第七章%20%20相平衡%20[1].ppt

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1、第七章相平衡在化工生产中，常涉及到平衡问题，如：相平衡、化学平衡、能量平衡等等所谓平衡就是我们所研究的过程是否完成的标准，也就是说平衡是判断一个过程是否完成的标准。许多工业上重要的程序，如蒸馏、吸收、萃取等都涉及到两相接触。当不是相平衡时，两相就要发生质量传递，各物种传递速度的大小和系统偏离平衡的程度有关。若偏离程度大，则传递速度就快，否则，传递速度就慢，当达到平衡态时，速度的变化量就等于0。第七章相平衡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、气相沉积第七章相平衡如何得到平衡数据?一般通过实验来测取所研究体系的平衡数据，但同样存在需要实验设备和

2、时间的问题，因此计算方法的研究同样具有重要意义。如今计算机的发展使计算相平衡，特别是汽液相平衡成为可能。本章着重与讨论汽液相平衡的问题。第七章相平衡目的：学习汽液相平衡基本规律与计算要求：1、了解相平衡的基本概念和规律2、掌握低压下汽液相平衡的计算3、了解中压、高压下汽液相平衡的计算第七章相平衡7.1平衡的判据与相律7.2互溶体系VLE相图7.3VLE的计算7.4汽液平衡数据的热力学一致性检验7.1平衡的判据与相律1）物系达到平衡的条件由平衡的概念我们可以知道，当物系达到平衡时，物系就处于动态平衡，这时质量传递速度的变化量等于0，而物系各个热力学性质的变化量在对应的物系条件下也等于0，即平衡

3、时7.1平衡的判据与相律对于封闭体系，满足其中一个条件即为平衡态。但以上判据较复杂，不方便，一般不用。用于判断相平衡的依据常是根据关系式引申出的化学位或逸度的定义来判断7.1平衡的判据与相律2）相平衡的判据相平衡的判据经常用到的有三个：⑴它表明在给定的温度和压力条件下，平衡态就是所有可能变化达到的自由焓数值中最小的那个状态。这种方法对相平衡来说还不是很方便。(7-1)7.1平衡的判据与相律⑵式（7-4）表明，N个组分的系统内，若π个相在均一的温度、压力下达到平衡时，物系内的每一组分在所有各相中的化学位必定相同。从这一平衡关系式可得到相平衡计算中常用的表达式。（7-4）7.1平衡的判据与相律⑶

4、说明，各相在同样的温度、压力下达到平衡时，每一个组分在各相中的逸度相等。实际当中，这个式子最具有实用价值。（7-5）7.1平衡的判据与相律3）相律自由度为当我们所研究的体系具有完备的相图时，平衡关系充分在相图上体现出来，这就使问题显得更直观和方便了。相图能形象化的描述物相性质变化，是研究相平衡的重要工具。（7-6）第七章相平衡7.1平衡的判据与相律7.2互溶体系VLE相图7.3VLE的计算7.4汽液平衡数据的热力学一致性检验7.2互溶体系VLE相图二元体系图相数=1自由度=3可用立体图表示T、P、X7.2互溶体系VLE相图1）二元体系的P-T图对于纯组分，我们已经知道其P-T图可以用两维坐标

5、表示出来7.2互溶体系VLE相图纯组分的汽液平衡自由度为1，平衡时，只要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。7.2互溶体系VLE相图对于二元组分，它没有固定的沸点，沸点是对纯物质来说的，混合物只有泡点。所谓泡点就是当第一个气泡在一定压力下出现时的温度。与泡点相对应的还有露点，所谓露点就是当最后一滴液体在一定压力下全部汽化时的温度。二元组分的P-T图表现出他的汽液平衡关系不是用一条直线来描述的，而是用一个区域来描述的。7.2互溶体系VLE相图2）低压下互溶体系的汽液平衡相图在化工生产中，经常遇到低压下的蒸馏分离，低压下的汽相一般接近于理想气体的性质，而液相则由于分子大小的

6、差异及个组分间作用力的不同确定了液相与理想溶液的偏差，对理想溶液（或拉乌尔定律）产生偏差的情况有四种：7.2互溶体系VLE相图⑴一般正偏差体系（如甲醇-水体系）当恒温时的P-x曲线高于拉乌尔定律P-x直线，叫做正偏差，活度系数⑵一般负偏差体系（氯仿-苯体系）当恒温时的P-x曲线低于拉乌尔定律P-x直线，叫做负偏差，7.2互溶体系VLE相图⑶最高正偏差体系（乙醇-苯体系）在恒温时，当正偏差较小时，在整个温度范围内不会出现总压高于轻组分处于同温下纯态时的蒸汽压，但是当正偏差较大时，在P-x曲线上就可能出现极大值，在这一点称为共沸点。由于在这一点压力最大，温度最低，所以称最大压力（最低温度）共沸点

7、。对于这种体系，用一般精馏法是不能将其分离开的，必须采用特殊分离法。7.2互溶体系VLE相图⑷最大负偏差体系（氯仿-丙酮体系）有最小压力（最高温度）共沸点，同最大压力共沸点体系一样，最小压力共沸点体系也不能用一般分离法将其分离，也要采用特殊的分离方法。7.2互溶体系VLE相图对于互溶体系VLE相图大致有两种情况，具有正偏差体系，具有负偏差体系。当偏差较大时，就会形成共沸物，共沸体系的分离需要特殊的分离方法。7