化工分离第二章

1、化工分离第二章2022/9/4第1页，共24页，2022年，5月20日，0点27分，星期二2.1 相平衡一、相平衡条件 相平衡：指混合物或溶液形成若干相，这些相保持着物 理平衡而共存的状态。热力学角度： 动力学角度： 相间表观传递速率相平衡条件： 1、各相的 相等整个体系的熵 达到最大值，自由焓 达到最小值为零温度T、压力 p及每一组分 i 的化学位2022/9/4第2页，共24页，2022年，5月20日，0点27分，星期二由lewis 引入了等价于化学位的物理量逸度 f各相的温度T、压力p及每一组分 i 的逸度相等二、相平衡表示 1. 相图： （1） p-x-y 图（恒T）2. 2022/9

2、/4第3页，共24页，2022年，5月20日，0点27分，星期二（2） T-x-y 图（恒P）（3） x-y 图2022/9/4第4页，共24页，2022年，5月20日，0点27分，星期二2. 相平衡常数 K 对组分 i 的相平衡常数Ki，有 i 组分在平衡的汽相中的摩尔分率 i 组分在平衡的液相中的摩尔分率 3. 分离因子 理想溶液拉乌尔定律三、相平衡常数的计算 精馏：2022/9/4第5页，共24页，2022年，5月20日，0点27分，星期二由 状态方程法活度系数法很少应用2022/9/4第6页，共24页，2022年，5月20日，0点27分，星期二1. 状态方程法 对混合物中组分 i，有

3、( 1 )( 2 )计算步骤： ( 1 )选择一个既适用于汽相，又适用于液相的方程； 较常使用的为： 范德华方程RK 方程 2022/9/4第7页，共24页，2022年，5月20日，0点27分，星期二维里方程能否适用 ？( 2 )由相应的混合规则计算混合物的参数； 、 ( 3 )由状态方程求取混合物的体积及压缩因子2022/9/4第8页，共24页，2022年，5月20日，0点27分，星期二( 4 )由状态方程及逸度系数计算公式 (1) 求取逸度系数表达式； ( 5 )、 将代入逸度系数表达式求各组分汽相逸度系数 ( 6 )用 代替 ，重复 (3)、(4)、(5)步骤求出各组分液相逸度系数 (

4、7 )由 求取 2022/9/4第9页，共24页，2022年，5月20日，0点27分，星期二2. 活度系数法 （xi1） ( 1 )基准态逸度 H （xi 0） ( 2 )液相活度系数 a、 以正规溶液为基础的 Margules 方程、 Van Laar 方程等； b、 以无热溶液为基础的 Wilson 方程、 NRTL 方程等。 2022/9/4第10页，共24页，2022年，5月20日，0点27分，星期二为的偏摩尔性质正规溶液：无热溶液：2022/9/4第11页，共24页，2022年，5月20日，0点27分，星期二2022/9/4第12页，共24页，2022年，5月20日，0点27分，星期

5、二2022/9/4第13页，共24页，2022年，5月20日，0点27分，星期二以Wilson方程为例其中：2022/9/4第14页，共24页，2022年，5月20日，0点27分，星期二同理，对二组分溶液：2022/9/4第15页，共24页，2022年，5月20日，0点27分，星期二对三组分溶液：123可求。 2022/9/4第16页，共24页，2022年，5月20日，0点27分，星期二要求大家掌握的内容：（1）相平衡的判据；（2）相平衡的表示方法；（3）相平衡常数的两种计算方法；（4）标准态逸度的选取。2022/9/4第17页，共24页，2022年，5月20日，0点27分，星期二( 3 )汽

6、相逸度系数 以维里方程为例：1 1 1 由 及 or，由 2022/9/4第18页，共24页，2022年，5月20日，0点27分，星期二及 3. 活度系数法计算相平衡常数的简化形式 汽相为理想气体i.g.，液相为理想溶液i.s.1111 2022/9/4第19页，共24页，2022年，5月20日，0点27分，星期二 f (T, P) 适用于压力低于200kPa、分子结构十分相似的组分构成的溶液， 如苯一甲苯二元混合物。 汽相为理想气体i.g.，液相为非理想溶液r.s.1=11 f (T, P, 组成) 适用于低压下大部分物系， 如醇、醛、酮与水形成的溶液。 2022/9/4第20页，共24页，

7、2022年，5月20日，0点27分，星期二 汽相为理想溶液i.s. （实际气体的理想混合物）， 液相为理想溶液i.s. 实际气体的理想混合物： 相同分子间作用力与相异分子间作用力相同，分子大小一样， 气体混和时体积具有加和性。 此混合气体符合路易斯兰德尔规则 纯组分 i 的气体在系统压力 P 和温度 T 下的逸度 类似于 f (T, P) 为纯组分 i 在压力 P 和温度 T 下的液相逸度与汽相逸度之比 即 适用于中压下的烃类混合物 2022/9/4第21页，共24页，2022年，5月20日，0点27分，星期二 汽相为理想溶液i.s.，液相为非理想溶液r.s. 液相 f (T, P, xi)

8、所以，汽液两相平衡系统分类 汽相理想气体 理想溶液 实际溶液 实际气体理想溶液 实际气体实际不存在 2022/9/4第22页，共24页，2022年，5月20日，0点27分，星期二4、烃类系统相平衡常数的近似估计 P-T-K列线图 烃类系统的汽液两相均较接近于理想溶液， f (T, P) P-T-K 列线图是 Deprister 以 BWR 状态方程为基准绘制而成 见图21 (a) 、图21 (b) 四、两种计算方法的比较P26 表 23 例： 乙烯乙烷精馏塔，某塔板温度为16，P21atm，求该板 Ki 及汽液组成（P-T-K 图） 适用于0.8 1MPa（绝压）以下的较低压区域注意 T、P 对Ki 的影响