NRTL ( англ. Non-Random Two Liquid ) — одна из моделей локального состава , используемая для описания уравнения состояния жидкостей . Предложена Реноном и Праусницем и применяется в моделировании технологических процессов.

Описание

Как и в других моделях теории локального состава, в NRTL считается, что свойства жидких смесей определяются локальными концентрациями молекул компонентов ${\displaystyle {\mathsf {i}}}$ и ${\displaystyle {\mathsf {j}}}$ .

В общем виде для n компонентов уравнения NRTL имеют следующий вид:

${\displaystyle {\mathsf {{\frac {g^{E}}{RT}}=\sum _{i=1}^{n}x_{i}\left[{\frac {\sum _{j=1}^{n}\tau _{j\ i}G_{j\ i}x_{j}}{\sum _{k=1}^{n}x_{k}G_{j\ i}}}\right]}}}$

${\displaystyle {\mathsf {\ln \gamma _{i}={\frac {\sum _{j=1}^{n}\tau _{j\ i}G_{j\ i}x_{j}}{\sum _{k=1}^{n}x_{k}G_{k\ i}}}+\sum _{j=1}^{n}{\frac {x_{j}G_{i\ j}}{\sum _{k=1}^{n}x_{k}G_{k\ j}}}\left(\tau _{i\ j}-{\frac {\sum _{i=1}^{n}x_{i}\tau _{i\ j}G_{i\ j}}{\sum _{k=1}^{n}{G_{k\ j}x_{k}}}}\right)}}}$

Здесь ${\displaystyle {\mathsf {g^{E}}}}$ — избыточная энергия Гиббса, ${\displaystyle {\mathsf {G_{i\ j}=exp(-\alpha _{i\ j}\tau _{i\ j})}}}$ , ${\displaystyle {\mathsf {\tau _{i\ j}={\frac {C_{i\ j}}{RT}}}}}$ ; ${\displaystyle {\mathsf {C_{i\ j}=g_{i\ j}-g_{j\ j}}}}$ ; ${\displaystyle {\mathsf {\alpha _{j\ i}=\alpha _{i\ j}}}}$ . При этом принимается, что ${\displaystyle {\mathsf {\alpha _{i\ i}=\tau _{i\ i}=C_{i\ i}=0}}}$ .

${\displaystyle {\mathsf {C_{i\ j}}}}$ и ${\displaystyle {\mathsf {\tau _{i\ j}}}}$ — это основные и приведённые энергетические параметры, ${\displaystyle {\mathsf {g_{i\ j}}}}$ и ${\displaystyle {\mathsf {g_{j\ j}}}}$ — переменные, описывающие энергию взаимодействия пары молекул ${\displaystyle {\mathsf {i-j}}}$ и ${\displaystyle {\mathsf {j-j}}}$ . Параметр ${\displaystyle {\mathsf {\alpha _{i\ j}}}}$ определяет упорядоченность распределения молекул в растворе и связан с координационным числом жидкости.

При проведении расчётов значения ${\displaystyle {\mathsf {\alpha _{i\ j}}}}$ определяют экспериментальным способом измерением мольного соотношения компонентов в жидкой и паровой фазе при различных температурах и давлениях, либо устанавливают в соответствии с химической природой компонентов моделируемой системы:

• ${\displaystyle {\mathsf {\alpha _{i\ j}}}}$ = 0,2 (смеси алканов с полярными неассоциированными жидкостями при малой взаимной растворимости компонентов)
• ${\displaystyle {\mathsf {\alpha _{i\ j}}}}$ = 0,3 (системы с небольшими отклонениями от идеальности, например, вода + полярные неассоциированные вещества)
• ${\displaystyle {\mathsf {\alpha _{i\ j}}}}$ = 0,4 (смеси алканов с перфторалканами)
• ${\displaystyle {\mathsf {\alpha _{i\ j}}}}$ = 0,47 (смеси полярных ассоциированных веществ с неполярными веществами, водой)

Для бинарного раствора, состоящего из компонентов ${\displaystyle {\mathsf {1}}}$ и ${\displaystyle {\mathsf {2}}}$ , уравнения имеют вид:

${\displaystyle {\mathsf {{\frac {g^{E}}{RT}}=x_{1}x_{2}[{\frac {\tau _{2\ 1}G_{2\ 1}}{x_{1}+x_{2}G_{2\ 1}}}+{\frac {\tau _{1\ 2}G_{1\ 2}}{x_{2}+x_{1}G_{1\ 2}}}]}}}$

${\displaystyle {\mathsf {\ln \gamma _{1}=x_{2}^{2}[{\frac {\tau _{2\ 1}G_{2\ 1}^{2}}{(x_{1}+x_{2}G_{2\ 1}^{2})}}+{\frac {\tau _{1\ 2}G_{1\ 2}^{2}}{(x_{2}+x_{1}G_{1\ 2}^{2})}}]}}}$

${\displaystyle {\mathsf {\ln \gamma _{2}=x_{1}^{2}[{\frac {\tau _{1\ 2}G_{1\ 2}^{2}}{(x_{2}+x_{1}G_{1\ 2}^{2})}}+{\frac {\tau _{2\ 1}G_{2\ 1}^{2}}{(x_{1}+x_{2}G_{2\ 1}^{2})}}]}}}$

${\displaystyle {\mathsf {\ln \gamma _{1}^{\infty }=\tau _{2\ 1}+\tau _{1\ 2}G_{1\ 2}}}}$

${\displaystyle {\mathsf {\ln \gamma _{2}^{\infty }=\tau _{\ 2}+\tau _{2\ 1}G_{2\ 1}}}}$

Здесь ${\displaystyle {\mathsf {\gamma _{1}}}}$ , ${\displaystyle {\mathsf {\gamma _{2}}}}$ — коэффициенты активности компонентов; ${\displaystyle {\mathsf {g_{j-i}}}}$ .

Температурная зависимость

Для описания температурной зависимости параметров уравнения NRTL используют 2 способа:

• расширенное уравнение Антуана

${\displaystyle {\mathsf {\tau _{i\ j}=f(T)=a_{i\ j}+{\frac {b_{i\ j}}{T}}+c_{i\ j}\ln T+d_{i\ j}}}}$

• полиномиальная форма

${\displaystyle {\mathsf {\Delta g_{i\ j}=f(T)=a_{i\ j}+b_{i\ j}\cdot T+c_{i\ j}T^{2}}}}$

Применение

Модель NRTL хорошо предсказывает свойства широкого круга систем, например, смесей сильно неидеальных веществ и частично несмешивающихся систем.

Эта модель применяется в программах моделирования технологических процессов, в частности, в пакетах Aspen Plus и Aspen HYSYS.

Литература

• А. Г. Морачевский, Н. А. Смирнова, Е. М. Пиотровская и др. Термодинамика равновесия жидкость-пар. — Л. : Химия, 1989. — 344 с. — 3020 экз. — ISBN 5-7245-0363-8 .
• Р. Рид, Дж. Праусниц, Т. Шервуд. Свойства газов и жидкостей. 3-е издание, переработанное и дополненное = The properties of gases and liquid. — Л. : Химия, 1982. — 892 с. — 15 000 экз.