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摘 要

超临界二氧化碳（SC-CO₂）具有很多出色的性质，使得它在超临界萃取和各种化学反应等领域中可以得到应用。所以，超临界CO₂相平衡数据的获得与计算成为人们研究的热点。本文用循环式高温高压实验装置测定CO₂与正辛烷、正壬烷、正癸烷的相平衡关系数据。利用MATLAB软件，选取YSL四次状态方程和混合规则对多组分二氧化碳二元体系的高压相平衡数据进行计算，运用单纯形法求出相应模型中的二元作用参数，进而计算出二氧化碳二元体系高压相平衡中的其他热力学参数。从而拟合得出不同烷烃在多个温度下的相平衡数据。采用Van der waals单参数混合规则对于所有实验的CO₂和烷烃类组成的二元系统的热力学数据计算精度较好,计算结果误差最大不超过4.28%。

关键词：CO2，烷烃，相平衡，状态方程

Research on calculations of high-pressure equilibrium of binary system containing carbon dioxide

ABSTRACT

Supercritical carbon dioxide (SC-CO₂) has many excellent properties, making it in the field of supercritical extraction and various chemical reactions can be applied. Therefore, access to the supercritical CO₂ phase equilibrium data and computing become a hot research. This article was measured with a circulating high temperature and pressure experimental apparatus CO₂ and n-octane, n-nonane, n-decane phase equilibrium data of. Using MATLAB software, select YSL four equations of state and mixing rules for multicomponent carbon dioxide high pressure phase equilibrium data of binary systems are calculated using the simplex method determined appropriate model binary interaction parameters, and then calculate the carbon dioxide binary system high pressure phase equilibria other thermodynamic parameters. Thereby fitting different alkane equilibrium data obtained at multiple temperatures. Using binary systems Van der waals single parameter mixing rule for all experiments containing CO₂ and hydrocarbons composed of thermodynamic data accuracy better results the maximum error does not exceed 4.28%.

KEY WORDS： CO₂ ;Paraffin;High-pressure;EOS

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 前言 1

1.1CO₂气体应用和相平衡及状态方程 1

1.2本课题研究内容 4

第二章 CO₂与烷烃类二元体系高压相平衡组成的测定结果 5

2.1 CO₂与烷烃类二元体系高压相平衡组成的测定 5

2.1.1 实验试剂 5

2.1.2 实验设备 5

2.1.3 相平衡实验步骤 6

2.1.4 数据处理 7

2.1.5 不确定度的计算 8

2.1.6 实验装置的可靠性验证 9

2.1.7气液平衡数据的测定 12

2.2结果分析 16

第三章 二氧化碳二元体系高压相平衡的计算 17

3.1本文所选取的状态方程与混合规则 17

3.1 .1 YSL四次状态方程 17

3.2 计算原理 18

3.3 计算步骤 20

3.4 计算结果 21

3.5 结果分析 23

第四章 结论 24

参考文献 25

致 谢 27

第一章 前言

1.1CO₂气体应用和相平衡及状态方程

二氧化碳是一种在常温下普遍存在的无色无味微量无毒气体。固态二氧化碳又称干冰，用于灭火剂，升华时能吸收大量热，因而作为制冷剂，如人工降雨。

二氧化碳作为空气中最常见的化合物，人体呼出的气体有少量便是CO₂。空气中的二氧化碳也是极微量的，约占大气总体积的0.03％^[1]。二氧化碳能溶于水中，形成碳酸，碳酸是一种弱酸。使紫色石蕊溶液变红，而且CO₂可以发生化合反应使澄清的石灰水变浑浊。并且CO₂还可以支持镁带燃烧。由于空气中富有二氧化碳，故一般情况下雨水的PH值大概为5.6。

二氧化碳对农业的影响很大。植物的光合作用离不开二氧化碳。二氧化碳在大气中的比例也随季节变化，这主要是由于植物生长的周期性季节性变化而导致的^[2]。当春夏季来临时，由于光线的变强，及光照时间的充足，二氧化碳在大气中的比例随之减少；反之，当秋冬季来临时，二氧化碳占比随之上升。二氧化碳是一种温室气体，不助燃，不可燃。因为光合作用的需求，在高浓度CO₂下，作物会更迅速的繁殖和成长。

夺人眼球的是二氧化碳对全球气温的影响。这已是老少皆知的话题。虽然CO₂在农业上有些成就，但全球性气候变暖早已严重威胁到人类生存，生活与发展，具体到人类不能躲避的方方面面，如社会，环境以及经济的发展，这些引发世界范围的广泛关注，并引起人类的困惑。联合国政府气候变化专门委员会（Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC）在第4次关于全球气候变化报告中指出，全球气温在过去的100年里平均上升了0.5～1℃^[3]，随着温室气体排放量的不断增加，温室效应的影响也将进一步扩大，至2100年，地表温度可上升1.4～5.8^[4]，必然会导致冰川大量融化，海平面上升，许多低海拔岛屿和沿海地区都面临被海水淹没的危险，气候也会变得越发异常，人类生存将面临巨大危机。

随着工业化进程的加快，大气中CO₂含量的逐年上升使温室效应愈加严重，其引发的生态环境变化己不容忽视。而且石油开采一次二次后，越来越难开采。而据实验数据计录^[5]，当CO₂驱油剂与地层原油在油藏在一定条件下形成混相时，即二者完全互溶，CO₂驱油效果最佳，可高达90%以上。这就为三次开采石油奠定理论基础^[6]。

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