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《天津大学》 2003年
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甲烷在常压和高压下溶解度的测定与计算

夏淑倩  
【摘要】:随着环保意识的加强和汽车工业的发展,相对清洁、经济的天然气汽车成为现今研究的重点,如何实现天然气经济、高效地贮存成为目前天然气汽车急需解决的问题,其中将天然气溶解于溶剂中可能是解决的有效途经之一。本文为选择理想的天然气溶剂进行了相关的基础研究。 本文首先建立了测定常温、常压下气体溶解度的实验装置并验证了该装置的可靠性。测定了甲烷在乙醇-正己烷和乙醇-正庚烷中的常压溶解度,用PR和PRSV方程计算了溶解度数据,并计算了甲烷在二元混合溶剂中的亨利系数。还建立了一套准确、可靠的,用于测定常温、高压下气体溶解度的实验装置,也验证了其可靠性。为发展乙醇汽车和甲醇汽车的应用,选择乙醇、甲醇两种极性物质分别与正己烷、正庚烷、苯、甲苯、等非极性物质混合作为溶剂,首次详细测定了甲烷在各种混合溶剂中的溶解度。结果表明用溶剂贮存天然气,可以降低燃料罐的储存压力并提高燃料贮存密度,为天然气汽车燃料的研究提供了依据,同时也为研究极性体系的溶液理论和GLE(气液平衡)计算提供了丰富的基础数据。 选择五种不同的状态方程和混合规则对实验测得的一系列三元高压GLE数据进行了拟合、内插和外推计算,并分析了各种方法对于极性体系GLE计算的适用情况。同时,本文还分别使用改进的活度系数法和缔合理论对实验数据进行了计算。 此外,本文测定了甲烷在汽油及环己烷+正庚烷非极性混合溶剂中的高压溶解度数据,用状态方程法对实验数据进行了计算并与极性体系进行比较,结果表明,对于非极性体系,用二元的GLE数据可以估算三元GLE数据,估算结果与实验值能很好地吻合。 本文采用UNIFAC法对自测的及文献中的甲烷在极性纯溶剂中的溶解度数据进行了关联和估算,定义了新基团,并回归出了基团间的交互作用能量参数。结果表明,用本文得到的参数估算甲烷在相关溶剂中的溶解度数据结果良好。 使用PR状态方程和A-K经验模型计算了各种实验体系的高压液相摩尔体积(密度)。本文对A-K经验模型进行了两种修正,用于估算含醇物系的高压液相摩尔体积,修正后的A-K模型精度有较大的提高。因此成功地建立了由测量的溶解甲烷体积求算质量的方法。 WP=4 综上所述,本论文测定了甲烷在低压及高压下在混合溶剂中的溶解度,提供了实际应用的必需数据,提出了各种计算方法,可供设计含溶剂的天然气汽车燃料配方使用,也推进了气液相平衡理论及计算方法的进展。
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