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硫蒸气中各分子态组分平衡计算




卷 年








卫记







产 】 汉


,



,

硫 蒸 气 中各分 子 态 组 分 平 衡 计 算
徐金火
汤渭龙





石 油 大学 研 究生 部

根 据 最 小 自由能法 原 理 推 导 出 一 维 迭 代 法 计 算 硫 蒸气 中各分子 态 组 分 的 平 衡
,

,

分 压 与组 成

饱 和 硫蒸 气 的平 衡分 压 计 算值与 文献 值 符 合 较好




文 中给 出 了液 硫 泡 点
工 艺优 化 设计 之 用


以 上温 度范 围的硫 蒸气平衡计 算结果

该 法 简单 迅速 可供
, ,

关键词

硫蒸 气

平 衡分 压

最 小 自由 能 法
时 体 系 的 总 自由能 最 小 设 由
,


前言
以 硫 化 氢 和 二 氧化硫 等 酸 性 气体 组 分 为

构成 的
‘ 。

体 系总摩 尔 数 为
, ,



,

各组 分 的摩 尔数 为



原料 的各 种

制硫 过 程

,

涉及 到 过 程 气




,



则 系 统 的 总 自由能 为


、 、、 了 、 ‘ 白 声 ,
夕 、

中硫 蒸气 各 分 子 态 间 的 平衡
中包括有
,

过 程 气 中 的元


。。



素 硫 用 硫 冷 凝 器 冷 凝 得 到 液硫 产 品


硫 蒸气
而且随 即 式中


各分 子 态组 分


,

艺 同 艺



盆‘

夕十

温度 的变化发生 互相 转化

精 确 设 计硫 冷 凝
,

器 以及优 化

工 艺设 计 和 操 作

需要 准


确 计 算 和 预 测 硫 蒸 气 中各 分 子 态 之 间 的 平

摩 尔 混 合 物 的偏 自由能
夕 标准态时组分
必 ’



,

这对提 高
一般
,

工 艺硫 收 率 也 很 有意 义 工 艺设计
,

乞的

自由 能

由于 硫 蒸 气 各 分



组分

的活度

子态平衡较 复杂




仅考 虑

间平 衡 转
一 一 一

气 体 常数
系统温 度

文献


」以 平 衡常 数 法 计 算 了
显然
,

的 平衡



用 该 法 来考虑








假设 在 所 研 究的 系 统 温 度 和 压 力 范 围
硫 蒸 气 可 近 似 认 为 是 理 想 的 混 合 气体 即 令 沪七
式中 取

,


,

间 的平 衡 转 化 是 费时


费力
,



低效
,

的 阁 本 文 以 最 小 自 由能法 原 理 阁 推 导 出 一

口‘







势 纯‘

豹咖 尸

维 迭 代 法 求 解 硫 蒸 气 的 平 衡 方 法 简单 迅 速
自动 赋 初 值 迭 代
,



。‘

只 需 简 短 的语 句 就 能 程 序


势 讲



,



,

,



,



,

可供

工 艺优 化 设 计 之 用






式中




。 , 翌

。 瓜


,

、 、 了 、 、 只 产, 了口 、



方法 的建立
根据 热 力学 原理
一 一
,

当给 定 体 系 达 到 平 衡



己 厂县


则 系 统 的 总 自 由能
一磊
,

拉 格 朗 日定 理 有 函 数
‘ 一




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在极值时存在关 系式

, ,







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,



,

式 即

应 满 足 物 料 平 衡和

非 负限 制

,

鱿

也即

,






,

,



,




马 。‘




硫 元 素平 衡



,




, ,

满足 约 束





,









,


护 粉





式中 组分





分 子 中含 硫 原 子 的数 目
若 已知


体 系 中 硫 元 素原 子 总 摩 尔 数
当 系统平衡 时
,





,

可 由式


求出

夕,

,






达 到 最 小值

又 ‘ 山“ 两



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利用式

求出












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。。









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一 ,



数展开式
‘ 夕 得


















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迭代求


的公 式 如 下
,







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关于



的选取
设初值

,

总 结 的计 算顺 序 和 步 骤 是



‘。、



由泰 勒 级

,
,

、法 刊沮

,





,

, 、





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收 敛 式

经验选取

‘ ,





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不 收 敛





, ‘





当 系统 温 度 当 系统温 度







,



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时 取俨
,

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,





,



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标准态是







℃下 的理 想 气体

当系统温度

时 取

,



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硫 分子

硫蒸 气 的 比 热 外 关 联 数 据 ’

基 础数 据 的选取
蒸气硫 的标准态 生成 焙
,

’ 凡 忘 氏 场




罗 和嫡
,
,








的 数 据 对 平 衡 计算 的结 果 影 响 很 大

热 力学
,

一 一 一
。 。 ,

数 据 愈 准 确 蒸 气 硫 的 平 衡 计 算 结 果 愈准 确
均 文 献 〔 和 〔 〕 有 硫 蒸 气 的热 力 学 数据 们



一 一



但 两 者 数 据 出入 较 大 本 文 经 计 算 考 核 与文



献 〔 」中 的 实验 数 据 对 比 认 为文 献


妇 中


,

,

,

的热炊数据偏差较大 文献

口户











,

口】

「 〕亦 自认 为
表 硫分子
氏 凡 导


的热 焙 数 据 误 差 较 大 本 文




所 筛选 的 热 力学 数 据 列 于 表 和 表
硫 蒸 气 的 热 怡 数据

,

硫蒸气 的 平衡计 算
只要 给定硫 蒸气 的 总 压 和 温度 就 可 很 快

?



,



,


, 工} 工 一、 飞 ,,‘ 』 习 飞 ,一


计 算 出硫 蒸 气 各 分 子 态 组分 之 间 的 平衡 分 压
和组成



按 此 模 型 计 算 了 饱 和 硫 蒸 气 中各 分 子 态 组 分 的平 衡分 压 与 组 成
,

文献

的 」 实

飞 二



验值对 比列 于 表 好




计算值与实验值符合较

计算 了蒸气温度大于液硫泡点温





硫 蒸气 总 压 为





的平 衡 分 压

和 组 成 部分 结果 汇 于 表 很低

硫 分子 态
,

本模 型 的一 维迭 代过 程 对 初值 要 求 方 法 简单 迅 速


不 同温 度下饱 和硫 蒸 气各 分子 态间 的 平 衡分 压 计 算值 与 实验值

的对 比
,


文献 值



,










文献值








} 曰 肠 } ,







一心

一 ‘











硫分子 态
孰 忘

分 文献 值













文 献值
一‘







一‘





不 同沮 度下硫 蒸 气 的 平 衡组 成 计 算 结果
,

体系退 度 为 液硫泡 点 以 上


假 定蒸气 总压 为 尔


民 易 乳 氏 凡



,











室一
?







,

















,










二二二二节二二二二二二二











氏 乳 昆 忘 岛























,


一 一



,





















一弓

义 义 又







,













义 义














,

















液 硫 泡点 时 的平衡 硫 蒸 气


其 组 成若仅考 虑

,





三 种 组分

其 体 积分 数 则 可 近 似

认为



,

、习



,



这亦 说 明 各种硫 分 子 态组 分 之 间 的 平衡是 复 杂 的


,






,



,

,

,

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比扭

,

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