溶液气液相平衡.ppt

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xi时 即可求该体系在压力p下的泡点tb 输入 pxi Antoine常数 Tb初值 pi0Ki yi yi 1 N 输出 Tb xi yi 结束 Y Tb Tb fn fn 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 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 pA0 pB0 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 tF F G tG E C xC D yD tE I J tI tJ x0 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 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 说明 a Ki为温度和压力的函数 即Ki f P T b 由Ki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 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