氣液相平衡，即氣相與液相間的相平衡。對于二元或多元體系的混合物，在封閉條件下，存在氣-液兩相共存的現象。一定溫度和壓力下，兩相達到一種動態平衡時，即該混合物的氣相和液相組成趨于穩定，不隨時間變化，此時這種動態平衡即為該混合物在該條件下（一定溫度和壓力）的氣液相平衡。

圖1：乙醇-水平衡相圖

那么，針對不同樣品體系的特性，選擇合適的壓力條件進行測定，是準確獲取氣液相平衡數據的關鍵。

1

常壓模式

適用于組分沸點適中、熱穩定性較好，且在常壓下不易分解或聚合的體系。

典型案例：乙醇-水作為經典的二元共沸物系，常在常壓下測定氣液相平衡數據，用于驗證熱力學模型（如NRTL、Wilson）的預測能力，指導精餾塔設計。

2

減壓模式

適用于組分沸點較高，或在高溫下易發生熱敏性變化（如分解、聚合、變色）的體系。

典型案例：棕櫚酸甲酯-硬脂酸甲酯二元混合物，沸點超過300?°C，常壓下難以測定，采用減壓（5?~?20?kPa）條件下測定相平衡，為減壓精餾提供基礎數據。此時需配備真空系統，同時對裝置的密封性與完整性提出更高要求。

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加壓模式

適用于常溫下為氣體、或組分沸點低于室溫，以及操作壓力需高于常壓以保持液相存在的體系。

典型案例：如甲烷-乙烷-丙烷三元體系，在0.5?~?5?MPa范圍內測定相平衡，是天然氣處理、液化氣分離的基礎數據來源。此時需配備過壓系統，并確保裝置具備良好的密封性與耐壓性。

Q

分析氣液相平衡數據究竟有什么意義？

分析氣液相平衡數據具有極其重要的意義，它是化學工程、熱力學以及相關過程開發的核心基礎。簡單來說，沒有準確的相平衡數據，就無法進行科學有效的分離過程設計和操作優化。

01

作為化工熱力學的主要研究內容之一，在指導精餾塔、吸收塔等分離過程的設計與優化中具有重大意義。

作為化工基礎數據的重要組成部分，相平衡數據具有重要的理論和實際價值。相平衡數據不僅對化工生產裝置的設計與評估有重大意義，而且對對化工過程工藝的優化也非常重要。例如化工產品需要依賴氣液相平衡數據來計算理論塔板數、確定回流比、選擇操作壓力、估算塔高和塔徑等參數。同時也需要相平衡數據（如亨利常數）來確定吸收劑的用量、所需塔板數以及最佳的操作溫度和壓力。

02

相平衡在自然界和工業界也十分重要，在石油和化工領域有重要指導意義。

物質的相平衡并不是獨立的，而是與空間、壓力、溫度和組成相關。相平衡研究從二元體系的氣液相平衡到多元體系的相平衡慢慢發展。雖然二元或者三元組分的相平衡只是實際情況的一種簡化，因為在通常情況下，會有更多組分是共同存在的，但是，相關研究表明這些二元或三元組分的相平衡數據對于多元體系的相平衡研究是有代表性和指導意義的。

03

二元或多元體系混合物的氣液相平衡是確定理論蒸餾級數及其他蒸餾條件的重要基礎。

圖2：相圖與蒸餾理論塔板數的關聯

盡管通過文獻查詢、理論計算能得到大量的氣液相平衡數據，但隨著化工生產的不斷發展，這些數據遠不能滿足需求。許多物系的相平衡數據，很難由理論直接計算得到，必須由實驗測定分析。因此，越來越多的學者通過實驗獲取或驗證相平衡數據。

那么，在傳統的氣液相平衡實驗時，往往會遇到哪些問題？

●   高沸點樣品：樣品組成沸點較高，常壓條件已不能滿足使用要求，要求裝置配備真空系統，同時也要求裝置的密封性和完整性；

●   氣體樣品：部分氣體樣品在常溫常壓下難以測試，需配備過壓系統，并確保裝置具備良好的密封性與耐壓性。

●   平衡建立緩慢：缺乏雙循環冷凝裝置，導致氣相可能夾帶小液滴，液相易出現返混，影響平衡效率。

●   實驗繁瑣：大量重復性驗證實驗耗時耗力，大量數據無法直接回歸成熱力學模型參數。

●   取樣困難：尤其在真空或過壓條件下，取樣效率低，準確度與重復性難以保障。

Pilodist自動氣液相平衡裝置VLE110A可以幫助您解決上述問題！

01

從減壓到過壓，均有解決方案。相平衡裝置配備真空操作模塊、過壓操作模塊以及相平衡釜的伴熱裝置，低真空度到1mbar，過壓操作到3bar（絕壓）。

02

相平衡裝置需為一體化設計，集成相平衡釜、混合室、加熱系統、汽液兩相冷卻系統等，其中相平衡釜為雙層夾套設計，且最外層鍍銀，盡可能保證絕熱操作。

03

儀器優良的設計，樣品在進入相平衡釜之前，氣液混合物在擴展交換區強烈傳質，確保氣液兩相之間能迅速達到平衡，氣液分離室的設計確保液滴不會進入汽相，液相出來后避免返混。而且氣液兩相可單獨取樣，均為液體，方便GC進樣分析。

圖4 ：VLE循環主體結構圖

04

儀器能夠快速達到相平衡狀態：這是由于體系中同時有氣相和液相兩相在體系內循環，在冷凝后，同時回到混合倉內（1.1）中。

在進入氣液分離室之前（1），氣液相的混合物會經過一個加長的接觸區域（1.2）以確保氣液間進行強烈的傳質，該氣液分離室的設計可以有效的避免液相被夾帶進入氣相。隨后經過各自的冷凝器，氣相和液相又會回到混合倉中。

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采用IP65工業觸控電腦+相平衡控制軟件，操作簡便，不僅可顯示設置值和實際值、控制加熱溫度、真空度、控制電磁閥取樣等，還可以查看過程壓力穩定性，整個過程參數可追溯，數據穩定、結果可靠。

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靈活的取樣方式——三種取樣方式收集氣相、液相樣品，通過控制電磁閥分別從氣相或液相取樣；也可以使用氣密性的注射器直接從流體循環回路中抽取氣液兩相樣品；針對存在混溶間隙的樣品可以通過取樣針取樣。

① 通過控制電磁閥，分別從接收器5A氣相取樣，接收器5B液相取樣；

② 通過氣密性注射器，分別從1.15氣相取樣口取樣，1.16液相取樣口取樣；

③ 針對不互溶體系，可以用取樣針從取樣口1.5氣相取樣，從1.14液相取樣。

環己醇 + 環己基苯二元體系在 (5, 10, 15, 20 和 25) kPa 下的等壓氣液平衡

二甲基琥珀酸酯、二甲基戊二酸酯和二甲基己二酸酯三種二元體系在2、5.2和8.3 kPa下的等壓氣液平衡

2、5 和 8 kPa 下（琥珀酸二甲酯 + 戊二酸二甲酯 + 己二酸二甲酯）三元等壓氣液平衡數據的測定與關聯

2-甲基吡啶 + 2-乙烯基吡啶在 (1.9、4.0 和 5.3) kPa 下的等壓氣液平衡

常壓蒸餾分離甲基環戊烷、環己烷和甲基環己烷混合物

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