氣液平衡

在熱力學與化學工程學中，氣液平衡（英語：vapor–liquid equilibrium；縮寫為VLE）描述某一化學物質於氣液兩相中的分布情形。

熱力學表示式

純物質系統

若液體與氣體皆為純物質，即僅由單一物質所組成而不存在雜質，則兩相間的平衡狀態可以下列方程表示之：

${\displaystyle P^{liq}=P^{vap}\,}$ ；

${\displaystyle T^{liq}=T^{vap}\,}$ ；且

${\displaystyle {\tilde {G}}^{liq}={\tilde {G}}^{vap}}$ 

其中，${\displaystyle P^{vap}\,}$ 及${\displaystyle P^{liq}\,}$ 分別為氣液兩相的壓力；${\displaystyle T^{vap}\,}$ 及${\displaystyle T^{liq}\,}$ 分別為氣液兩相的溫度；而${\displaystyle {\tilde {G}}^{vap}}$ 及${\displaystyle {\tilde {G}}^{liq}}$ 分別為氣液兩相的莫耳吉布斯自由能^[1]。也就是說，當兩相達平衡時，其溫度、壓力和莫耳吉布斯自由能皆相等。

等價地，熱力學上常以逸度的概念來表達氣液平衡狀態，並可以下列方程表示之：

${\displaystyle f^{\,liq}(T_{s},P_{s})=f^{\,vap}(T_{s},P_{s})}$ 

其中，${\displaystyle f^{\,vap}(T_{s},P_{s})}$ 及${\displaystyle f^{\,liq}(T_{s},P_{s})}$ 分別為在系統溫度T_s及壓力P_s下的氣液兩相之逸度^[2]。以逸度進行計算是更為方便的，由於液體的逸度近似上是與壓力無關的^[3]，並經常以「逸度係數」${\displaystyle \phi =f/P\,}$ （若為理想氣體，其值為1）來計算。

多成分系統

於多成分系統中，即氣液兩相由多種分子所組成，其平衡關係是更為複雜的。對系統中的所有組成物質i，兩相間的平衡狀態可以下列方程表示之：

${\displaystyle P^{liq}=P^{vap}\,}$ ；

${\displaystyle T^{liq}=T^{vap}\,}$ ；且

${\displaystyle {\bar {G}}_{i}^{liq}={\bar {G}}_{i}^{vap}}$ 

其中，T及P為各相的溫度及壓力，而${\displaystyle {\bar {G}}_{i}^{vap}}$ 及${\displaystyle {\bar {G}}_{i}^{liq}}$ 分別為各相之偏莫耳吉布斯自由能（亦稱為化學勢）。偏莫耳吉布斯自由能被定義為：

${\displaystyle {\bar {G}}_{i}\ {\stackrel {\mathrm {def} }{=}}\ {\frac {\partial G}{\partial n_{i}}}}$ 

其中，G為外延的吉布斯自由能，而n_i為組成物質i的物量。

參見

連續蒸餾（英语：Continuous distillation） 多特蒙德資料庫 芬斯克方程 閃蒸 DECHEMA模型（英语：DECHEMA model） 手煮鍋（英语：Hand boiler）

范·拉爾方程（英语：Van Laar equation） 馬爾古萊斯活性度模型（英语：Margules activity model） 滲透汽化（英语：Pervaporation） 過冷 過熱蒸汽

外部連結

• by Ming T. Tham, University of Newcastle upon Tyne (scroll down to Relative Volatility)
• (Chemical Engineering Dept., Prof. Richard Rowley, Brigham Young University)
• NIST Standard Reference Database 103b （页面存档备份，存于互联网档案馆） (Describes the extensive VLE database available from NIST)
• Some VLE data sets and diagrams for mixtures of 30 common components （页面存档备份，存于互联网档案馆）, a small subset of the Dortmund Data Bank
• Where can I get the vapor-liquid phase equilibrium data? （页面存档备份，存于互联网档案馆） Reference to the various phase equilibrium data sources
• George Schlowsky, Alan Erickson, and Thomas A. Schafer, Modular Process Systems, Inc., , Chemical Engineering, March 1995, McGraw-Hill, Inc.

參考文獻

1. Balzhiser et al. (1972), Chemical Engineering Thermodynamics, p. 215.
2. Balzhiser et al. (1972), Chemical Engineering Thermodynamics, p. 216.
3. Balzhiser et al. (1972), Chemical Engineering Thermodynamics, p. 218.