链流体状态方程

流体的状态方程在石油、化工、冶金、食品等工业过程设计中有着非常广泛的应用，尤其是在混合物分离的相平衡和其它热力学性质计算中发挥着重要作用。状态方程的优点主要体现在：1) 它可以在很宽的温度和压力范围内使用；2) 它可以同时应用于多种物质(从小分子到高分子聚合物、从非极性到极性流体)形成的混合体系；3) 在计算混合体系相平衡时，它避免了不同相态间组分标准态的选择；4) 它可以方便应用于汽(气)液平衡、液液平衡、固液平衡以及超临界流体相平衡的计算；5) 状态方程与其它理论匹配还可以计算纯流体及其混合物的传递性质。

状态方程的发展初期，其应用范围仅局限于描述气体的pVT关系。随着研究的不断深入，用于计算非极性和强极性体系的状态方程得到了迅速发展，它们被逐渐应用到包含非极性、弱极性以及强极性等复杂混合体系相平衡的计算中。目前开发的状态方程的特点主要表现在：既可用于描述单原子小分子又可描述复杂高分子；既能计算纯物质的热力学性质又能计算混合物的热力学性质；既适用于非极性流体又适用于极性流体。

最早可用于汽液两相计算的状态方程是范德华方程，它可写成：z=V/(V-b)-a/(RTV)，z为压缩因子，参数a和b分别表示分子间相互吸引和分子间相互排斥作用。虽然这一状态方程能够给出汽相、液相及其两相相互转换的定性描述，但对汽液相平衡和临界性质的计算精度较差。为了提高范德华方程的计算精度并拓宽它的应用范围，对它进行的修正和改进一直是一个重要的研究课题。目前的修正方法主要包括对引力项的修正、对斥力项的修正、对引力项和斥力项同时进行修正以及在状态方程中引入能反映物质种类的特性参数(如偏心因子等)，这方面的工作已有文献进行了详细的总结。虽然以范德华方程为基础发展出来的状态方程种类繁多，但其应用大都局限于常规小分子系统，鲜有用于关联含有复杂高分子体系相行为的报道。这主要是因为将此类状态方程拓展到高分子体系时，由于高分子一般没有蒸汽压，也无法确定临界参数，必须由纯熔融态高分子物质的pVT数据拟合此类状态方程中的参数(如PR、RK方程中的和)，然而方程中的参数则会受到高分子的分子质量强烈影响，这给方程在高分子体系中的拓展应用造成了极大的困难。

随着统计力学的发展和计算机水平的提高，基于自由空间的链状流体状态方程得到了长足发展。所谓链状流体，即将实际流体分子假想为由多个球形(或椭球形)链节像珍珠项链那样串连而成。高分子是典型的链状分子，实际上大多数小分子也可以被看作为链分子，只是链的长短不同而已。链状流体状态方程的最大特点是能将高度不对称的流体用同一理论来描述，它可以同时应用于汽液两相系统、小分子和高分子系统、非极性和极性系统等。

链装流体状态方程总体上可归纳为以下几个类型：

    1）微扰硬链理论状态方程（PHCT）

该类状态方程是基于小分子的微扰硬球理论和Prigogine的链状分子理论，Beret和Prausnitz开发了微扰硬链理论(PHCT)状态方程。该模型通过配分函数获得压缩因子表达式，模型中包括三个可调模型参数，适用于高分子和小分子溶液性质的描述，但在高压和临界区的结果不够理想。在PHCT模型的基于上，后又发展了很多其他模型，包括简化的PHCT模型（SPHCT）、微扰各向异性硬链理论（PACT）、缔合微扰各向异性理论（APACT）等，使模型拓展应用至不同的系统。

    2）硬球链状态方程

硬球链模型将流体进行理想化，假设流体由大小相同的硬球串连而成，只考虑硬球之间的排斥力。基于硬球链理论，Wertheim提出了热力学微扰理论（TPT），该理论成为许多状态方程开发的基础，已被拓展至二聚体分子、星状分子、硬碟状分子等。由于该模型只考虑了硬球排斥作用，不能用于实际流体的模型，但已经过计算模拟结果的严格检验。该理论是众多基于自由空间模型的开发基础。

    3）统计缔合流体理论（SAFT）

统计缔合流体理论是根据热力学微扰理论并结合统计力学方法提出的，该模型的核心是参考流体的刻画得到进一步的完善，更接近于实际流体性质，并将体系的热力学贡献分为排斥、色散、缔合等不同类型，将热力学状态方程模块化。该模型已被证实可用于小分子、聚合物、缔合流体等等。

    4）微扰硬球链理论状态方程（PHSC）

PHSC模型采用Chiew等修正的硬球链方程作为参考项，将分子间相互作用纳入微扰项中。该模型已被用于不同流体热力学性质的模拟。

    5）方阱链流体状态方程（SWCF）

顾名思义，所谓“方阱”，即色散相互作用采用方阱势表示，该模型也是SAFT理论框架下的一种模型。基于不同的微扰和色散项的处理方法，文献已报道了如SAFT、PC-SAFT、VR-SWCF等方阱链流体状态方程。

    6）异核链流体状态方程

异核链流体状态方程的开发主要是考虑实际流体可能是由大小不同的链节或连接以不同于线性的连接方式构成，如交替共聚合、嵌段共聚物等等，该模型可用于描述这类较为特殊的系统。

以上只是简单回顾链状理论模型方法，而状态方程或热力学模型种类很多，不一而足。读者如需更详细t讨论，请联系本站!