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《化工热力学课件第五章节》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、第七章相平衡第五章相平衡热力学目的和要求：混合物相平衡理论是论述相平衡时系统T、p和各相组成以及其它热力学函数之间的关系与相互间的推算。相平衡是分离技术及分离设备开发、设计的理论基础。汽液平衡精馏气液平衡吸收液液平衡萃取液固平衡结晶、湿法冶金固固平衡晶型转变汽固平衡升华、气相沉积、包括两个部分：1、确定平衡状态；2、计算互成平衡状态下各个相的性质混合物的相平衡准则+状态方程+混合规则或活度系数模型相平衡热力学性质计算1）平衡性质与判据，混合物的汽液相平衡及其表达2）混合物相平衡关系(温度T、压力p、与各相的组成)的确定3）汽液相平衡计算类型与方法4）气液
2、平衡计算5）Gibbs-Duhem方程应用于汽液平衡数据的热力学一致性校验6）液液平衡计算7）含超临界组分的相平衡计算8）固液平衡计算重点内容：5.1平衡性质与判据α，β两个相，N个组分图5－1两相平衡示意图1）平衡准则相平衡指的是溶液中形成若干相，这些相之间保持着物理平衡而处于多相共存状态。在热力学上，它意味着整个物系Gibbs自由能为极小的状态，即根据平衡物系的Gibbs自由能为最小的原则导出相平衡的条件为：“各相的温度相等，压力相等、各组分在各相的化学位相等”。数学表达式为：即在一定温度T，压力p下处于平衡状态的多相多组分系统中，任一组分i在各相中
3、的组分逸度必定相等。（A）（B）（C）5.2平衡系统的相律相律：描述平衡系统中独立变量的数目(自由度)。含有N个组分π个相的均相敞开系统，有n1,n2,…,nN-1和T，p个变量，平衡时变量总数：，其自由度为：F（自由度）＝N－π＋2如图5-1所示的气相V和液相L两相的N元系，在一定T、p下达到气液平衡。该两相平衡系统的强度性质为T、p；气相组成；液相组成共有2N个。根据相律，对N个组分的两相系统，其自由度N。若给定了N个独立变量数，则其它的N个强度性质就被确定了下来，因此相平衡问题在数学上是完全可解的，这也是气液相平衡计算的主要任务，并进而进行各相的其
4、它热力学性质计算。Gibbs相律5.3二元体系VLE相图等温面等压面等x,y面线一.低压下互溶体系的汽液平衡相图对理想溶液（或拉乌尔定律）产生偏差的情况有四种。1.一般正偏差体系（甲醇-水体系）2.一般负偏差体系（氯仿－苯体系）3.最大正偏差体系（乙醇-苯体系）4.最小负偏差体系（氯仿-丙酮体系）当恒温时的P~x曲线高于拉乌尔定律的P~x直线，此体系为正偏差体系。γi>11.一般正偏差体系等温等压0101P1sP2sP-y1P-x1x1,y1x1,y1PT-x1T-y1T2.一般负偏差体系当恒温时的P~x曲线低于拉乌尔定律的P~x直线，此体系为负偏差体系
5、。γi<1等温等压P2sP1sP-x1P-y1x1,y1x1,y10011T-y1T-x1PT3.最大正偏差体系当正偏差较大时,在P~x曲线上就可以出现极大值，γi>1；在这一点上，xi=yi,此点称为共沸点；由于这一点压力最大，温度最低，所以称为最大压力（或最低温度）共沸点；对于这种体系，用一般精馏法是不能将此分离开的，必须要采用特殊分离法。P等温等压Tx1,y1x1,y10011共沸点4.最小负偏差体系最小压力（最高温度）共沸点xi=yi,γi<1等温等压PT共沸点x1,y1x1,y10011液相为部分互溶体系eabcd123二.二元体系的P－T图纯
6、组分的PT图可用两维坐标表示出来。123c汽化线升华线溶化线三相点临界点V相L相S相TP4纯组分的汽液平衡表现为自由度为1;汽液平衡时，当P一定，对应的T也一定，也就是说对于纯物质具有固定的沸点。对于二元组分，它没有固定的沸点，沸点是对于纯物质而言的;对于混合物，只有：泡点：当第一个气泡在一定压力下出现时的温度。露点：当第一个液滴在一定压力下出现时的温度。恒沸点:达到平衡时汽液两相组成相等，即xi=yi。沸程:二元组分汽液平衡关系，不是一条线来描述的，而是用一个区域来描述的，图中实线为泡点线MCm，虚线为露点线NCm，不同的溶液组成，就对应不同的汽液平衡
7、关系，在整个溶液范围内组成了一个上拱形的泡点面和下拱形的露点面。混合物的临界点Cm泡点面的上方为过冷液体，露点面的下方为过热蒸汽。UKC1C2PTCmMNUC1、KC2分别为纯组分1和组分2的汽液平衡线二元组分的PT图临界点轨迹1.混合物的临界现象混合物的临界点的特征表现为：（1）Cm点处，汽液两相差别消失（这一点与单组分临界点一致）（2）Cm点不一定对应于两相共存时的最高压力和最高温度（与单组分临界点不一致）（3）Cm点随组成变化。“临界点包线”。2.逆向凝聚现象两种情况：一种是等温逆向凝聚，另一种是等压逆向凝聚。点MT是这种组成体系中两相共存的最高温
8、度,通称”临界冷凝温度”。PTMpMTCm饱和蒸汽饱和液体0.9点Mp是这种组成
