分离工程 第二章 单级平衡过程

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1、分离工程青岛科技大学化工学院第二章单级平衡过程Chapter2Singlestagebalanceprocess单级平衡分离是指两相经一次紧密接触达到平衡后随即引离的过程，由于平衡两相的组成不同，因而可起到一个平衡级的分离作用。其相平衡用于阐述混合物分离原理、传质推动力和设计计算。§2-1汽液相平衡（Vapour-liquidphaseequilibrium）所谓相平衡是指两个或两个以上的相处于平衡状态。“平衡”的意思是指：在宏观上系统的性质随时间而改变的趋势已达到零。而所谓“相”，是指任何数量的物质在其所占据的空间内宏观性质是均匀一致的，没有不

2、连续的地方。一定数量的物质，即使被分割成若干部分，但只要它们的性质和组成完全一样，则可把它们称为一个“均相”。若有两个或两个以上的均相，虽然它们互相紧密接触，但它们各自的性质并不随时间而改变，通常，就用“相平衡“这一词来表达这一状态。对于双组分系统温度—压力—组成的平衡关系，常常利用实验来测得，而多组分系统的相平衡关系用实验方法来测定就比较复杂。随着相平衡理论研究的深入，对双组分和多组分系统的汽液相平衡已建立了一些定量的关系式，利用这些关系式，它只需用少量的双组分的实验数据，这就大大地减轻了实验工作量。一、汽液相平衡关系（Vapour-liqui

3、dphaseequilibrium）1.基本关系式相平衡条件：组分i在汽液两相中的化学位相等，也可表示为组分i在汽液两相中的逸度相等，或2.相平衡常数25分离工程青岛科技大学化工学院①定义工程中常用相平衡常数来表示相平衡关系表示了i组分在平衡的汽液两相中的分配情况，俗称分配系数。②的计算方法⑴状态方程法只要给出组分i的汽液两相的分逸度系数，即可求出，而已知则可由求与之相平衡的。和均可用状态方程来计算，但该状态方程必须同时适用于汽液两相，常见的有SRK、PR和BWR方程，此法适用于中压下，液相非理想性不是很强的烃类系统。⑵活度系数法用于只能计算的状

4、态方程，如维里方程，RK方程，而则由活度系数模型来计算。该法用于压力不高，液相非理想性强的系统。a.可凝性组分基准态逸度当时，，即纯液体i在T、P下的逸度等于饱和蒸汽压乘以两个校正系数，为校正处于饱和蒸汽压对理想气体的偏差，指数校正（Poynting）因子是校正压力偏离饱和蒸汽压的影响。b.不凝性组分基准态逸度当时，，或亨利定律：③与的关系25分离工程青岛科技大学化工学院相对挥发度的定义是i，j两组分的相平衡常数之比。固有分离因子：若，表示汽液两相中i、j两组分的浓度之比相等，因此不能用一般的精馏来分离，值越大，两相平衡后的比值一、汽液平衡的分类

5、与计算（Classificationandcalculationofvapour-liquidphaseequilibriumconstant）1.汽液平衡的分类基本关系式：忽略Poynting因子，汽相液相理想气体的混合物理想的气体混合物真实气体混合物理想溶液非理想溶液2.汽液平衡常数的计算①逸度系数的计算计算逸度系数可以通过气体状态方程，PVT实验数据，普遍化关系，可根据情况任选一种，其基本关系为：⑴纯组分的逸度系数当,25分离工程青岛科技大学化工学院当,可查图。⑵二元混合物的逸度系数a.维里方程用混合规则求，即先求。见P34和化工热力学。b

6、.RK方程书中给出了VdwEqu.的计算，见P30。①活度系数的计算若，称为对拉乌尔定律有正偏差，为负偏差。大多数非烃类混合物，都表现为正偏差，少数由于有缔合现象或属于电解质溶液，能发生负偏差。一般可以液相中分子间的作用力来估计偏差的正负。目前，还不能完满地定量计算活度系数，对于双组分系统，主要通过实验测定，也可采用某些公式计算，对于三组分或更多组分的非理想溶液，实验数据很少，活度系数主要用公式估算。25分离工程青岛科技大学化工学院只要知道的数学模型，就可通过组分i的摩尔数ni求偏导数得到的表达式。⑴二元溶液的活度系数a.Van-LaarEqu.

7、讨论1）A的物理意义2）由3）当时，此二元系统称对称系统，方程可变为单参数的对称方程：；4）当时，为理想体系；当时，为负偏差非理想体系；当时，为正偏差非理想体系A可用来判别实际溶液与理想溶液的偏离度。b.MargulesEqu.VanLaar方程和Margules方程有悠久的历史，仍有实用价值，特别是定性分析方面。优点：数学表达式简单；容易从活度系数数据估计参数；非理想性强的二元混合物包括部分互溶物系，也经常能得到满意的结果。缺点：不能用二元数据正确推断三元系的活度系数。不能用于多元系相平衡计算。25分离工程青岛科技大学化工学院a.WilsonE

8、qu.注意：1）当时，；当时，2）当时，为理想体系；当时，为负偏差非理想体系；当时，为正偏差非理想体系；λ可用来判别实际溶液与理想溶液的