论文总字数：21423字

摘 要

状态方程是描述流体性质的一个基本工具。vdW型立方型状态方程由于其形式简单、参数少、易于获得解析解等优点，获得了人们格外的重视。然而，由于立方型状态方程本身形式过于简化，使得其不能同时准确描述流体各种性质。流体的实验数据其实更倾向于遵循四次方程。云志等提出的四次状态方程（以下简称YSL四次状态方程）形式简单、结构合理。

本文考察了YSL四次状态方程在临界点附近对50个纯流体饱和热力学性质的预测精度。计算结果表明，YSL四次状态方程在在临界点附近有稳定且良好的计算精度，对所有物质计算的平均相对误差分别为：饱和蒸汽压0.713%，饱和汽相摩尔体积1.634%，饱和液相摩尔体积2.02%。计算的精度和稳定性明显好于作为对比的SRK和PR状态方程。通过比较分析，为学者和工作人员在临界点附近状态方程的选择提供参考。

关键词: 四次状态方程，临界性质，热力学性质

Phase equilibrium calculation for the pure substances near the critical point by YSL quartic equation of state

ABSTRACT

Equation of state (EOS) is an important tool to describe properties of fluids. vdW type cubic EOS obtained great attention for its simple form, few parameters, and analytical solutions. However, due to it’s over simplified form, it cannot predict all the properties accurately, simultaneously. On the other hand, experimental data of fluids tend to follow quartic equation. The quartic EOS proposed by Yun et al. (YSL quartic EOS) is well structured and also simple formed.

The prediction accuracy of the saturated properties in critical region by the YSL quartic EOS was investigated for 50 pure fluids. The results showed that, the YSL quartic EOS used in this work performed well in the immediate vicinity of the critical points, and the average absolute relative deviations (AARD) between experimental and calculated properties were 0.713, 1.634, and 2.02 for saturated vapor pressure, saturated molar vapor volume, and saturated molar liquid volume, respectively. The prediction results were much better than SRK and PR which were used for comparison. Reference of selection of EOS in critical region was provided for later researchers after comparative analysis.

KEYWORDS：Quartic equation of state；Critical properties；Thermodynamic properties

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 文献综述 1

1.1引言 1

1.2立方型状态方程 1

1.2.1 vdW型状态方程 1

1.2.2 Redlich-Kwong状态方程 2

1.2.3 Soave- Redlich-Kwong状态方程 4

1.2.4 Peng-Robinson状态方程 4

1.2.5 Patel-Teja状态方程 5

1.3对vdW立方型状态方程的改进 6

1.3.1对α(T)的修正 6

1.4本论文的主要工作 8

1.4.1 YSL四次状态方程 8

1.4.2本论文的工作安排 10

第二章YSL四次状态方程在纯物质临界点附近的相平衡计算 11

2.1引言 11

2.2纯物质的P-V-T关系 11

2.3用状态方程计算纯物质的饱和性质 11

2.4纯物质饱和热力学性质的计算及比较分析 13

2.4.1饱和蒸汽压的计算及比较 14

2.4.2饱和摩尔体积的计算和比较 16

2.5本章小结 17

第三章 结论 18

参考文献 19

致 谢 21

第一章 文献综述

1.1引言

状态方程在化学工程中一直扮演着很重要的角色，并且在流体及流体混合物的相平衡的研究中，状态方程的作用也非常大。最初，状态方程主要用于纯物质的计算，第一次用于混合物时也只是用于非极性混合物^[1~2]和弱极性的混合物^[3~5]。随后，状态方程在极性混合物和非极性混合物的相平衡计算中得到了极快的发展。

在一定的条件下，当一个多相系统中各相的性质和数量均不随时间变化时，称此系统处于相平衡。相平衡的热力学条件是各相的温度和压力相等，任一组分在各相的化学势相等。化工热力学研究的两相系统的平衡，有气液平衡、气固平衡、汽液平衡、汽固平衡、液液平衡、液固平衡和固固平衡；相数多于二的系统，有气液固平衡、汽液液平衡等。系统处于相平衡状态时，各相的温度、压力都相同，它们的组成一般不相同。本文在讨论比较常见的汽-液平衡的计算同时，重点考察YSL四次状态方程在纯物质临界点附近的计算精度。

从vdW状态方程提出至今，文献中已有大量关于状态方程的报道。本章将分类介绍一些常见的状态方程。对现有的状态方程从方程形式、理论基础、应用范围等多种角度进行介绍。此外，云志^[6]等提出的四次状态方程（以下简称YSL四次状态方程）形式简单、结构合理，在流体及流体混合物的相平衡的研究中发挥着可观的作用。

1.2立方型状态方程

1.2.1 vdW型状态方程

vdW型状态方程的共同特征是均具有与下式所示的vdW方程相类似的形式，即其表达式可分为斥力项p_rep（或z_rep）与引力项p_attr（或z_attr）两个部分。

（1-1）

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