溶液的气液相平衡ppt课件

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1、6.2 溶液的气、液相平衡溶液的气、液相平衡蒸馏过程：气液两相间的传质过程；蒸馏过程：气液两相间的传质过程；过程的极限：气、液相平衡。过程的极限：气、液相平衡。相平衡关系：两相或多相接触达物理平衡时，各相组成之间相平衡关系：两相或多相接触达物理平衡时，各相组成之间 的关系。的关系。6.2.1 气、液相平衡的自在度气、液相平衡的自在度 根据相律有：根据相律有：2cF对于双组分物系的气液平衡：即双组分物系气、液相平衡的自在度为2。对多组分物系的气、液相平衡的自在度为组分数C。双组分物系的独立变量：双组分物系的独立变量：汽相组成汽相组成 y y、液相组成、液相组成 x x、温度、温度 T T、压力压

2、力P P。可见：规定其中的两个，那么系统平衡形状即定。普通蒸馏压力恒定，故仅有一个自在度。222FC6.2.2 溶液气、液相平衡的条件及表示方法溶液气、液相平衡的条件及表示方法1多组分体系相平衡的条件多组分体系相平衡的条件 一切各相的温度、压力及每一个组分的化学势相等。一切各相的温度、压力及每一个组分的化学势相等。故：气、液两相平衡条件可表示如下：故：气、液两相平衡条件可表示如下：CippTTViLiVLVL,2,1iiixKy经热力学推导得到：2 体系相平衡的表示方法体系相平衡的表示方法组分i的气、液相平衡常数pfKiiii06.2.3 理想体系的气、液相平衡关系理想体系的气、液相平衡关系理

3、想体系：气相符合道尔顿理想体系：气相符合道尔顿Dalton分压定律；分压定律；液相全部浓度范围内服从拉乌尔液相全部浓度范围内服从拉乌尔Raoult定律。定律。1平衡常数法pfKxKyiiiiiii0对理想体系：000.10.1iiiipf 那么:CippKii2,100ip可由Antoine公式确定：iiiiCTBAp0ln 阐明：理想体系的相平衡常数仅与体系的温度有关；互呈平衡的气、液相组成符合归一方程，即ciyxciicii，3211111 泡点计算泡点计算利用归一方程 1iiixKy 给定系统的操作压力以及混合物的组成xi时，即可求该体系在压力p下的泡点tb。输入:p xi；Antoin

4、e常数Tb初值 pi0 Kiyi,=yi-1310N输出：Tb,xi,yi终了YTb=Tb-fn/fn计算步骤：计算步骤：露点计算露点计算利用归一方程1/iiiKyxBAppPBBAAxPxPP00)1(00ABAAxPxP 给定系统的操作压力以及气相组成yi时，即可确定该体系在压力p下的露点td。对双组分理想体系：000BABAPPPPxPpyAAPxPAA0PxpyBBB0于是有：关于平衡计算的阐明：关于平衡计算的阐明：1知 P、t ，求 相互平衡的 x、y ，不用试差 t pA0,pB0 x,y2知 x，求与之平衡的 y,t 或 知 y 求与之平衡的 x,t ，试差计算 试算过程为：试算

5、过程为：假设 tx判别xy假设 txy判别 yx2相图相图 温度温度-组成图组成图t-x-yyxpptBA，总压一定时，给定00 曲线 t-x 表示恒定压力下，饱和液体组成与泡点的关系，称为饱和液体线或泡点曲线。曲线t-y表示恒定压力下，饱和蒸气的组成和露点的关系，称为饱和蒸气线或露点曲线。在t-x 线下方为过冷液相区。在t-y 线上方为过热气相区。在两线之间为两相共存区，即气、液相平衡区。图线阐明：图线阐明：t/x(y)t-xt-yp=101.3kPatFFGtGECxCDyDtEIJtItJx001.01001108090苯-甲苯温度-组成图从过冷液体至过热气体的变化过程阐明：阐明：1部分

6、汽化和部分冷凝均可起到分别作用；2全部汽化和全部冷凝没有分别作用；3不断的部分汽化和冷凝可使分别程度不断提高；4蒸馏操作应处于汽液两相区内。二元混合物与纯液体的差别：二元混合物与纯液体的差别：1 泡点与浓度有关，其值在泡点与浓度有关，其值在A，B组分沸点范围之内。组分沸点范围之内。2总组成一样，其泡点和露点冷凝点温度不同。总组成一样，其泡点和露点冷凝点温度不同。压力对温度组成图的影响 气、液平衡组成的 x-y 图标绘：略去温度坐标，依x-y 的对应关系做图，得x-y图。阐明：阐明：1组成 均以易挥发组分的组成表示，故曲线位于对角线上方2平衡线上不同点代表一个气、液平衡形状，即对应一组 x、y、

7、t，且y(或x)越大，t 愈低。3平衡线距对角线越远，物系越易分别。4压力添加，平衡线接近对角线。3相对挥发度法相对挥发度法 a挥发度纯组分：纯组分：用饱和蒸汽压 表示其挥发的难易程度。0ip混合物：混合物：平衡分压与液相组成的比值为液相混合物的挥发度。iiixpv 假设溶液为理想溶液，那么其挥发度为：0AApv0BBpv2相对挥发度相对挥发度 定义：定义：恣意挥发组分与基准组分挥发度的比值。恣意挥发组分与基准组分挥发度的比值。hiihvv对于双组分理想体系那么有：ABBABBAAxxyyxPxP略去下标，那么有：xyxy)1()1(xxy)1(1yyx)1(相平衡方程。阐明：阐明：表示了物系

8、分别的难易程度，远离1，物系易分别，1 或=1，那么该物系不能用普通的蒸馏方法分别。对于非理想物系，不能作为常数处置。对于理想溶液，相对挥发度 变化不大，可取一平均值 作为常数处置，相平衡关系简单。或NN112或 相平衡常数与相对挥发度的关系 在进展多组分精馏计算时，常利用相平衡常数表示相平衡关系。iiixKy iiixyK对于低压下，液相为理想溶液的物系，那么有：PPKii0或 Ki也可以表示组分挥发难易程度。所以两组分之间的相对挥发度可表示为：hiKK阐明：阐明：aKi为温度和压力的函数，即为温度和压力的函数，即Ki=fP，T；b由由Ki 求求 x 或或 y 普通需采用试差。普通需采用试差

9、。c对普通非理想性不强的体系相对挥发度，可表示为：pfpfKKhhhiiihiih00在压力不太高的情况下，00hihiihpp 温度对的影响 温度，各组分蒸汽压，蒸汽压之比变化缓慢，故相对挥发度ih随温度变化缓慢，在一定温度范围内，可由其平均值替代。温度对饱和蒸汽压的影响常压下苯、甲苯的相对挥发度随温度的变化压力对相平衡的影响P，t ，对分别不利，P，t ，对分别有利。故蒸馏压力的选择，优先思索采用常压操作，只在特殊情况下采用加压处置量添加，塔径不够或减压热敏性物料。的影响可忽略不计，其对变化小于当%30p6.2.4 非理想体系的气、液相平衡关系非理想体系的气、液相平衡关系非理想溶液：iii

10、ixpp00iiiipxpypxpyiiii0ppKxKyiiiiii0 ri 活度系数，分子间引力发生变化，使得 ri 1。讨论：气相属于理想气体，而液相为非理想溶液的体系。1正偏向溶液 平衡分压高于拉乌尔定律的计算值，泡点下降。2负偏向溶液1i1i平衡分压低于拉乌尔定律的计算值，泡点升高。或3具有恒沸点的溶液当正、负偏向较大时，出现恒沸点。正偏向：最高蒸汽压，具有最低恒沸点；正偏向：最高蒸汽压，具有最低恒沸点；负偏向：最低蒸汽压，具有最高恒沸点。负偏向：最低蒸汽压，具有最高恒沸点。阐明：阐明：1具有较大偏向的非理想溶液，能够具有恒沸点。2在恒沸点处,=1，故普通蒸馏方法不能使两组分分别。3恒沸点随压力的变化而变化。4非理想溶液，随 t 或浓度变化较大，不能作为常数