液体精馏操作-双组份溶液的气液相平衡关系及应用（化工单元操作课件）

项目四液体精馏操作任务三双组份溶液的气液相平衡关系及应用一、理想二元溶液的气液平衡关系1、气液平衡关系：

一定条件下，溶液与其上方蒸气达平衡时气液相组成之间的关系。2、理想溶液（A-B）溶液中不同分子之间的吸引力和纯组分分子之间的吸引力完全相同的溶液称为理想溶液。

一般把性质极其相似的物质所组成的溶液认为是理想溶液，如苯和甲苯、甲醇和乙醇。理想溶液各组分混合时，既没有体积的变化，也没有热效应。真正的理想溶液并不存在一、理想二元溶液的气液平衡关系3、拉乌尔定律摩尔分数：混合液中一种物质的物质的量与各组分总的物质的量之比。（1）内容：

一定温度下，气液相达平衡时，溶液上方气相中组分的分压等于组分在该温度下的饱和蒸气压与其在液相中的摩尔分数的乘积。（1）气液相平衡：混合物在液相或气相中各组分浓度恒定不变达气液两相平衡。（2）饱和蒸汽压：液体与表面上的蒸气达平衡状态时，蒸气产生的压力，用pV表示（2）表达式：PA=PA°•xAPB=PB°•xB=PB°•（1-xA）一、理想二元溶液的气液平衡关系3、拉乌尔定律（3）物理意义：气液两相达平衡时，气相分压与液相组成的关系。4、理想二元溶液的平衡关系式理想溶液的蒸气是理想气体，服从道尔顿分压定律：即总压等于各组分的分压之和。P=PA+PBP---气相的总压，Pa；PA、PB---A、B组分的分压，PaP=PA+PB=PA°•xA+PB°•xB=PA°•xA+PB°•（1-xA）

xA=一、理想二元溶液的气液平衡关系4、理想二元溶液的平衡关系式若气相组成用摩尔分数表示：

理想二元溶液的气液相平衡关系式应用：计算一定温度和压力下，气液两相达平衡时，各组分在液相和气相的平衡组成例：试计算压力为101.3kPa，温度为110℃时正庚烷（A）-正辛烷（B）物系平衡时，正庚烷与正辛烷在液相和气相中的组成，已知t=110℃时，PA°=140.3kPa，PB°=64.5kPa。二、t-x(y)图和y-x图用相图来表达气液相平衡关系比较直观、清晰，而且影响精馏的因素可在相图上直接反映出来，对于双组分精馏过程的分析和计算非常方便。精馏中常用的相图有以下两种。1.沸点-组成图——t-x(y)图t－x－y图数据通常由实验测得。以苯-甲苯混合液为例，在常压下，其t－x－y图如图所示，以温度t为纵坐标，液相组成xA和汽相组成yA为横坐标（x，y均指易挥发组分的摩尔分数）。图中有两条曲线，下曲线表示平衡时液相组成与温度的关系，称为液相线，上曲线表示平衡时汽相组成与温度的关系，称为气相线。两条曲线将整个t－x－y图分成三个区域，液相线以下代表尚未沸腾的液体，称为液相区。汽相线以上代表过热蒸汽区。被两曲线包围的部分为气液共存区。1．沸点－组成图常压下苯－甲苯物系的t－x－y图结构：坐标纵坐标t横坐标xA、yA两条线液相线汽相线三个区液相区过热蒸汽区汽液共存区双组分气液相平衡图a.泡点、露点的确定b.易挥发和难挥发组分沸点的确定c.混合溶液气液平衡组成的确定溶液开始沸腾产生第一个汽泡的温度称为泡点；混合气体开始冷凝产生第一滴液滴的温度称为露点。如图F、E两点为纯苯和纯甲苯的沸点。当混合液的状态点为点K时，物系被分成互成平衡的气液两相，其气、液相组成y、x可用G、L两点横坐标表示。沸点-组成图的应用二、t-x(y)图和y-x图1.沸点-组成图——t-x(y)图（1）两线：

液相线：平衡时液相组成x与温度T的关系

气相线：平衡时气相组成y与温度T的关系（2）三区域：

液相区：又称过冷液相区，处于液相线以下，溶液呈未沸腾状态；

气液共存区：处于气相线与液相线之间，气液两相同时存在；

气相区：称为过热蒸汽区，处于气相线以上，溶液全部汽化。二、t-x(y)图和y-x图1.沸点-组成图——t-x(y)图组成为X1，温度为T0（A点）的溶液为过冷液体，将此溶液加热升温至T1（J点）时，溶液开始沸腾，产生第一个气泡，相应的温度称为泡点；组成为y3（y3=x3）、温度为T4（B点）的过热蒸汽冷却，降温至T3（H点）时，混合气体开始冷凝，产生出第一个液滴，相应的温度称为露点。（3）两点：

泡点：溶液沸腾，产生第一个气泡的点对应的温度

露点：蒸汽冷凝，产生第一滴液滴的点对应的温度液相线：泡点线气相线：露点线383K353K二、t-x(y)图和y-x图1.沸点-组成图——t-x(y)图应用：（1）借助t-x（y）图可以解释精馏的原理（2）求得任一沸点下气液相的平衡组成。

例：沸点为T3时的液相组成即为C点所对应的值（x=0.27），而气相组成即为H点所对应的值（y=0.5）。（3）可看出混合物中两组分的纯组分沸点及液体混合物的沸点范围。

例：纯苯的沸点是353K，纯甲苯的沸点是383K，混合物的沸点则介于353K和383K之间，并且随着组成的不同而变化。（一般液体混合物没有固定的沸点，只能有一个沸点范围）383K353K二、t-x(y)图和y-x图1.沸点-组成图——t-x(y)图例：利用苯-甲苯溶液的t-x（y）图，对357K含苯的摩尔分数为0.5的苯-甲苯混合液进行分析，在101.3kPa下恒压加热，试求（1）此溶液的泡点温度T泡；（2）第一个气泡的组成；（3）露点温度T露；（4）最后一滴液体的组成；（5）当溶液加热到369K时混合液的状态和组成。2．气液相平衡图苯－甲苯物系的y－x图结构:坐标纵坐标y横坐标x两条线气液相平衡线参考线y＝x

双组分气液相平衡图二、t-x(y)图和y-x图二、t-x(y)图和y-x图2.气液平衡曲线（y-x图）苯-甲苯混合液的x-y图y-x图表示气相组成y和液相组成x的平衡关系，称为平衡线。(1)图中任意点A表示组成为x1的液相与组成为y1的气相互相平衡。(2)图中对角线y＝x，为参考线。(3)两相达到平衡时，气相中易挥发组分的浓度大于液相中易挥发组分的浓度，即y＞x，故平衡线位于对角线的上方。平衡线离对角线越远，说明互成平衡的气液两相浓度差别越大，溶液就越容易分离。a.图中任意点D表示组成为x1的液相与组成为y1的气相互相平衡b.两相达到平衡时，气相中易挥发组分的浓度大于液相中易挥发组分的浓度，即y＞

x，故平衡线位于对角线的上方。c.平衡线离对角线越远，说明互成平衡的气液两相浓度差别越大，溶液就越容易分离。气液相平衡图的应用三、挥发度和相对挥发度1.挥发度利用t-x-y图和y-x图可以判断溶液中两组分是否能分离和分离的难易程度，但必须要有溶液各组分的平衡数据，还要做图，用相对挥发度来判别分离的难易程度就相对简单。（1）定义：

混合液中某组分在气相中的分压与该组份在液相中摩尔分数之比。用υi表示。（2）物理意义：

表示物质挥发的难易程度。（3）表达式：（A-B两种组分混合物）

精馏分离的依据是什么？物质挥发性的大小用挥发度表示。

组分的挥发度是组分挥发性大小的标志三、挥发度和相对挥发度1.挥发度（3）表达式：（A-B两种组分混合物）

拓展：理想溶液PA=PA°•xAPB=PB°•xB

结论：理想溶液中各组分的挥发度等于各组分的饱和蒸汽压。三、挥发度和相对挥发度2.相对挥发度（1）定义：

溶液中两种组分的挥发度之比，用α表示。（2）表达式：（A-B两种组分混合物）

拓展：理想溶液

结论：理想溶液中各组分的相对挥发度等于各组分的饱和蒸汽压之比。溶液中组分A对组分B的相对挥发度，用

AB表示。三、挥发度和相对挥发度3.用相对挥发度表示相平衡关系

因为：PA=P•yA,PB=P•yB

道尔顿分压定律

因为：xB=1-xA，yB=1-yA

相对挥发度表示的气液平衡关系略去下标则可得相平衡方程：相平衡方程分析当＞1时，两组分的沸点相差较大。越大，两组分沸点相差越多，组分A和B越易分离。当＝1时，y＝

x，气液相组成相同，两组分沸点相同，二元体系不能用普通精馏法