化工原理課件-9.2雙組分溶液的氣液相平衡

9.2雙組分溶液的氣液相平衡9.2.1理想物系的氣液平衡9.2.2非理想物系的氣液相平衡9.2雙組分溶液的氣液相平衡9.2.1理想物系的氣液平衡1理想物系①氣相為理想氣體,遵循理想氣體定律或道爾頓分壓定律。當(dāng)總壓不太高（一般不高于1MPa）時(shí),氣相可視為理想氣體；②液相為理想溶液,服從拉烏爾定律2.氣液兩相平衡時(shí)的自由度對雙組分平衡物系,據(jù)相律分析:變量數(shù):t，p，x，y自由度:2變量數(shù):t，p，x，y自由度:2通常,精餾在恒壓下操作t,x,y3個(gè)變量中僅有一個(gè)自由變量恒壓下的雙組分平衡物系的特點(diǎn):液相組成與溫度一一對應(yīng)

x=f(t)

氣相組成與溫度一一對應(yīng)

y=f(t)氣液兩相組成一一對應(yīng)

y=f(x)3.氣液相平衡的函數(shù)關(guān)系(1)液相組成x—溫度t（泡點(diǎn)）關(guān)系式混合液沸騰的條件是各組分的蒸汽壓之和等于外壓pA0、pB0為溶液溫度下純組分A和B的飽和蒸氣壓;其值可查有關(guān)手冊或由下面安托因方程求得:——Atonine方程問題:(1)已知p、t,求xA,yA(2)已知p、xA,求t,yA試差法t(1)＝t(0)＋（xA,cal－xA）(tB0－tA0)

t(0)=xAtA0+(1-xA)tB0

例泡點(diǎn)計(jì)算某蒸餾釜的操作壓強(qiáng)為106.7kPa,其中溶液含苯摩爾分?jǐn)?shù)0.2,甲苯摩爾分?jǐn)?shù)0.8,求此溶液的泡點(diǎn)及平衡的氣相組成。其中苯－甲苯溶液可作為理想溶液,純組分的蒸汽壓為式中p0的單位為kPa；溫度t的單位為℃。

苯甲苯解:設(shè)苯與甲苯在106.7kPa時(shí)的泡點(diǎn)分別tA0、tB0。據(jù)Antoine方程有l(wèi)g106.7＝6.031－1211/(tA0＋220.8)解得tA0＝81.74℃lg106.7＝6.080－1345/(tB0＋219.5)解得tB0＝112.45℃t(1)＝0.2×81.74＋0.8×112.45＝106.31℃注:t(n+1)＝t(n)＋（xA,cal－0.2）(112.45-81.74)

故泡點(diǎn)為103.89℃,氣相摩爾分?jǐn)?shù)為迭代次數(shù)t/℃pA0/kPapB0/kPaxAcalerr11106.31213.1989.470.139330.512104.44203.0584.720.18577.133104.00200.7083.630.19711.464103.91200.2283.400.19940.295103.89200.1283.360.19990.036(2)氣相組成y—溫度t（露點(diǎn)）關(guān)系式(1)已知p、t,求xA,yA(2)已知p、yA,求t,xA試差法問題:(3)氣液兩相平衡組成間的關(guān)系式通用表達(dá)式

K——相平衡常數(shù)吸收精餾注意:當(dāng)總壓不變時(shí),相平衡常數(shù)K并非常數(shù),隨溫度變化.——純組分的飽和蒸汽壓問題:a.反映純液體揮發(fā)性的大小的量b.反映溶液中各個(gè)組分的揮發(fā)性大小的量xA相同,pA越大組分A愈易揮發(fā)pA相同,xA越小揮發(fā)度①揮發(fā)度ν——表示溶液中各個(gè)組分的揮發(fā)性大小近似表達(dá)式②相對揮發(fā)度α——表示溶液中兩組分間揮發(fā)性的差異問題：溶液中兩組分間揮發(fā)性的差異如何表示？相對揮發(fā)度

③以相對揮發(fā)度α表示的相平衡關(guān)系式對雙組分理想物系,其氣相為理想氣體理想溶液的相對揮發(fā)度α

與溫度的關(guān)系較或單獨(dú)與溫度的關(guān)系小得多,因而可在操作的溫度范圍內(nèi)取一個(gè)平均的相對揮發(fā)度α并將其視為常數(shù)。用α表示的理想物系的y-x近似式中算術(shù)平均:幾何平均:線性化:的取法α的用途

①α的大小可作為用蒸餾分離某物系的難易程度的標(biāo)志。

α值偏離1愈大,分離愈容易③α=1表示組分A.B的揮發(fā)性無差異組分A.B的揮發(fā)性有差異②4.恒壓下雙組分理想溶液的氣液平衡相圖(1)t-x(y)圖兩端點(diǎn)A與B:純組分兩線

t~x線為泡點(diǎn)線

t~y線為露點(diǎn)線

3區(qū)

溶液于同一組成下的泡點(diǎn)與露點(diǎn)不相等。過冷液體區(qū)氣液共存區(qū)過熱蒸汽區(qū)xA=zA,泡點(diǎn)為tb;yA=zA,露點(diǎn)為td,則td>tb注意:已知某二元混合物,與xA對應(yīng)的泡點(diǎn)為tb,與yA對應(yīng)的露點(diǎn)td,且xA與yA滿足平衡關(guān)系,則td=tb.（2）

易揮發(fā)組分的y~x圖a.相平衡曲線y=f(x)必位于對角線y=x的上方平衡曲線離對角線越遠(yuǎn),越有利于精餾分離b.y~x曲線上各點(diǎn)對應(yīng)不同的溫度。y、x值越大,泡、露點(diǎn)溫度越低c.y~x曲線受總壓變化的影響不顯著?？倝鹤兓?0%,y~x曲線的變化一般不超過2%對同一物系而言,混合液的平衡溫度愈高,各組分間揮發(fā)度差異愈小,即相對揮發(fā)度α愈小,因此蒸餾壓強(qiáng)愈高,平衡溫度隨之升高,α減小,分離變得愈難,反之亦然。注意9.2.2非理想物系的氣液相平衡1.非理想物系分類本節(jié)討論液相屬非理想溶液的非理想物系的相平衡曲線圖。①液相屬非理想溶液；②氣相屬非理想氣體。2.溶液非理想性的根源①溶液的非理想性來源異種分子之間的作用力αAB不同于同種分子間的作用力αAA化工生產(chǎn)中遇到的物系大多為非理想物系。②表現(xiàn)溶液中各組分的平衡蒸汽壓偏離拉烏爾定律對組分i為正偏差對組分i為負(fù)偏差實(shí)際溶液以正偏差居多恒溫下,組分在高濃度范圍內(nèi),服從拉烏爾定律

恒溫下,組分在低濃度范圍內(nèi),服從亨利定律

亨利定律并不能說明溶液的理想性,服從拉烏爾定律才能表明溶液的理想性(1)正偏差溶液特點(diǎn)②異分子間的排斥傾向起主導(dǎo)作用①3.氣液平衡相圖最低恒沸點(diǎn)的溶液含義:恒溫下溶液在某一組成時(shí)其兩組分的蒸汽壓之和出現(xiàn)最大值，該溶液稱為最低恒沸點(diǎn)溶液.恒沸組成:恒溫下出現(xiàn)兩組分的蒸汽壓之和最大時(shí)的溶液組成.恒沸溫度:恒壓下恒沸組成下的泡點(diǎn)或露點(diǎn)溫度。恒沸組成特點(diǎn):氣液兩相的組成相同二元物系常壓沸點(diǎn)/℃最低恒沸點(diǎn)MABtM/℃xM乙醇(A)-苯(B)78.380.168.30.448乙醇(A)-水(B)78.310078.150.8943乙醇-水溶液的y-x相圖(正偏差)(p=0.1MPa)(2)負(fù)偏差溶液特點(diǎn)

②異分子間的吸引力大①最高恒沸點(diǎn)的溶液恒溫下溶液在某一組成時(shí)其兩組分的蒸汽壓之和出現(xiàn)最小值，恒壓下此種組成的溶液的泡點(diǎn)比兩純組分的沸點(diǎn)都高，該組成稱為恒沸組成，溫度為恒沸溫度。恒沸組成特點(diǎn):氣液兩相的組成相同不能用普通精餾方法對具有最高恒沸點(diǎn)的恒沸物中的兩個(gè)組分加以分離舉例二元物系常壓沸點(diǎn)/℃最高恒沸點(diǎn)MABtM/℃xM丙酮(A)-氯仿(B)56.261.264.50.65硝酸(A)-水(B)86100121.90.383在一定的外壓下,恒沸混合物的組成一定,如果外壓改變,恒沸混合物的組成也隨之變化。這說明恒沸混合物只是氣液兩相具有相同組成的混合物。p/kPa13.3320.026.6653.32101.33146.6193.3tM/℃34.242.047.862.878.1587.595.3xM,A0.9920.9620.9380.9140.8940.8930.890乙醇-水溶液的恒沸組成隨壓力的變化表3.總壓對恒沸組成的影響問題:減壓精餾，理論上能否得到無水酒精？答:p=12.7kPa,乙醇-水溶液的沸點(diǎn)組成為xM=0.99,接近無水,但此時(shí)乙醇沸點(diǎn)約3