二组分体系相图及其应用.ppt

5-3 二组分体系相图及其应用,根据相律,( T, p , xB ),对于二组分体系,由于研究的对象最少的相数为1，而自由度最小为0 所以当,最多可有四 相达平衡,描述二组分体系时通常固定一个变量,做成平面相图,条件自由度:,( T, p , xB ),要完全描述二组分体系，就必须用三维坐标,完全互溶的双液体系,二组分体系,双液体系,双固体系,部分互溶的双液体系,完全不互溶的双液体系,完全互溶的双固体系,部分互溶的双固体系,完全不互溶的双固体系,气液,固液,P-X图和T-X图,T-X图,一、完全互溶双液系,完全互溶双液系是指两个纯液体可按任意比例互溶，一般按照“相似相溶”原理，能相互溶的两种物质结构很相似。形成的溶液可能是理想液态混合物也可能是非理想液态混合物。,（一）理想的二组分液态混合物,指两个纯液体可按任意比例互溶，并每个组分全部浓度范围内都服从拉乌尔定律，及为理想的完全互溶双液系，或称为理想的液体混合物，如苯和甲苯，正己烷与正庚烷等结构相似的化合物可形成这种双液系。,(1) p-x图,设 和 分别为液体A和B在指定温度时的饱和蒸气压，p为体系的总蒸气压,xA,A,B,等温,P,PA=PA*xA,PB=PB*xB,P=PA+PB,液相区,气相区,f*=2,f*=2,液相线 f*=1,可见，溶液的总蒸气压与气相组成间不是线性关系，但当,（2） p-x-y 图,因为已设A为易挥发组分即 ，,又由于,所以,即：易挥发组分在气相中的成分大于在液相中的成分，可见在一定的总压下，气相线总是在液相线的下面。,xA1,yA1,yA2,液相区g,气相区l,气液两相共存区g+l,f*=2,f*=2,液相线,气相线,f*=1,xA2,(3) T-x图沸点-组成图,沸点是指在一定的大气压力下，当溶液的蒸气压等于外压时，溶液沸腾时的温度。某组分的蒸气压越高，其沸点越低，反之亦然。如果在一定压力下，以沸点温度为纵坐标，以液相或气相组成为横坐标所作的相图就是T-x图,T-x图在讨论蒸馏时十分有用，因为蒸馏通常在等压下进行。T-x图可以从实验数据直接绘制。也可以从已知的p-x图求得。,将组成与沸点的关系标在下一张以温度和组成为坐标的图上，就得到了T-x图。,和 分别为A和B的沸点。显然 越大， 越低。,x2,x3,x4,x1,同理在p-x图中先测出不同温度下的气相线，用相同的方法可得到T-x图中的气相线，如图中,液相线,气相线,液相区g,气相区l,气液两相共存区g+l,f*=2,f*=2,f*=1,（4） T-p-x图,（5）杠杆规则,A、物系点和相点,物系点：是相图中表示体系总组成的点，如图中K、C、E点，都表示体系由3.5的B和5.5的A组成.,5.5,相点：是相图中表示某个平衡相的组成的代表点，如图中K1、K2都是相点K1表示液相的组成为X1， K2表示气相的组成为X2，比如C点表示的体系在两相区，而且气相组成由K1代表，液相组成由K2代表，这两点共同表示该条件下体系的平衡状态。,物系点与相点在单相区可以重合如K、E点，但在梭形区（不包括线上的点）只能是物系点，而不能是相点如C点。,xA,气相线也叫露点线,液相线也叫泡点线,对于物系点为K点的体 系，在等压下进行冷 却，物系点就要沿KE 向下移动，当冷却到 T2时，开始凝结出 如露珠的液体，所以H 点又叫露点，把不同 组成的露点连起来就 是气相组成线，也叫 露点线。同理物系点 在E的体系当加热到 T1时液体开始起泡沸腾，所以F点又叫泡 点，同样把组成不同 泡点连起来就是液相 组成线，也叫泡点线。,B、杠杆规则,在T-x图的两相区，物系点C代表了体系总的组成和温度。,通过C点作平行于横坐标的等温线，与液相和气相线分别交于D点和E点。DE线称为等温连结线。,落在DE线上所有物系点的对应的液相和气相组成，都由D点和E点的组成表示。,设有nAmolA与nBmolB混合后含A的摩尔分数为XA,，当T1时，物系点在C点，气相总物质的量为n气，液相总物质的量为n液。,液相中A的物质的量,气相中A的物质的量,溶液中A的总物质的量,因为,杠杆规则只适用于相互平衡的两个相，可以是液-气、液-固、固-固的两相平衡区，横坐标可以是质量分数，也可以是物质的量分数。,或,（6）蒸馏（或精馏）原理-完全互溶双液系相图的应用,简单蒸馏-是按照混合液中组分的沸点不同而进 行粗略的分离。,如有一组成为x1的A，B混合溶液，加热到T1时开始沸腾，与之平衡的气相组成为y1，显然含B量显著增加。,将组成为y1的蒸气冷凝，剩余液相中含B量下降，组成沿OA线上升，沸点也升至T2，这时对应的气相组成为y2。接收 间的馏出物，组成在y1与y2之间，剩余 液组成为x2， A含量增加。,这样，将A与B粗略分开。一次简单蒸馏，馏出物中B含量会显著增加，剩余液体中A组分会增多。,精