氣體在溶劑中溶解度的模擬計算方法

溶解度是指在一定的溫度和壓力下，物質在一定量的溶劑中溶解的最高量，單位為g/100g溶劑。筆者藉助aspen計算工具，以氮氣在四氯化硅中的溶解計算為例，來介紹氣體在溶劑中溶解度的模擬計算方法。

一、模擬計算步驟

1、首先打開aspen plus軟體，輸入物質四氯化硅和氮氣，選擇物性方法（本流程選擇PR方程），並建立如下簡單流程，並輸入四氯化硅流量為100kg/hr，氮氣流量為20kg/hr，壓力和溫度均分別選擇為5bar、40C。flash模塊設定中壓力設定為5bar。

2、分別將flash設定中溫度值改為0C和80C進行計算，查看計算結果，確定底部liquid物流和頂部vapor物流流量均不為，此操作非常有必要，旨在確定在所模擬計算的溫度區間內物料均為飽和狀態，若不為飽和狀態，無從談起溶解度。

3、打開靈敏度分析選項，在define中設定flash模塊底部liquid物流中四氯化硅和氮氣質量流量。

4、設定變數中flash的溫度範圍為～80C，80個點。

5、tabulate中點擊fill variables，隨後計算得出如下結果。

6、將結果copy到excel中，建立新的數列，編輯公式如下圖，隨後下拉至底部，得出該5bar壓力下，～80C溫度區間，氮氣在四氯化硅中的溶解度。

7、其他一切參數不變，將flash模塊中壓力設定為8bar。

8、將靈敏度分析結果中的新的結果copy只excel中，並重複6中的方法編輯公式得出在該壓力下～80C溫度區間，氮氣在四氯化硅中的溶解度。

9、將溫度數列、5bar溶解度數列、8bar溶解度數列插入散點圖，並優化圖標，得出溶解度結果。

二、其他

1、氮氣在四氯化硅中的溶解度隨溫度的升高而降低，隨壓力的升高而升高。在5bar的壓力、20C的溫度下，氮氣在四氯化硅中的溶解度約為0.13g/100g，也就是說在飽和狀態下10噸的四氯化硅可溶解13kg的氮氣。

2、注意物性方法的選擇，當氣體溶解在溶劑中產生離子時，比如HCl在水中的溶解，物性方法當選用電解質。

3、不只是氣體，NaCl、KCl等類似可電解物質在水中溶解度可採用同樣方法模擬計算。但與溶劑發生化學反應生成絡合物的物質不適用。

4、模擬的數據僅供參考，一般改變物性方法會得出略有差異的結果。模擬計算僅是在無法重複做各種試驗時的一種參考工具，在應用中，模擬結算結果可供理論上的指導作用。

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