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。

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。

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。

• Distillation Principals by Ming T. Tham, University of Newcastle upon Tyne (scroll down to Relative Volatility)
• Introduction to Distillation: Vapor Liquid Equilibria
• VLE Thermodynamics (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., Operations & Maintenance - Generating your own VLE Data, Chemical Engineering, March 1995, McGraw-Hill, Inc.