溶液气液相平衡教学文案.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,6.2 溶液的气、液相平衡,蒸馏过程,：气液两相间的传质过程；,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,的关系。,6.2.1 气、液相平衡的自由度,根据相律有：,对于双组分物系的气液平衡：,即双组分物系气、液相平衡的自由度为2。,对多组分物系的气、液相平衡的自由度为组分数C。,双组分物系的独立变量：,汽相组成,y,、液相组成,x、,温度,T,、压力,P。,可见：规定其中的两个，则系统平衡状态即定。一般蒸馏压力恒定，故仅有一个自由度。,6.2.2 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,所有各相的温度、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：,经热力学推导得到：,（2）体系相平衡的表示方法,组分i的气、液相平衡常数,6.2.3 理想体系的气、液相平衡关系,理想体系：,气相符合道尔顿（,Dalton,）分压定律；,液相全部浓度范围内服从拉乌尔（,Raoult,）定律。,（1）平衡常数法,对理想体系：,则:,可由Antoine公式确定：,说明：,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,泡点计算,利用归一方程,给定系统的操作压力以及混合物的组成,x,i,时，即可求该体系在压力,p,下的泡点,t,b,。,输入:,p x,i,；,Antoine常数,T,b,初值,p,i,0,K,i,y,i,=,y,i,-1,N,输出：,T,b,x,i,y,i,结束,Y,T,b,=,T,b,-,f,n,/,f,n,计算步骤：,露点计算,利用归一方程,给定系统的操作压力以及气相组成,y,i,时，即可确定该体系在压力,p,下的露点,t,d,。,对双组分理想体系：,于是有：,关于平衡计算的说明：,（1）已知 P、,t,，,求 相互平衡的,x,、,y,，不必试差,t,p,A,0,p,B,0,x,y,（2）已知,x,，求与之平衡的,y,t,或 已知,y,求与之平衡的,x,t,，试差计算,试算过程为：,假设,t,x,判断,x,y,假设 t,x,y,判断,y,x,（2）相图,温度-组成图（t-x-y）,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。,图线说明：,t,/,x,(,y,),t-x,t-y,p=,101.3kPa,t,F,F,G,t,G,E,C,x,C,D,y,D,t,E,I,J,t,I,t,J,x,0,0,1.0,100,110,80,90,苯-甲苯温度-组成图,从过冷液体至过热气体的变化过程,说明：,（1）部分汽化和部分冷凝均可起到分离作用；,（2）全部汽化和全部冷凝没有分离作用；,（3）不断的部分汽化和冷凝可使分离程度不断提高；,（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：,（1）泡点与浓度有关，其值在A，B组分沸点范围之内。,（2）总组成相同，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。,说明：,（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、液平衡状态，即对应一组,x,、,y,、,t,，且y(或x)越大，,t,愈低。,（3）平衡线距对角线越远，物系越易分离。,（4）压力增加，平衡线靠近对角线。,（3）相对挥发度法,a）挥发度,纯组分：,用饱和蒸汽压 表示其挥发的难易程度。,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。,若溶液为理想溶液，则其挥发度为：,（2）相对挥发度,定义,：任意挥发组分与基准组分挥发度的比值。,对于双组分理想体系则有：,略去下标，则有：,相平衡方程。,说明,：,表示了物系分离的难易程度，远离1，物系易分离，,1 或=1，则该物系不能用普通的蒸馏方法分离。,对于非理想物系，不能作为常数处理。,对于理想溶液，相对挥发度 变化不大，可取一平均值,作为常数处理，相平衡关系简单。,或,相平衡常数与相对挥发度的关系,在进行多组分精馏计算时，常利用相平衡常数表示相平衡关系。,对于低压下，液相为理想溶液的物系，则有：,或,K,i,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：,说明：,a）,K,i,为温度和压力的函数，即,K,i,=f（P，T）；,b）由,K,i,求,x,或,y,一般需采用试差。,c）对一般非理想性不强的体系相对挥发度，可表示为：,在压力不太高的情况下，,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，,可由其平均值代替。,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,，,，对分离,不利,，,P,，,t,，,，对分离,有利,。,故蒸馏压力的选择，优先考虑采用常压操作，只在特殊情况下采用加压（处理量增加，塔径不够）或减压（热敏性物料）。,6.2.4,非理想体系的气、液相平衡关系,非理想溶液：,r,i,活度系数，分子间引力发生变化，使得,r,i,1。,讨论：气相属于理想气体，而液相为非理想溶液的体系。,（1）正偏差溶液,平衡分压高于拉乌尔定律的计算值，泡点下降。,（2）负偏差溶液,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、负偏差较大时，出现恒沸点。,正偏差：,最高蒸汽压，具有最低恒沸点；,负偏差,：最低蒸汽压，具有最高恒沸点。,说明,：,（1）具有较大偏差的非理想溶液，可能具有恒沸点。,（2）在恒沸点处,=1，故一般蒸馏方法不能使两组分分离。,（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,