第7章_相平衡-y化工热力学

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1、第七章相平衡研究相平衡的目的、意义纯物质的P-V图物质和能量交换BA相平衡是一切分离技术及分离设备开发、设计的理论基础和关键。分离技术：精馏、吸收、吸附、萃取、结晶。研究相平衡的目的、意义1.确定不同相间组成关系举例：（1）50％水＋50％乙醇的液相，沸腾时对应的汽相组成是什么？反之亦然。（2）用于冷凝器，已知汽相组成，求液相组成。以上汽液平衡是化工生产中最重要的相平衡。其它如液液平衡、气液平衡、固液平衡2.要解决的问题：物系组成（x、y）与T、p间的关系3.重要性：相平衡理论是精馏、吸收、萃取等分离操作的基础，实际

2、上就是组成与其它物理量的定量关系，也涉及数据可靠性及估算方法。第七章内容§7.1相平衡判据与相律§7.2汽液平衡的相图§7.3活度系数与组成关系式§7.4汽液平衡计算§7.5液液平衡计算§7.1相平衡判据与相律§7.1.1相平衡（PhaseEquilibrium）相平衡讲的就是物系组成（x，y）与T、p间的关系特点体系状态变化极限实际过程比较标准动态平衡可逆过程相平衡时不同相之间的化学位差为零，即化学位相等。汽液平衡（VLE）、液液平衡（LLE）、固液平衡（SLE）§7.1.2相平衡的判据1）两个相（α，β），N个组

3、分达到平衡liquidvapor如：VLE时T，P一定N个方程式2）π个相，N个组分达到多相平衡（α，β，γ，δ，……π）§7.1.2相平衡的判据相平衡的判据为：各相的温度、压力相等时，各相中组分的分逸度相等！——最实用T，P一定有N（π-1）方程式§7.1.3相律例对于二元汽液平衡，自由度F为F=2-2+2=2则在T,P,x1,x2,y1,y2诸变量中，仅可指定2个自变量，如T，x1，体系即可确定，其余诸变量需借助相平衡方程求出。F=N-π+2自由度组分数相数§7.2汽液平衡的相图对于二组分体系，N=2；F=N-π

4、+2。π至少为1，则F最多为3。这三个变量通常是T，p和组成x。所以要表示二组分体系状态图，需用T,p,x三个坐标的立体图表示。从立体图上得到平面截面图(保持一个变量为常量)（1）保持温度不变，得p-x图较常用（3）保持组成不变，得T-p图不常用。（2）保持压力不变，得T-x图常用§7.2汽液平衡的相图汽液平衡体系的类型——与理想体系的偏差1）一般正偏差2）一般负偏差3）正偏差、最低恒沸点4）负偏差、最高恒沸点1）一般正偏差：溶液中各组分的分压均大于Raoult定律的计算值溶液的蒸汽压介于两纯组分的蒸汽压之间。如甲醇

5、-水体系、呋喃-四氯化碳体系。Raoult定律计算值2）一般负偏差溶液中各组分的分压均小于Raoult定律的计算值溶液的蒸汽压介于两纯组分的蒸汽压之间。如氯仿-苯体系、四氢呋喃-四氯化碳体系。Raoult定律计算值P-ybP-xb3）正偏差、最大压力恒沸物（最低恒沸点）正偏差较大，溶液的总压在P-x曲线上出现最高点最高点压力大于两纯组分的蒸汽压。在T-x曲线上出现最低点，该点y=x，称为恒沸点。如乙醇-水体系、乙醇-苯体系。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。恒沸点恒沸点Raoult定

6、律计算值P-ybP-xb4）负偏差，最小压力恒沸物（最高恒沸点）负偏差较大，溶液的总压在P-x曲线上出现最低点最低点压力小于两纯组分的蒸汽压。在T-x曲线上出现最高点，该点y=x，称为恒沸点。如氯化氢-水体系、氯仿-丙酮体系。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。恒沸点恒沸点Raoult定律计算值yBxByBxB正偏差、最低恒沸点负偏差，最高恒沸点xB1正偏差xB1负偏差注意：1、压力一定，则恒沸点的组成和温度固定不变2、压力变化，则恒沸点的组成和温度随之相应变化；指出下列物系的自由度数

7、目(1)水的三相点(2)液体水与水蒸汽处于汽液平衡状态(3)甲醇和水的二元汽液平衡状态(4)戊醇和水的二元汽-液-液三相平衡状态(5)乙醇水在101.3KPa下共沸体系是非题混合物汽液相图中泡点曲线表示的是饱和汽相，露点曲线表示的是饱和液相在一定压力下，组成相同的混合物的露点温度和泡点温度不可能相同在一定压力下，纯物质的露点温度和泡点温度相同，且等于沸点问答题相平衡判据是什么？用化学位或逸度的概念如何表示？思考题液化气是一种热值很高的理想民用气体燃料，主要成分为丙烷、丙烯、丁烷和丁烯。我国境内的气瓶在-40℃～60℃

8、的环境温度下使用，在设计钢瓶结构时已充分考虑钢瓶容积的安全性。根据计算，当环境温度在15℃、充装的液化石油气刚好达到规定的充装量时，钢瓶内尚有15%的气相空间；在60℃环境温度下，瓶内所充装的液化石油气应仍保留3%以上的气相空间。以丙烷为主要物质试分析在火灾现场液化气罐发生爆炸前丙烷状态变化。丙烷Tc：369.8K,Pc:4.25MPa,钢瓶爆