气液平衡

在热力学与化学工程学中，气液平衡（英语：vapor–liquid equilibrium；缩写为VLE）描述某一化学物质于气液两相中的分布情形。

热力学表示式

纯物质系统

若液体与气体皆为纯物质，即仅由单一物质所组成而不存在杂质，则两相间的平衡状态可以下列方程表示之：

${\displaystyle P^{liq}=P^{vap}\,}$；

${\displaystyle T^{liq}=T^{vap}\,}$；且

${\displaystyle {\tilde {G}}^{liq}={\tilde {G}}^{vap}}$

其中，${\displaystyle P^{vap}\,}$及${\displaystyle P^{liq}\,}$分别为气液两相的压力；${\displaystyle T^{vap}\,}$及${\displaystyle T^{liq}\,}$分别为气液两相的温度；而${\displaystyle {\tilde {G}}^{vap}}$及${\displaystyle {\tilde {G}}^{liq}}$分别为气液两相的摩尔吉布斯自由能^[1]。也就是说，当两相达平衡时，其温度、压力和摩尔吉布斯自由能皆相等。

等价地，热力学上常以逸度的概念来表达气液平衡状态，并可以下列方程表示之：

${\displaystyle f^{\,liq}(T_{s},P_{s})=f^{\,vap}(T_{s},P_{s})}$

其中，${\displaystyle f^{\,vap}(T_{s},P_{s})}$及${\displaystyle f^{\,liq}(T_{s},P_{s})}$分别为在系统温度T_s及压力P_s下的气液两相之逸度^[2]。以逸度进行计算是更为方便的，由于液体的逸度近似上是与压力无关的^[3]，并经常以“逸度系数”${\displaystyle \phi =f/P\,}$（若为理想气体，其值为1）来计算。

多成分系统

于多成分系统中，即气液两相由多种分子所组成，其平衡关系是更为复杂的。对系统中的所有组成物质i，两相间的平衡状态可以下列方程表示之：

${\displaystyle P^{liq}=P^{vap}\,}$；

${\displaystyle T^{liq}=T^{vap}\,}$；且

${\displaystyle {\bar {G}}_{i}^{liq}={\bar {G}}_{i}^{vap}}$

其中，T及P为各相的温度及压力，而${\displaystyle {\bar {G}}_{i}^{vap}}$及${\displaystyle {\bar {G}}_{i}^{liq}}$分别为各相之偏摩尔吉布斯自由能（亦称为化学势）。偏摩尔吉布斯自由能被定义为：

${\displaystyle {\bar {G}}_{i}\ {\stackrel {\mathrm {def} }{=}}\ {\frac {\partial G}{\partial n_{i}}}}$

其中，G为外延的吉布斯自由能，而n_i为组成物质i的物量。

参见

连续蒸馏（英语：Continuous distillation） 多特蒙德数据库 芬斯克方程 闪蒸 DECHEMA模型（英语：DECHEMA model） 手煮锅（英语：Hand boiler）

范·拉尔方程（英语：Van Laar equation） 马尔古莱斯活性度模型（英语：Margules activity model） 渗透汽化（英语：Pervaporation） 过冷 过热蒸汽

外部链接

• Distillation Principals by Ming T. Tham, University of Newcastle upon Tyne (scroll down to Relative Volatility)
• Introduction to Distillation: Vapor Liquid Equilibria
• VLE Thermodynamics (Chemical Engineering Dept., Prof. Richard Rowley, Brigham Young University)
• NIST Standard Reference Database 103b （页面存档备份，存于互联网档案馆） (Describes the extensive VLE database available from NIST)
• Some VLE data sets and diagrams for mixtures of 30 common components （页面存档备份，存于互联网档案馆）, a small subset of the Dortmund Data Bank
• Where can I get the vapor-liquid phase equilibrium data? （页面存档备份，存于互联网档案馆） Reference to the various phase equilibrium data sources
• George Schlowsky, Alan Erickson, and Thomas A. Schafer, Modular Process Systems, Inc., Operations & Maintenance - Generating your own VLE Data, Chemical Engineering, March 1995, McGraw-Hill, Inc.

参考文献

1. Balzhiser et al. (1972), Chemical Engineering Thermodynamics, p. 215.
2. Balzhiser et al. (1972), Chemical Engineering Thermodynamics, p. 216.
3. Balzhiser et al. (1972), Chemical Engineering Thermodynamics, p. 218.