第二节两组分溶液的气液平衡.pptx

第二节两组分溶液的气液平衡组分组分:A、B变量变量:t、p、xA、yA相数相数:气相、液相气相、液相F-自由度数自由度数;C-独立组分数独立组分数;P-相数相数 (2)相律分析相律分析1 1、相相 律律 (1)相律得定义相律得定义:表示平衡物系中自由度、相表示平衡物系中自由度、相数、独立组分数之间得关系。即数、独立组分数之间得关系。即:一、两组分理想物系得一、两组分理想物系得气液相平衡气液相平衡(1)一定压力下一定压力下,液相液相(气相气相)组成组成xA(yA)与温度与温度t t 存存在一一对应关系在一一对应关系;(2)(2)气、液组成之间气、液组成之间xAyA存在一一对应关系。存在一一对应关系。平衡物系涉及得参数为温度、压强与气、液两平衡物系涉及得参数为温度、压强与气、液两相得组成。气液两相得组成常以摩尔分数表示。相得组成。气液两相得组成常以摩尔分数表示。对双组分物系对双组分物系,一相中某一组分得摩尔分数确定一相中某一组分得摩尔分数确定后另一组分得摩尔分数也随之确定后另一组分得摩尔分数也随之确定,液相或气相组成液相或气相组成均可有单参数表示。这样均可有单参数表示。这样,温度、压强和液相组成温度、压强和液相组成(或气相组成或气相组成)三者之中任意规定两个三者之中任意规定两个,则物系得状态则物系得状态将被唯一地确定。因此将被唯一地确定。因此,在恒压下得双组分平衡物系在恒压下得双组分平衡物系中必存在着中必存在着:2 2、两组分理想物系得气液平衡函数关、两组分理想物系得气液平衡函数关系系 (气液相组成与平衡温度间得关系气液相组成与平衡温度间得关系)理想物系理想物系包括两个含义包括两个含义:(1)液相为理想溶液液相为理想溶液,服从拉乌尔定律服从拉乌尔定律;(2)气相为理想气体气相为理想气体,服从服从理想气体定律理想气体定律 或或道尔顿定律道尔顿定律。拉乌尔定律拉乌尔定律:当气液呈平衡时当气液呈平衡时,溶液上方组分得蒸气溶液上方组分得蒸气分压与溶液中该组分得摩尔分数成正比。分压与溶液中该组分得摩尔分数成正比。理想溶液理想溶液:溶液中不同组分得分子间作用力和相溶液中不同组分得分子间作用力和相同分子间作用力完全相等得溶液。同分子间作用力完全相等得溶液。(a)(a)拉乌尔定律拉乌尔定律:pA,pB 溶液上方溶液上方A、B组分得分压组分得分压,Pa;pA0,pB0 溶液温度下纯溶液温度下纯组分得饱和蒸汽压组分得饱和蒸汽压,Pa;xA,xB 液相中液相中A、B组分得摩尔分数组分得摩尔分数;yA,yB 气相中气相中A、B组分得摩尔分数组分得摩尔分数。式中式中:(1)用饱和蒸气压和相平衡常数表示气液平衡关系用饱和蒸气压和相平衡常数表示气液平衡关系(b)(b)道尔顿分压定律道尔顿分压定律:对于二组分体系对于二组分体系:xA+xB=1溶液沸腾时溶液沸腾时:P=pA+pB =pA 0 xA+pB0 xB (双组分体系双组分体系)泡点方程泡点方程在一定压强下在一定压强下,液体液体混合物开始沸腾产生混合物开始沸腾产生第一个气泡得温度第一个气泡得温度,称称为泡点温度为泡点温度(简称泡点简称泡点)。因因 p po oA A、p po oB B 取取决决于于溶溶液液沸沸腾腾时时得得(泡泡点点)温温度度,所所以以上上式式实际表达得就是一定总压下液相组成与溶液泡点温度关系。实际表达得就是一定总压下液相组成与溶液泡点温度关系。已已知知溶溶液液得得泡泡点点可可由由上上式式计计算算液液相相组组成成;反反之之,已已知知组组成成也可由上式算出溶液得泡点也可由上式算出溶液得泡点,但一般需试差。但一般需试差。将泡点方程代入将泡点方程代入道尔顿分压定律道尔顿分压定律:露点方程露点方程上式为一定总压下气相组成与温度得关系式。上式为一定总压下气相组成与温度得关系式。对对一一定定组组成成得得气气相相而而言言该该温温度度又又称称为为露露点点,故故上上式式又称为露点方程。又称为露点方程。在一定压强下在一定压强下,混合气开混合气开始冷凝产生第一滴液体始冷凝产生第一滴液体得温度得温度,称为露点温度称为露点温度(简称露点简称露点)。(c)(c)安托因安托因(Antoine)方程方程:纯组分饱和蒸气压纯组分饱和蒸气压 p0 与温度与温度 t 得关系得关系:安托因方程安托因方程式式 中中:A,B,C 组分得组分得安托因常数。安托因常数。A,B,C 得数值受压强得数值受压强(p)和温度和温度(t)得影响得影响得。得。(2)(2)相对挥发度表示得气液平衡关系相对挥发度表示得气液平衡关系 pA、pB气液平衡时气液平衡时,组分组分A,B在气相中得分压在气相中得分压;xA、xB 气液平衡时气液平衡时,组分组分A,B在液相中得摩尔分数。在液相中得摩尔分数。混合液某组分挥发度混合液某组分挥发度:(a)(a)挥发度挥发度:气液达相平衡时气液达相平衡时,某一组分在平衡某一组分在平衡气相中得分压与该组分在平衡液相中得摩尔分数气相中得分压与该组分在平衡液相中得摩尔分数之比。之比。式式 中中:对对于于理理想想溶溶液液,则则:(b)(b)相对挥发度相对挥发度:溶液中易挥发组分得溶液中易挥发组分得挥发度对难挥发组分挥发度对难挥发组分得挥发度之比得挥发度之比。理想溶液理想溶液:一般物系一般物系:上式说明上式说明:对于理想溶液对于理想溶液,相对挥发度等于相对挥发度等于 两个纯组分得饱和蒸气压之比。两个纯组分得饱和蒸气压之比。大家学习辛苦了，还是要坚持继续保持安静继续保持安静 根据相对挥发度根据相对挥发度,可以找到相平衡时气液组成可以找到相平衡时气液组成之间得关系。之间得关系。(c)气液相平衡时得气液相平衡时得-函数关系函数关系气液平衡方程气液平衡方程 上上式式说说明明：蒸蒸气气中中、组组分分的的mol分分数数之之比比，等等于于液液相相中中A、B组组分分mol分分数数之之比比的的 倍倍。所所以以由由 的的大大小小，便便可可预预计计该该溶溶液液用用精精馏馏分分离离的的难难易易程度，以及分离是否可能。进一步整理：程度，以及分离是否可能。进一步整理：对对得讨论得讨论:气相中两组分组成之比就是液相中两组分气相中两组分组成之比就是液相中两组分组成之比得倍数组成之比得倍数;标志着分离得难易程度标志着分离得难易程度;愈大愈大,挥发度挥发度差异愈大差异愈大,分离愈容易。分离愈容易。=1,y=x 1,y=x 气相和液相组成相等气相和液相组成相等,无法用无法用普通蒸馏方法分离。普通蒸馏方法分离。根据相律,双组分两相物系自由度为 2,即相平衡时,在温度、压强和气、液两相组成四个变量中,只有两个独立变量。若物系得温度、压强一定,气、液两相得组成就一定;若压强和任一相得组成一定,则物系得温度和另一相组成将被唯一确定。无论就是否理想物系,双组分气、液相平衡关系总可由任一变量与另外两个独立变量(若固定其中得一个,则只有一个独立变量)得函数关系来表达。对于双组分气、液两相,当固定一个独立变量时,可用二维坐标中得曲线图来表示两相得平衡关系,称为相平衡图或简称相图。(3)(3)两组分理想溶液气液平衡得相图两组分理想溶液气液平衡得相图(a)组成组成温度温度(txy)相图相图两条线两条线:气相线气相线(露点线露点线)t y 关系曲线关系曲线液相线液相线(泡点线泡点线)t x 关系曲线关系曲线三个区域三个区域:液相区液相区气、液共存区气、液共存区气相区气相区t1t2t3t4t5tx(y)x3 y3气液平衡时得特气液平衡时得特点点:气液两相温度相同时气液两相温度相同时,yx气液两相组成相同时气液两相组成相同时,露点温度泡点温度露点温度泡点温度(b)y x 相图相图y1y2x1x2对角线对角线 y=x为辅助曲线为辅助曲线 xy曲线上各点具有不曲线上各点具有不同得温度同得温度;大多数溶液大多数溶液,yx,故平故平衡线位于对角线得上方。衡线位于对角线得上方。平衡线离对角线越远平衡线离对角线越远,挥发度差异越大挥发度差异越大,物系物系越易分离。越易分离。011xyxy011增大增大愈大愈大,平衡线愈远离对角线平衡线愈远离对角线,物系愈易分离。物系愈易分离。二、两组分非理想物系得气液相平衡二、两组分非理想物系得气液相平衡1 1、具有正偏差得溶液、具有正偏差得溶液 一般正偏差一般正偏差:pApA理理,pBpB理理乙醇水溶液相图乙醇水溶液相图正偏差溶液正偏差溶液:x=0、894,最低恒沸点最低恒沸点,78、15t,x(y)0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0100 95 90 85 80 75MM0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.01.0 0.80.60.40.2yx