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摘 要

工业革命以来，随着全球碳排放量急剧上升，温室效应已经严重影响到人类的生存环境。其中占比最高的就是二氧化碳，故如何处理二氧化碳成为科学家们研究的重点。而超临界二氧化碳在化工领域具有良好的应用前景，所以有关于二氧化碳相平衡的研究对超临界二氧化碳的应用前景具有重要意义。本文通过对文献中314.1K、334.1K温度下超临界二氧化碳与甲醇、乙醇、丙醇、丁醇及戊醇组成的二元体系的高压相平衡数据进行分析和整理，并利用origin软件进行数据的绘图，清晰并直观地了解到温度与压力对含超临界二氧化碳二元体系高压相平衡的影响情况。同时，将文献中的实验值与利用YSL状态方程和vdW混合规则结合Matlab软件所得的计算值进行对比分析，结果表明选用的状态方程能够对相应的高压二元体系相平衡状况进行预测。

关键词：超临界二氧化碳 醇类 高压相平衡 状态方程

Phase equilibrium of binary system with supercritical CO₂

Abstract

Since the industrial revolution, with the rapid increase of global carbon emissions, the greenhouse effect has seriously affected the living environment of human beings. The highest proportion is carbon dioxide, so how to deal with carbon dioxide has become the focus of scientists. Supercritical carbon dioxide has a good application prospect in chemical industry, so the research on the basic phase equilibrium of carbon dioxide is of great significance to the application prospect of supercritical carbon dioxide.

In this paper, the high-pressure phase equilibrium data of binary system of supercritical carbon dioxide with methanol, ethanol, propanol, butanol and pentanol at 314.1k and 334.1k are analyzed and collated, and the data are plotted by Origin software, so that the influence of temperature and pressure on the high-pressure phase equilibrium of binary system containing supercritical carbon dioxide is clearly and intuitively understood. At the same time, the experimental value in the literature is compared with the calculated value by using YSL state equation and VDW mixed rule combined with MATLAB software. The results show that the selected state equation can predict the phase equilibrium of the corresponding high-pressure binary system.

KEY WORDS: Supercritical carbon dioxide；Alcohols；High pressure phase；Equilibrium equation of state

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 课题研究背景 1

1.2 超临界流体与超临界二氧化碳 1

1.2.1 超临界流体的性质 1

1.2.2 临界现象 2

1.2.3 超临界二氧化碳的应用 2

1.2.4 超临界流体的发展 3

1.2.5 含超临界流体的二元体系的研究 4

1.3 相平衡研究 4

1.3.1 高压相平衡研究的必要性 4

1.3.2 含超临界流体二元组分相平衡理论 4

1.4 课题研究目的与意义 6

第二章 含二氧化碳二元体系相平衡数据整理 7

2.1 二氧化碳与醇类相平衡数据整理 7

2.2 数据分析 10

第三章 含二氧化碳二元体系高压相平衡计算 11

3.1 状态方程与混合规则介绍 11

3.1.1 van der Waals(vdW)状态方程 11

3.1.2 Redlich-Kwong(RK)方程 11

3.1.3 Soave-Redlich-Kwong(SRK)方程 12

3.1.4 Peng-Robinson(PR)方程 12

3.1.5 YSL四次方程 13

3.1.6 混合规则介绍 14

3.2 状态方程与混合规则的选择 16

3.3计算步骤 17

3.4 计算结果分析 18

第四章 结论 23

参考文献 24

致谢 27

第一章 绪论

1.1 课题研究背景

二氧化碳是地球上取之不尽用之不竭的碳资源，其中空气和海洋中大约含有碳100万吨。在常温常压下，二氧化碳对于化工生产操作和社会的能源发展有着深刻的影响，所以关于二氧化碳性质及其应用的研究对未来社会发是十分重要的。

1.2 超临界流体与SCCO₂

1.2.1 超临界流体的性质

温度和压力都处在临界温度和临界压力以上的流体^[1]被称之为超临界流体。在这种特殊的状态下组分与其处于气相或液相时的不同，组分分布是均匀的。超临界流体具有许多不一样的性质，极其微小的温度和压力的变化都会导致流体发生剧烈的的物理化学性质变化。超临界流体的密度和溶剂能力与液体相似^[2]，与气体的相应性质相差较大；由于超临界流体的表面张力等于零，这就极大地促进了超临界流体与溶质之间的相互溶解。在一定程度上讲，超临界流体同时具有气体和液体的优点。但在超临界状态下，与其等待气体溶解，不如改善这个反应传递效率以增加其反应速率。

图1-1 超临界流体的临界范围

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