精馏气液相平衡0

精馏气液相平衡授课人：张佳佳蒸馏过程中伴随着液体的气化和气体的冷凝过程，即气、液两相是共存的；因此气液相平衡是蒸馏过程的热力学基础，它能判断过程进行的可能性。什么是理想物系？液相—--是理想溶液—---遵循拉乌尔定律气相—--是理想气体—---遵循理想气体状态方程精馏气液相平衡1.相律：平衡物系中的自由度数、相数及独立组分数之间的关系当影响物系平衡状态的外界因素只有温度和压强两个因素时：式中，C----独立组分数，Ф----相数二元物系的气液相平衡，独立组分数为2（A和B两个组分），相数为2（气、液两相），所以：F=2-2+2=2一、二元蒸馏中相律的应用2.独立变量：二元物系的气液相平衡，涉及的独立变量有温度t、压力p、气液相组成yA、xA（易挥发组分A的摩尔分率）F=2，任意确定其中两个变量，其平衡状态随之确定3.相图：t一定，F=1，P与组成（x，y）存在一一对应关系

P一定，F=1，t与组成（x，y）存在一一对应关系在蒸馏操作中，通过测量温度来实现对组成的控制。P-x相图，t-x-y相图一、二元蒸馏中相律的应用回顾：吸收过程的气液相平衡关系1.亨利定律——在一定温度和平衡状态下，稀溶液上方溶质的平衡分压与其在液相中的摩尔分数成正比：PA*=Ex适用于稀溶液中的挥发性溶质2.拉乌尔定律——蒸馏过程的气液相平衡适用于稀溶液中的溶剂及理想液态混合物中的任一组分二、拉乌尔定律3.理想溶液：两组分（A+B）的性质相近、液相内相同分子间的作用力（A-A、B-B）与不同分子间的作用力（A-B）相近理想溶液的气液相平衡遵循拉乌尔定律拉乌尔定律——在一定温度下，气液两相达到平衡时，溶液上方气相中任意组分所具有的分压值，等于该组分在纯态时、相同温度下的饱和蒸汽压与该组分在液相中的摩尔分数之乘积，二、拉乌尔定律4.讨论：拉乌尔定律表示了理想溶液在达到相平衡时气相分压与液相组成之间的关系（1）t一定，PA0、PB0一定，气相分压与液相组成成正比；（2）液相组成一定时，气相分压与饱和蒸汽压成正比。二、拉乌尔定律与液相成平衡的蒸气总压P为A、B的蒸气分压之和：省略下标，以x表示易挥发组分（A组分）的摩尔分数，得：1.压强组成图（p-x图）三、双组份理想物系的气液相平衡t一定，饱和蒸气压为定值，上式表示一定温度下，总压P与液相组成x之间的一一对应关系，绘图：1.0t一定(PB0)A(PA0)B0Cx①

x=0,p=pB0；x=1,p=pA0∴pB0<p<pA0②OA代表

BC代表三、双组份理想物系的气液相平衡2.温度组成图（t－y－x图）表示总压P一定下，温度t与组成x、y之间的对应关系当各组分分压之和等于溶液上方的总压时，溶液沸腾，即

该式称为泡点方程，表示平衡物系的温度和液相组成的关系。在一定压强下，液体混合物开始沸腾产生第一个汽泡的温度，称为泡点温度（简称泡点），由此可确定t－x图。～f(t)三、双组份理想物系的气液相平衡当气相为理想气体时：

该式称为露点方程。表示平衡物系的温度与气相组成的关系。在一定的压强下，混合气体冷凝时开始出现第一个液滴时的温度，称为露点温度（简称露点）。由此可确定t－y图。～f(t)三、双组份理想物系的气液相平衡t-x-y图两端点：A点：x=1A组分的沸点

B点：x=0B组分的沸点两条线：

t-x关系曲线：平衡时液相组成x与泡点温度之间的关系；

泡点线或饱和液体线

t-y关系曲线：平衡时气相组成y与露点温度之间的关系；

露点线或饱和蒸气线三个区域：液相区气相区两相区①识图三、双组份理想物系的气液相平衡设有x＝0.4的苯－甲苯混合物，初始状态为过冷液体，处于图中的F点（tF）。现保持总压不变，对它进行加热，则它的状态点从F点垂直往上走当到达t-x线上的G点（tG）时，液体达到饱和，并将开始沸腾产生第一个气泡，温度用tb表示①识图三、双组份理想物系的气液相平衡继续升温气体量增多，在到达t-y线之前都处于气液共存区，其中的气相和液相达到平衡，如在H点（tH）时，互为平衡的气液两相组成为：xC，yD且xC<xF

，yD>xF当到达t-y线上的I点（tI）时，所有的液体恰好完全气化，蒸气达到饱和①识图三、双组份理想物系的气液相平衡再继续升温就变为过热蒸气，如在J点（tJ）。若考虑采用从J点（tJ）开始冷却过程，当到达I点（tI）时，蒸气将开始冷凝并产生第一个液滴，温度用td表示。①识图三、双组份理想物系的气液相平衡设系统总物料量为F，加热到温度tH后，液相量为L，气相量为V，根据物料平衡原则，总物料量等于气液量之和，总物料中易挥发组分的量等于气液两相中易挥发组分量之和，即：②气相量、液相量的计算三、双组份理想物系的气液相平衡联立以上二式，消去F并整理，得：继续加热，随着温度的增加，HD的长度逐渐缩小，HC的长度逐渐增大，即液相量减少而气相量增多。②气相量、液相量的计算三、双组份理想物系的气液相平衡通过以上t-x-y图讨论，在过冷液体区、过热蒸气区，组成没有改变；在气液共存区，组成发生了变化；气相中易挥发组成浓度升高，液相中难挥发组分浓度升高。气液共存区是蒸馏的操作区域部分气化、部分冷凝③讨论三、双组份理想物系的气液相平衡二元理想物系在气液平衡时所处的温度介于两纯液体的沸点之间，且与纯物质有不同：a）溶液在气化过程中温度不是定值，在tb→td之间变化，有一个范围b）同一组成下溶液的泡点tb和蒸气的露点td不相等，且td＞

tb气液平衡时，露点温度等于泡点温度③讨论三、双组份理想物系的气液相平衡在平衡线上一点：气、液互成平衡在对角线上一点：x=y，参考线y-x相图可由t-y-x图转换而来，找出气液两相在一定总压、不同温度时对应的平衡组成，以x为横坐标，y为纵坐标作图。3.气-液相平衡图（y-x图）三、双组份理想物系的气液相平衡讨论：该曲线也称平衡线，表示一定总压下气－液相平衡时的气相组成与液相组成之间的对应关系；大多数溶液，两相平衡时，气相组成y恒大于液相组成x，平衡线位于对角线上方。相平衡曲线偏离对角线愈远，表示达气液相平衡时气液两相组成的差异越大，愈有利于分离；

y-x图可用实验方法或露点方程求取。三、双组份理想物系的气液相平衡1.挥发度——物质挥发性的大小，用“ν”表示对混合液中的某一组分，挥发度的大小用气相中该组分的蒸气分压与平衡时的该组分的液相摩尔分数之比来表示，即：理想溶液，根据拉乌尔定律，有：理想溶液中各组分的挥发度等于其饱和蒸气压。四、挥发度与相对挥发度2.相对挥发度——混合液中两组分挥发度之比，用α表示对于纯组分，可用饱和蒸气压、沸点来判断其挥发性大小在蒸馏操作中，溶液是否容易分离，取决于各组分挥发性的对比。四、挥发度与相对挥发度若气相符合道尔顿分压定律，有：对双组分混合液:所以整理得到：

此式称为相平衡方程式表示在同一总压下互成平衡的气液两相组成之间的关系四、挥发度与相对挥发度当α=1时，y＝x，说明经蒸馏分离后组成与原来的一样，表示不能用普通精馏分离当α＞1时，气相浓度大于液相浓度，此溶液可用蒸馏方法分离；α愈大，同一液相组成x对应的y值愈大，表明两组分的挥发度（1）讨论差别愈大，可获得的提浓程度愈大，愈易分离。所以α是蒸馏分离的推动力，代表了利用蒸馏分离的难易程度。四、挥发度与相对挥发度（2）对理想溶液理想溶液的相对挥发度为同温度下纯组分A和B的饱和蒸气压之比当α<1时，液相浓度大于气相浓度，表示A为难挥发组分，可分离四、挥发度与相对挥发度（3）平均相对挥发度，当精馏塔内压强和温度变化都比较小时，也可用几何平均值表示，即：值随温度变化相对较小，在一定的温度范围内，常取的平均值用于相平衡计算。四、挥发度与相对挥发度1.对温度-组成图的影响压力提高，