שיווי משקל נוזלי אדים הוא מצב שבו מרכיב טהור או תערובת קיים בשלבי נוזלים ואדים, עם שיווי משקל מכני ותרמי וללא העברת מסה נטו בין שני השלבים. האדים והנוזל מופרדים על ידי כוח המשיכה והחום (איור 1). התערובת הנוזלית מוכנסת למערכת, אשר מוכנס למצב ואקום עם משאבת ואקום. האדים מרוכזים ומוחזרים לערבב עם הנוזל, אשר מועבר בחזרה לתא הרותח. הבדלים בנקודת הרתיחה גורמים להפרדה מסוימת של התערובת. נקודת הרתיחה של המים גבוהה מזו של הרכיבים שנוספו, כך שהרכיבים הנדיפים מתחילים להתאדות.

איור 1: תיאור המנגנון

מקדם פעילות מוגדר כיחס בין הפוגאציות של הרכיב בתערובת בפועל לפוגאציות של פתרון אידיאלי של אותו הרכב. Fugacity הוא נכס המשמש כדי להראות הבדלים בין פוטנציאלים כימיים במדינות סטנדרטיות. פאג'אציות שלב אדים יכולות לבוא לידי ביטוי במונחים של מקדם fugacity [φ: f_i^V = φ_i y_i f_i^0V ], עם y_i = שבר i בשלב האדים, ו- f_i^0V = fugacity מצב סטנדרטי אדים (fugacity של אדי רכיב טהור ב- T ו- P). עבור לחצים נמוכים, כמו בניסוי זה, φ_i = 1 ו- f_i^0V = P. fugacities שלב נוזלי יכול לבוא לידי ביטוי במונחים של מקדם פעילות γ_i: f_i^L = γ_i x_i f_i^0L , עם x_i = שבר i בשלב הנוזל, ו f_i^0L = fugacity מצב סטנדרטי נוזלי.

בלחץ הרוויה (P_i^s)של T זה, fugacity נוזלי הרכיב הטהור יהיה P_i^s,כי האדים והנוזל הטהורים נמצאים בשיווי משקל. מאז fugacities נוזלי הם רק פונקציות חלשות של לחץ, אנחנו יכולים להעריך את fugacity נוזלי הרכיב הטהור ב T ו- P (f_i^0L) כמו P_i^s,כל עוד ההבדל בין P_i^s ו- P אינו גדול. קירוב זה נקרא בדרך כלל "הזנחת תיקון פוינטינג". אם הנסיינים משתמשים במנגנון VLE כדי למדוד את הרכבי האדים והנוזל הנמצאים בשיווי משקל, הנסיינים יכולים לחשב ישירות את מקדמי הפעילות המסופקים כדי למדוד גם P ו- T. T. יש למדוד כדי לקבוע P_i^S עבור כל i.

הלב של מכשיר VLE, המשמש בניסוי זה כדי לקבוע קומפוזיציות של תערובות, הוא משאבת Cottrell אשר "יורק" נוזל רותח לתוך תא מבודד היטב, שיווי משקל. שני שסתומי דגימה המופעלים מגנטית מאפשרים נסיגה של דגימות אדים נוזליות ומרוכזות. מאגר גדול מסייע לדכא פעימות לחץ במערכת כאשר שסתום הבקרה המתניע מתגמש, ומתנודות הנגרמות על ידי משאבת Cottrell. דליפה איטית יכולה לשמש ליצירת איזון בין קצב הנסיגה של האוויר לבין קצב הכניסה של האוויר כדי לשמור על לחץ מתמיד, במידת הצורך.

דרך דומה לפתור שיווי משקל נוזלי אדים היא להשתמש במגוון דגמים. החוק של ראול, החוק של דלטון, והחוק של הנרי הם כולם מודלים תיאורטיים שיכולים למצוא את נתוני ריכוז שיווי המשקל הנוזלי של האדים. כל שלושת המודלים קשורים מידתיות של לחצים חלקיים, לחץ מוחלט, ושברירי שומה של חומרים. המשוואה של וילסון הוכחה כמדויקת לנוזלים מטעים, בעוד שהיא לא מורכבת מדי. בנוסף, המודל של וילסון משלב מקדמי פעילות כדי להסביר סטייה מערכים אידיאליים.

מקדמי הפעילות של הנתונים אינם מציגים חריגות משמעותיות מערך ממוצע עבור כל רכיב (טבלה 1). זה כצפוי כי עבור קומפוזיציות רכיב ביניים אין וריאציות גדולות. עם זאת, רכיבים ליד 1 יש γ של ליד 1. רכיבי קומפוזיציה נמוכה יש γ גבוה. רכיבים הגבוה ביותר בריכוז בתערובת אשר תהיה סטייה מופחתת, ולכן זה יהיה קרוב יותר אידיאלי (γ = 1). רכיבים עם ריכוזים נמוכים יותר בתערובת יהיו סטיות גבוהות יותר, כך γ שלהם יהיה גדול מ 1.

טבלה 1: תוצאות כל דגימה של הנתונים הניסיוניים.

הנתונים התאימו לפרמטרי מודל וילסון והמקדמים חושבו (טבלה 2). נעשה שימוש בצמצום פשוט של סכום השיוריות בריבוע בין מקדמי הפעילות הניסיוניים למשוואת וילסון (1). פעולה זו הושגה באמצעות פונקציית Solver של Excel. עלילת הזוגיות המוצגת מתייחסת לממקדים הפעילות של מודל משוואת וילסון לממקדים הפעילות שנמצאו באופן ניסיוני. מקדמי הפעילות הניסיונית חושבו והושוו באופן גרפי לקדם המודל המחושב.

טבלה 2: תוצאות התאמת הנתונים לפרמטרים של מודל וילסון.

(1)

ערכי הפרמטרים שנמצאו היו המתאימים ביותר (טבלה 3). באופן אידיאלי המתאם הוא לאורך קו y = x; עם זאת, נמצא מתאם משמעותי הדומה לתרחיש האידיאלי (איור 2). מקדמי הפעילות של הנתונים לא הראו חריגות משמעותיות מערך ממוצע עבור כל רכיב, כצפוי. נעשה שימוש בצמצום סכום השיוריות בריבוע בין מקדמי הפעילות הניסיוניים לבין מקדמי הפעילות של משוואת וילסון עם פונקציית Solver של Excel. עלילת הזוגיות מתייחסת למקימי הפעילות של מודל משוואת וילסון לממקדים הפעילות שנמצאו באופן ניסיוני.

טבלה 3: פרמטרי דגם עם מים (א), MeOH (ב) ו- IPA (ג). הערכים הניסיוניים משווים לערכים הצפויים.

איור 2: תיאור המתאם בין מקדמי הפעילות הניסיונית לבין מקדמי פעילות המודל.

ניסוי זה הדגים את שיווי משקל המתנול - איזופרופנול - תערובות אדי מים נוזליים ב- P קבוע = 700 מ"מ כ"ג וכיצד למדוד טמפרטורה והרכב ולחשב מקדמי פעילות. מקדמי הפעילות של הנתונים לא חרגו באופן משמעותי מערך ממוצע עבור כל רכיב, כצפוי. נעשה שימוש בצמצום סכום השיוריות בריבוע בין מקדמי הפעילות הניסיוניים לבין מקדמי הפעילות של משוואת וילסון עם פונקציית Solver של Excel. עלילת הזוגיות מתייחסת למקימי הפעילות של מודל משוואת וילסון לממקדים הפעילות שנמצאו באופן ניסיוני.

בתעשיית הנפט, זיקוק הוא התהליך העיקרי להפרדת מוצרי נפט. בתי זיקוק רבים לנפט משתמשים בזיקוק לנפט גולמי¹. פחמימנים קל מופרדים מחלקיקים כבדים יותר, המפרידים על בסיס נקודות^{רתיחה 1}. חומרים כבדים כמו שמני גז נאספים בלוחות התחתונים, בעוד חומרים קלים כמו פרופאן ובוטאן עולים¹. פחמימנים, כגון בנטוס, סילון, סולר, מופרדים¹. תהליך זה חוזר על עצמו פעמים רבות כדי להפריד באופן מלא ולמקד את המוצרים¹. בתי זיקוק מפעילים תהליכים אלה במצב יציב, ויוצרים כל הזמן מוצרים חדשים בקיבולת מקסימלית, כך שהיעילות היא המפתח¹. מהנדסים כימיים העובדים על תהליכים אלה מתמקדים באופטימיזציה של היעילות של הייצור¹.

עמודות זיקוק מגש משמשות גם להפרדת מגוון מוצרים כימיים. אתנול הוא מוצר אחד כזה. באמצעות תהליכים הקשורים קשר הדוק, מגוון רחב של מוצרים כגון אתנול כיתה דלק, בירה, ומשקאות חריפים ניתן לזקק את כל². כמויות ספציפיות של אלכוהול ניתן להפריד ממים על מנת ליצור הוכחה ספציפית². תהליך זה מוגבל להפחתת אחוז המים במוצר, אך אינו יכול לחסל אותו לחלוטין². על מנת להסיר מים לחלוטין, זיקוק אזוטרופי נדרש, אשר משתמש כימיקלים מחלץ כדי להפריד מים מן האתנול².