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adf:vle-lle

如何计算二元相平衡(汽-液平衡、液-液平衡):Gibbs能、过剩Gibbs自由能、过剩焓、过剩熵、总蒸气压和分压

COSMO-RS 可以计算两种组分混合物气液、液液平衡的相关性质。

准备

使用COSMO-RS模块,系统会提示下载一个分子库,这个分子包含大量常用溶剂溶质分子的coskf文件,下载后将存储于ams20*.*/atomicdata/ADFCRS-2018文件夹中:

用户要使用的时候,也可以通过COSMO-RS模块的操作窗口Compounds - Add compounds添加到我们的计算任务中,用于后面的步骤。添加时,可以筛选后缀为*.coskf的文件,将自己需要的分子逐一添加进去,也可以选择后缀为*.compoundlist的文件,将这一类分子全部添加进来,在计算具体性质时,再选择需要的溶剂、溶质即可。

如果库里面没有,用户就需要自行创建*.coskf文件。该文件的创建,应使用AMS中ADF模块,在基组、泛函、相对论方面,才能与COSMO-RS里面的内置参数更加匹配。创建过程参考:如何准备*.coskf文件、生成表面电荷分布图(该教程是以制作H3O+的coskf文件为例),有机分子尤其需要注意同分异构体的问题,需要详细研究确定正确的构型,然后基于正确的构型,生成*.coskf文件。

离子液体,对于COSMO-RS理论来说,是阴离子、阳离子按特定摩尔比的混合物,因此计算气体在离子液体中的溶解度,需要分别准备气体分子的coskf文件,以及离子液体阴离子、阳离子的coskf文件。

Gibbs能、过剩Gibbs自由能、过剩焓、过剩熵

为了更精确的计算,用户可以对窗口列出的所有导入的分子,更精细的描述:选中某个分子,右边会列出该分子的性质,对于气液、液液平衡性质而言,右侧的“Pure compound vapor pressure” “at temperature”,以及“Vapor pressure equation”对气液平衡结果的质量都存在一定影响,如果有实验数据则可以填入,如果没有则可以点击后面的Estimate按钮估算,从而最终结果应更精确。

之后点击Properties → Binary Mixture VLE/LLE。

Number of mixtures这一栏设置不同当摩尔比。摩尔比从0%~100%之间变化。n=填写多少步,例如填写10,则分别计算其中一个组分摩尔比为0%、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%的情况

如果过程是同温的,则在isotherm,isobar,flash point中选择isotherm,其他类似。

之后点击run即保存任务(目录、文件名不要包含中文名和空格,否则会出错)并运行。

窗口右方立即出现结果:

不同摩尔比下的活度系数

右下方,计算结果也以表格的形式给出,其中显示了液体中每种化合物的摩尔(和质量)分数、活度系数、活度、温度、总蒸气压和分蒸气压、摩尔分数。蒸气中每种化合物的分数 (y)、过量吉布斯自由能 G$^E$、过量焓 H$^E$(用吉布斯-亥姆霍兹方程计算)、过量混合熵 -TS$^E$、混合吉布斯自由能 G$^{mix}$,汽化焓 Δ$_{vap}$H (用 Clausius-Clapeyron 方程计算)。

注意

这些数据中所谓的x1、x2、y1、y2、Gamma1、Gamma2、w1、w2含义是固定的,x1、x2分别表示液相中组分1、2的摩尔比,y1、y2分别表示气相中组分1、2的摩尔比(也即各自分压的百分比),Gamma1、Gamma2分别表示两种组分的活度系数,w1、w2分别表示液相中两种组分的质量比。具体可以在Graph → X axes列出的各个选项中看到解释,其他项的含义在Graph → Y axes中可以看到相关的解释。在作图的时候,可以通过选定X axes、Y axes中不同的选项,从而产生不同的曲线图、相图。

例如,点击 Graph → Y Axes → excess energies显示结果:

红色曲线是过剩Gibbs自由能,蓝色是过剩焓,绿色是过剩熵乘以温度T的相反数。

点击 Graph → Y Axes → Gibbs energy of mixing,即显示该二元混合物的混合自由能:

总蒸气压和分压

  • Graph → X Axes → x2: molar fraction 2
  • Graph → Y Axes → partial and total vapor pressures

即显示总蒸气压和蒸气分压与液相中组分2摩尔比的关系。 其中横坐标是液相中组分2摩尔百分比,纵坐标是压强,其中红色曲线为总压强,蓝色、绿色曲线分别为组分1、组分2在气相中的分压。

也可以将坐标轴改为:

  • Graph → X Axes → x2, y2
  • Graph → Y Axes → total vapor pressure

那么产生两天曲线,其中一条横坐标为x2,另一条横坐标为y2,纵坐标为总气压,如下图所示,红色这条横坐标为x2(组分2的液相摩尔比),绿色这条横坐标为y2(组分2的气相摩尔比,实际也等于组分2的分压百分比):

adf/vle-lle.txt · 最后更改: 2023/08/07 20:17 由 liu.jun

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