静电场作用时的泡7 点温度为302.46K，露点温度为304.30K。在电场强度为8×10 V/m静电场作用下，当静电场施加方向与相界面夹角θ＝90°即静电场的方向平行于相界面时，泡点温度为302.69K，增加了0.23K，增加0.08％；露点温度为304.54K，增加了0.24K，增加0.08％；当静电场施加方向与相界面夹角θ＝0°即静电场的方向垂直于相界面时，泡点温度为302.43K，减小了0.03K， 8 减小0.01％；露点温度为304.27K，减小了0.04K，减小0.01％。在电场强度为2×10V/m静电场作用下，当静电场施加方向与相界面夹角θ＝90°即静电场的方向平行于相界面时，泡点温度为303.87K，增加了1.42K，增加0.47％；露点温度为305.79K，增加了1.49K，增加 0.49％；当静电场施加方向与相界面夹角θ＝0°即静电场的方向垂直于相界面时，泡点温度为302.24K，减小了0.22K，减小0.07％；露点温度为304.08K，减小了0.22K，减小0.07％。 [0070] 温度是300K时，压强是15kPa，此时轻组分甲醇的液相平衡组成x1＝0.6063,气相7 平衡组成y1＝0.7459。在电场强度为8×10 V/m静电场作用下，当静电场施加方向与相界面夹角θ＝90°即静电场的方向平行于相界面时，液相平衡组成x1＝0.6265，增加了0.0203，增加3.35％；气相平衡组成y1＝0.7627，增加了0.0168，增加2.25％。当静电场施加方向与相界面夹角θ＝0°即静电场的方向垂直于相界面时，液相平衡组成x1＝0.6031，减小了 0.0031，减小0.51％；气相平衡组成y1＝0.7433，减小了0.0026，减小0.35％。在电场强度为 8 2×10 V/m静电场作用下，当静电场施加方向与相界面夹角θ＝90°即静电场的方向平行于相界面时，液相平衡组成x1＝0.7370，增加了0.1308，增加21.57％；气相平衡组成y1＝ 0.8463，增加了0.1004，增加13.46％。当静电场施加方向与相界面夹角θ＝0°即静电场的方向垂直于相界面时，液相平衡组成x1＝0.5869，减小了0.0194，减小3.20％；气相平衡组成y1＝0.7295，减小了0.0164，减小2.21％。 [0071] 温度是305K时，压强是15kPa，此时轻组分甲醇的液相平衡组成x1＝0.2121,气相7 平衡组成y1＝0.3358。在电场强度为8×10 V/m静电场作用下，当静电场施加方向与相界面夹角θ＝90°即静电场的方向平行于相界面时，液相平衡组成x1＝0.2283，增加了0.0162，增加7.65％；气相平衡组成y1＝0.3582，增加了0.0223，增加6.65％。当静电场施加方向与相界面夹角θ＝0°即静电场的方向垂直于相界面时，液相平衡组成x1＝0.2097，减小了 0.0024，减小1.11％；气相平衡组成y1＝0.3326，减小了0.0033，减小0.98％。在电场强度为 8 2×10 V/m静电场作用下，当静电场施加方向与相界面夹角θ＝90°即静电场的方向平行于相界面时，液相平衡组成x1＝0.3146，增加了0.1026，增加48.36％；气相平衡组成y1＝ 0.4695，增加了0.1337，增加39.81％。当静电场施加方向与相界面夹角θ＝0°即静电场的方向垂直于相界面时，液相平衡组成x1＝0.1974，减小了0.0147，减小6.92％；气相平衡组成y1＝0.3153，减小了0.0206，减小6.13％。 [0072] 温度为300K，对于液相平衡组成x1＝0.4的混合溶液,其在无静电场作用时气相总7 压13189Pa。在电场强度为8×10 V/m静电场作用下，当静电场施加方向与相界面夹角θ＝ 90°即静电场的方向平行于相界面时，气相总压13032Pa，减小了157Pa，减小1.19％。在电场 8 强度为2×10 V/m静电场作用下，当静电场施加方向与相界面夹角θ＝90°即静电场的方向平行于相界面时，气相总压12238Pa，减小了951Pa，减小7.21％。 [0073] 温度为300K，对于液相平衡组成x1＝0.8的混合溶液,其在无静电场作用时气相总7 压16701Pa。在电场强度为8×10 V/m静电场作用下，当静电场施加方向与相界面夹角θ＝ 90°即静电场的方向平行于相界面时，气相总压16504Pa，减小了197Pa，减小1.18％。在电场 8 强度为2×10 V/m静电场作用下，当静电场施加方向与相界面夹角θ＝90°即静电场的方向平行于相界面时，气相总压15510Pa，减小了1191Pa，减小7.17％。 [0074] 实施例2 [0075] 本实施例选用R32‑R22二元混合物体系进行说明。 [0076] 压强是200kPa，对于液相初始组成x1＝0.4混合溶液，其在无静电场作用时的泡点7 温度为241.98K，露点温度为243.50K。在电场强度为8×10 V/m静电场作用下，当静电场施加方向与相界面夹角θ＝90°即静电场的方向平行于相界面时，泡点温度为242.08K，增加了 0.10K，增加0.04％；露点温度为243.50K，增加了0.12K，增加0.05％；当静电场施加方向与相界面夹角θ＝0°即静电场的方向垂直于相界面时，泡点温度为241.90K，减小了0.08K，减 8 小0.03％；露点温度为243.42K，减小了0.07K，减小0.03％。在电场强度为2×10V/m静电场作用下，当静电场施加方向与相界面夹角θ＝90°即静电场的方向平行于相界面时，泡点温度为242.60K，增加了0.63K，增加0.26％；露点温度为244.23K，增加了0.74K，增加0.30％； 当静电场施加方向与相界面夹角θ＝0°即静电场的方向垂直于相界面时，泡点温度为 241.50K，减小了0.47K，减小0.20％；露点温度为243.04K，减小了0.46K，减小0.19％。 [0077] 温度是240K时，压强是200kPa，此时轻组分R32的液相平衡组成x1＝0.5648，气相7 平衡组成y1＝0.6866。在电场强度为8×10 V/m静电场作用下，当静电场施加方向与相界面夹角θ＝90°即静电场的方向平行于相界面时，液相平衡组成x1＝0.5746，增加了0.0098，增加1.74％；气相平衡组成y1＝0.6982，增加了0.0116，增加1.69％。当静电场施加方向与相界面夹角θ＝0°即静电场的方向垂直于相界面时，液相平衡组成x1＝0.5574，减小了 0.0073，减小1.30％；气相平衡组成y1＝0.6797，减小了0.0069，减小1.01％。在电场强度为 8 2×10 V/m静电场作用下，当静电场施加方向与相界面夹角θ＝90°即静电场的方向平行于相界面时，液相平衡组成x1＝0.6270，增加了0.0622，增加11.02％；气相平衡组成y1＝ 0.7581，增加了0.0716，增加10.42％。当静电场施加方向与相界面夹角θ＝0°即静电场的方向垂直于相界面时，液相平衡组成x1＝0.5203，减小了0.0444，减小7.87％；气相平衡组成y1＝0.6439，减小了0.0426，减小6.21％。 [0078] 温度是245K时，压强是200kPa，此时轻组分R32的液相平衡组成x1＝0.1767，气相7 平衡组成y1＝0.2651。在电场强度为8×10 V/m静电场作用下，当静电场施加方向与相界面夹角θ＝90°即静电场的方向平行于相界面时，液相平衡组成x1＝0.1836，增加了0.0069，增加3.89％；气相平衡组成y1＝0.2754，增加了0.0103，增加3.90％。当静电场施加方向与相界面夹角θ＝0°即静电场的方向垂直于相界面时，液相平衡组成x1＝0.1725，减小了 0.0042，减小2.38％；气相平衡组成y1＝0.2592，减小了0.0059，减小2.22％。在电场强度为 8 2×10 V/m静电场作用下，当静电场施加方向与相界面夹角θ＝90°即静电场的方向平行于相界面时，液相平衡组成x1＝0.2196，增加了0.0429，增加24.30％；气相平衡组成y1＝ 0.3297，增加了0.0647，增加24.39％。当静电场施加方向与相界面夹角θ＝0°即静电场的方向垂直于相界面时，液相平衡组成x1＝0.1512，减小了0.0255，减小14.41％；气相平衡组成y1＝0.2291，减小了0.0359，减小13.55％。 [0079] 温度为240K，对于液相平衡组成x1＝0.4的混合物溶液，其在无静电场作用时气相7 总压183591Pa。在电场强度为8×10 V/m静电场作用下，当静电场施加方向与相界面夹角θ＝90°即静电场的方向平行于相界面时，气相总压182761Pa，减小了830Pa，减小0.45。在电 8 场强度为2×10V/m静电场作用下，当静电场施加方向与相界面夹角θ＝90°即静电场的方向平行于相界面时，气相总压178593Pa，减小了4998Pa，减小2.72％。 [0080] 温度为240K，对于液相平衡组成x1＝0.8的混合物溶液，其在无静电场作用时气相7 总压223437Pa。在电场强度为8×10 V/m静电场作用下，当静电场施加方向与相界面夹角θ＝90°即静电场的方向平行于相界面时，气相总压222053Pa，减小了1384Pa，减小0.62％。在 8 电场强度为2×10V/m静电场作用下，当静电场施加方向与相界面夹角θ＝90°即静电场的方向平行于相界面时，气相总压215216Pa，减小了8221Pa，减小3.68％。 [0081] 结合图2进一步对①、⑤进行理解。 [0082] 图2是压强为15kPa时，由式(5)、(6)所做的甲醇‑乙醇二元混合体系在不同静电场条件下的温度‑组成相图。图2上实线表示无静电场作用时的温度‑组成曲线，虚线表示在电8 场强度E＝2×10V/m的平行于相界面的静电场作用下的温度‑组成曲线，点线表示在电场 8 强度E＝4×10V/m的垂直于相界面的静电场作用下的温度‑组成曲线。图2中状态点A在无 8 静电场作用时处于过热蒸汽区即气相区，而在电场强度E＝2×10V/m的平行于相界面的静电场作用时处于气液共存区；图2中状态点B在无静电场作用时处于气液共存区，而在电场 8 强度E＝2×10V/m的平行于相界面的静电场作用时处于过冷液体区即液相区，而在电场强 8 度E＝4×10 V/m的垂直于相界面的静电场作用时处于过热蒸汽区即气相区；图2中状态点C 8 在无静电场作用时处于过冷液体区即液相区，而在电场强度E＝4×10 V/m的垂直于相界面的静电场作用时处于气液共存区。 [0083] 理解③、⑦需要先了解杠杆规则，杠杆规则表示多组分系统两相平衡时，两相的数量之比与两相组成及系统组成之间的关系。对于二元混合物体系组成以易挥发组分的摩尔L G分数表示，体系组成及气液两相组成分别为x0、y、x，气液两相的物质的量分别为n、n ，由杠杆规则可得到 在②和⑥中已经说明确定的压强和平衡温度下，在平行于相界 L G 面的静电场作用下，易挥发组分在气相和液相中的平衡组成都增加即y，x均增大，那么n /n增大，即液相量增加，气相量减少。而在垂直于相界面的静电场作用下，易挥发组分在气相L G 和液相中的平衡组成都减小即y、x均减小，那么n/n减小，即液相量减少，气相量增加。 [0084] 结合图3进一步对④、⑧进行理解。 [0085] 图3是温度为300K，液相组成x1＝0.5的甲醇‑乙醇二元混合物体系在不同电场强度作用下的气相总压与电场施加角度之间的关系曲线。图3上实线、虚线及点线分别表示无7 8 静电场作用时、电场强度E＝8×10V/m静电场作用下、电场强度E＝2×10 V/m的静电场作用下的气相总压‑电场施加角度曲线。在无静电场作用下，气相总压为14067Pa，而θ＝0时，在 7 电场强度E＝8×10V/m静电场作用下，气相总压为14093Pa，增加了26Pa，增加0.18％，在电 8 场强度E＝2×10 V/m静电场作用下，气相总压为14228Pa，增加了161Pa，增加1.14％；θ＝90 7 时，在电场强度E＝8×10 V/m静电场作用下，气相总压为13901Pa，减小了166Pa，减小 8 1.18％；在电场强度E＝2×10V/m静电场作用下，气相总压为13062Pa，减小了1005Pa，减小 7.14％。可见，当静电场的作用方向垂直于气液相界面时(θ＝0)，蒸气压相较于无静电场作用时有所升高，而当静电场的作用方向平行于气液相界面时(θ＝π/2)，气相总压降低，并且θ＝0时气相总压增加的幅度远小于θ＝π/2气相总压减小的幅度。 [0086] 从以上各实施例可知，平衡改变的程度与静电场的作用方向密切相关，不同的作用方向会导致不同的结果；而它们改变的大小则决定于电场强度及混合物中各组元的相对分子质量、密度及介电常数等物理性质；相同外界及静电场条件下，平行于相界面的静电场对气液平衡的影响远大于垂直于相界面的静电场对气液平衡的影响。以上各实施例具有如下规律： [0087] (1)二元混合物体系中各组分的液相介电常数越大，静电场对二元混合物体系气液平衡的影响越显著；即混合物中各组分的液相介电常数越大，受静电场影响的参数也相应地改变得越多。 [0088] (2)温度越低，在静电场作用下易挥发组分的两相平衡组成变化越明显；即确定压强下所对应的混合物泡点温度及露点温度温度越低，轻组分的平衡组成变化越大。 [0089] (3)确定的压强和温度下对于组成一定的二元混合物体系，施加方向与相界面平行的静电场可使体系的液相量增加，气相量减少；施加方向与相界面垂直的静电场可使体系的液相量减少，气相量增加。 [0090] (4)确定压强下，对于某温度和组成一定的状态点而言，可通过静电场改变其在温度‑组成相图中所处的相区。 [0091] (5)对于温度和液相组成一定的二元混合物体系，平行于相界面的静电场使平衡所需的总压强降低且易挥发组分(轻组分)的含量越大总压强下降地越明显。 [0092] (6)静电场施加方向与相界面平行时对体系气液平衡的影响与静电场施加方向与相界面垂直时对体系气液平衡的影响完全相反，且前者的影响远大于后者。 [0093] (7)当静电场施加方向与相界面法线夹角一定时，在确定温度及压强下，电场强度越大，静电场对二元混合物体系气液平衡的影响越显著。 [0094] 本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。 |
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