第一節(jié)-兩組分溶液的氣液平衡課件

2022/12/21第六章

蒸餾一、概述二、拉烏爾定律三、揮發(fā)度和相對揮發(fā)度四、氣液相平衡圖五、非理想溶液第一節(jié)

兩組分溶液的氣液平衡2022/12/18第六章

蒸餾一、概述第一節(jié)

兩組分2022/12/21一、概述目的：分離液體混合物

依據：揮發(fā)度差異

吸收：氣體分離蒸餾：液體分離蒸發(fā)：固液分離1、蒸餾的目的及原理2022/12/18一、概述目的：分離液體混合物依據：揮發(fā)2022/12/212022/12/182022/12/21乙醇水體系的蒸餾分離乙醇水加熱汽相:醇富集液相:水富集冷凝冷卻乙醇產品廢水2022/12/18乙醇水體系的蒸餾分離乙醇水加熱汽相:液相2022/12/212、蒸餾的分類按蒸餾方式

簡單蒸餾

平衡蒸餾（閃蒸）精餾

特殊精餾

恒沸蒸餾

萃取蒸餾

水蒸汽蒸餾較易分離的物系或對分離要求不高的物系難分離的物系很難分離的物系或用普通方法難以分離的物系2022/12/182、蒸餾的分類按蒸餾方式簡單蒸餾平衡2022/12/21簡單蒸餾

2022/12/18簡單蒸餾2022/12/21恒沸蒸餾

2022/12/18恒沸蒸餾2022/12/21連續(xù)精餾

2022/12/18連續(xù)精餾2022/12/21按操作壓強

常壓

加壓

減壓

一般情況下多用常壓

常壓下不能分離或達不到分離要求

混合物中組分

雙組分多組分

按操作方式

間歇

連續(xù)

2022/12/18按操作壓強常壓加壓減壓一般情況下2022/12/21二、溶液的蒸氣壓與拉烏爾定律

1、拉烏爾定律

溶液理想溶液非理想溶液

2022/12/18二、溶液的蒸氣壓與拉烏爾定律1、拉烏爾2022/12/21可由Antoine方程計算或從手冊中查

當溶液沸騰時，溶液上方的總壓等于各組分的蒸氣壓之和

——由拉烏爾定律表示的氣液平衡關系2022/12/18可由Antoine方程計算或從手冊中查2022/12/21三、理想溶液汽液相平衡1、溫度—組成(

圖)

兩條線三個區(qū)三種點2022/12/18三、理想溶液汽液相平衡1、溫度—組成(2022/12/21表示混合液的平衡溫度和液相組成之間關系，t-x線。露點線表示混合液的平衡溫度和氣相組成之間的關系，t-y線，泡點線兩條線2022/12/18表示混合液的平衡溫度和液相組成之間關系，2022/12/21過熱蒸汽區(qū)兩相區(qū)液相區(qū)三個區(qū)2022/12/18過熱蒸汽區(qū)兩相區(qū)液相區(qū)三個區(qū)2022/12/21●●●沸點（boilingpoint）●●泡點（bubblepoint）x越大，易揮發(fā)組分的含量越高，泡點溫度越低。

●●露點（dewpoint）y越大，易揮發(fā)組分含量越高，露點溫度越低。

2022/12/18●●●沸點（boilingpoint2022/12/21t汽液兩相處于平衡時，兩相溫度相同時，當氣液兩相組成相同時，氣相露點溫度總是高于液相的泡點溫度。

2022/12/18t汽液兩相處于平衡時，兩相溫度相2022/12/21EtExFxEyEt-x-y圖與蒸餾原理2022/12/18EtExFxEyEt-x-y圖與蒸餾2022/12/212022/12/182022/12/212、y

-

x

圖

若在t~x（y）圖上作一系列水平線，得出汽、液平衡濃度（x，y），將（x，y）一一在y~x圖上標出則得出y~x圖，（x，y）點連線為相平衡曲線。

2022/12/182、y-x圖若在t~x（y）2022/12/21苯－甲苯－txy圖2022/12/18苯－甲苯－txy圖2022/12/21t-x（y）圖用以討論蒸餾原理，作為分析蒸餾依據；y-x圖用以進行過程分析與計算討論：2022/12/18t-x（y）圖用以討論蒸餾原理，作為分2022/12/21四、非理想溶液氣液相平衡

非理想溶液

最低恒沸點

如：乙醇－水，正丙醇－水

最高恒沸點

如：硝酸－水，氯仿－酮

正偏差溶液

負偏差溶液

正偏差：aAB<aAA，aAB<aBB，即異分子間的排斥傾向起了主導作用，使溶液的兩個組分的平衡分壓都比拉烏爾定律所預計的高。負偏差：aAB>aAA，aAB>aBB，異分子間的吸引力大，使得溶液的兩個組分的平衡分壓都比拉烏爾定律所預計的低。2022/12/18四、非理想溶液氣液相平衡非理想溶液最2022/12/21（1）恒沸組成時汽、液兩相的組成相同（y=x）

M點:恒沸溫度78.15℃正偏差負偏差，最高恒沸點

2022/12/18（1）恒沸組成時汽、液兩相的組成相同（y2022/12/21Xo硝酸-水體系乙醇-水體系M點：y=x2022/12/18Xo硝酸-水體系乙醇-水體系M點：y=2022/12/21六、總壓對相平衡的影響

2022/12/18六、總壓對相平衡的影響2022/12/21減壓蒸餾應用：（降低釜液沸點）

1、常壓下不易用蒸餾方法分離的液體混合物，降低體系恒沸溫度，避免不穩(wěn)定組分的分解。

2、

降低沸點可利用低壓蒸汽作為熱源，但所需設備復雜，技術要求高，操作費用大。2022/12/18減壓蒸餾應用：（降低釜液沸點）1、常壓2022/12/21五、相對揮發(fā)度α與y-x關系式1、揮發(fā)度對純液體，揮發(fā)度指該液體在一定溫度下的飽和蒸汽壓對混合液，揮發(fā)度為組分在蒸氣中分壓和與之平衡的液相中的摩爾分率之比2022/12/18五、相對揮發(fā)度α與y-x關系式1、揮發(fā)2022/12/21對于理想溶液：

對于非理想溶液：

2、相對揮發(fā)度溶液中易揮發(fā)組分的揮發(fā)度與難揮發(fā)組分的揮發(fā)度之比，用α表示。

2022/12/18對于理想溶液：對于非理想溶液：2、相2022/12/21若操作壓強不高，氣相遵循Dalton分壓定律

——氣液平衡方程

雙組分體系

2022/12/18若操作壓強不高，氣相遵循Dalton分壓2022/12/21由

知，時，

組分A較B易揮發(fā)，可以用蒸餾方法分離時，揮發(fā)度差異愈大，愈有利于蒸餾操作。

時，不能用普通蒸餾的方法分離混合液。

α可作為混合液能否用蒸餾方法分離以及分離難易程度的判據。2022/12/18由知，時，組分A較B易揮發(fā)，可以用蒸2022/12/21α=1，則y=x，對角線，不能用普通蒸餾分開；α值愈大，同一x下y值愈大，可獲得的提濃程度愈大因此α的大小可作為用蒸餾分離某一物系的難易程度標志

2022/12/18α=1，則y=x，對角線，不能用普通蒸2022/12/21相對揮發(fā)度的數值可由實驗測得

對理想溶液：理想溶液中組分的相對揮發(fā)度等于同溫度下兩組分的泡和蒸汽壓之比。當t變化時，兩者的變化不大，一般可將α視為常數，計算時可取操作溫度范圍內的平均值。

①

②

（4）α值的求取，通常由實驗測定

2022/12/18相對揮發(fā)度的數值可由實驗測得2022/12/21第五章

蒸餾

Distillation一、簡單蒸餾

Simpledistillation二、平衡蒸餾Equilibriumdistillation第二節(jié)

蒸餾與精餾原理2022/12/18第五章

蒸餾

Distillation2022/12/21一、簡單蒸餾（Simpledistillation）1、流程及原理

2022/12/18一、簡單蒸餾（Simpledisti2022/12/21簡單蒸餾是一個非穩(wěn)態(tài)過程。過程數學描述

2022/12/18簡單蒸餾是一個非穩(wěn)態(tài)過程。過程數學描述2022/12/21二、平衡蒸餾（Equilibriumdistillation）

1、原理與流程使混合液體部分氣化，并使氣液兩相處于平衡狀態(tài)，然后將氣液兩相分開。又名閃蒸（flashdistillation）2022/12/18二、平衡蒸餾（Equilibriumd2022/12/212、在相同的原料液濃度及相同釜液的條件下，簡單蒸餾所得到的餾出液濃度高于平衡蒸餾，而平衡蒸餾的優(yōu)點是連續(xù)操作，但其分離效果不如間歇操作的簡單蒸餾。三、小結

1、平衡蒸餾與簡單蒸餾的根本區(qū)別：前者為連續(xù)定態(tài)，后者為間歇非定態(tài)

2022/12/182、在相同的原料液濃度及相同釜液的條2022/12/213討論幾個問題

①平衡蒸餾及簡單蒸餾產生的汽液相其組成服從什么關系？此外，蒸餾時各股物料和各組分還應滿足另一種關系，是什么關系？②平衡蒸餾和簡單蒸餾能否實現高純度的分離,為什么？③如何蒸餾可得到高純度的產品？④能否利用多次平衡蒸餾或多次簡單蒸餾實現高純度分離？為什么？⑤工業(yè)上如何利用多次部分汽化和多次部分冷凝的原理實現連續(xù)的高純度分離，而流程又不太復雜呢？

2022/12/183討論幾個問題2022/12/21（3）冷凝器2022/12/18（3）冷凝器2022/12/21第六章

蒸餾一、概述二、拉烏爾定律三、揮發(fā)度和相對揮發(fā)度四、氣液相平衡圖五、非理想溶液第一節(jié)

兩組分溶液的氣液平衡2022/12/18第六章

蒸餾一、概述第一節(jié)

兩組分2022/12/21一、概述目的：分離液體混合物

依據：揮發(fā)度差異

吸收：氣體分離蒸餾：液體分離蒸發(fā)：固液分離1、蒸餾的目的及原理2022/12/18一、概述目的：分離液體混合物依據：揮發(fā)2022/12/212022/12/182022/12/21乙醇水體系的蒸餾分離乙醇水加熱汽相:醇富集液相:水富集冷凝冷卻乙醇產品廢水2022/12/18乙醇水體系的蒸餾分離乙醇水加熱汽相:液相2022/12/212、蒸餾的分類按蒸餾方式

簡單蒸餾

平衡蒸餾（閃蒸）精餾

特殊精餾

恒沸蒸餾

萃取蒸餾

水蒸汽蒸餾較易分離的物系或對分離要求不高的物系難分離的物系很難分離的物系或用普通方法難以分離的物系2022/12/182、蒸餾的分類按蒸餾方式簡單蒸餾平衡2022/12/21簡單蒸餾

2022/12/18簡單蒸餾2022/12/21恒沸蒸餾

2022/12/18恒沸蒸餾2022/12/21連續(xù)精餾

2022/12/18連續(xù)精餾2022/12/21按操作壓強

常壓

加壓

減壓

一般情況下多用常壓

常壓下不能分離或達不到分離要求

混合物中組分

雙組分多組分

按操作方式

間歇

連續(xù)

2022/12/18按操作壓強常壓加壓減壓一般情況下2022/12/21二、溶液的蒸氣壓與拉烏爾定律

1、拉烏爾定律

溶液理想溶液非理想溶液

2022/12/18二、溶液的蒸氣壓與拉烏爾定律1、拉烏爾2022/12/21可由Antoine方程計算或從手冊中查

當溶液沸騰時，溶液上方的總壓等于各組分的蒸氣壓之和

——由拉烏爾定律表示的氣液平衡關系2022/12/18可由Antoine方程計算或從手冊中查2022/12/21三、理想溶液汽液相平衡1、溫度—組成(

圖)

兩條線三個區(qū)三種點2022/12/18三、理想溶液汽液相平衡1、溫度—組成(2022/12/21表示混合液的平衡溫度和液相組成之間關系，t-x線。露點線表示混合液的平衡溫度和氣相組成之間的關系，t-y線，泡點線兩條線2022/12/18表示混合液的平衡溫度和液相組成之間關系，2022/12/21過熱蒸汽區(qū)兩相區(qū)液相區(qū)三個區(qū)2022/12/18過熱蒸汽區(qū)兩相區(qū)液相區(qū)三個區(qū)2022/12/21●●●沸點（boilingpoint）●●泡點（bubblepoint）x越大，易揮發(fā)組分的含量越高，泡點溫度越低。

●●露點（dewpoint）y越大，易揮發(fā)組分含量越高，露點溫度越低。

2022/12/18●●●沸點（boilingpoint2022/12/21t汽液兩相處于平衡時，兩相溫度相同時，當氣液兩相組成相同時，氣相露點溫度總是高于液相的泡點溫度。

2022/12/18t汽液兩相處于平衡時，兩相溫度相2022/12/21EtExFxEyEt-x-y圖與蒸餾原理2022/12/18EtExFxEyEt-x-y圖與蒸餾2022/12/212022/12/182022/12/212、y

-

x

圖

若在t~x（y）圖上作一系列水平線，得出汽、液平衡濃度（x，y），將（x，y）一一在y~x圖上標出則得出y~x圖，（x，y）點連線為相平衡曲線。

2022/12/182、y-x圖若在t~x（y）2022/12/21苯－甲苯－txy圖2022/12/18苯－甲苯－txy圖2022/12/21t-x（y）圖用以討論蒸餾原理，作為分析蒸餾依據；y-x圖用以進行過程分析與計算討論：2022/12/18t-x（y）圖用以討論蒸餾原理，作為分2022/12/21四、非理想溶液氣液相平衡

非理想溶液

最低恒沸點

如：乙醇－水，正丙醇－水

最高恒沸點

如：硝酸－水，氯仿－酮

正偏差溶液

負偏差溶液

正偏差：aAB<aAA，aAB<aBB，即異分子間的排斥傾向起了主導作用，使溶液的兩個組分的平衡分壓都比拉烏爾定律所預計的高。負偏差：aAB>aAA，aAB>aBB，異分子間的吸引力大，使得溶液的兩個組分的平衡分壓都比拉烏爾定律所預計的低。2022/12/18四、非理想溶液氣液相平衡非理想溶液最2022/12/21（1）恒沸組成時汽、液兩相的組成相同（y=x）

M點:恒沸溫度78.15℃正偏差負偏差，最高恒沸點

2022/12/18（1）恒沸組成時汽、液兩相的組成相同（y2022/12/21Xo硝酸-水體系乙醇-水體系M點：y=x2022/12/18Xo硝酸-水體系乙醇-水體系M點：y=2022/12/21六、總壓對相平衡的影響

2022/12/18六、總壓對相平衡的影響2022/12/21減壓蒸餾應用：（降低釜液沸點）

1、常壓下不易用蒸餾方法分離的液體混合物，降低體系恒沸溫度，避免不穩(wěn)定組分的分解。

2、

降低沸點可利用低壓蒸汽作為熱源，但所需設備復雜，技術要求高，操作費用大。2022/12/18減壓蒸餾應用：（降低釜液沸點）1、常壓2022/12/21五、相對揮發(fā)度α與y-x關系式1、揮發(fā)度對純液體，揮發(fā)度指該液體在一定溫度下的飽和蒸汽壓對混合液，揮發(fā)度為組分在蒸氣中分壓和與之平衡的液相中的摩爾分率之比2022/12/18五、相對揮發(fā)度α與y-x關系式1、揮發(fā)2022/12/21對于理想溶液：

對于非理想溶液：

2、相對揮發(fā)度溶液中易揮發(fā)組分的揮發(fā)度與難揮發(fā)組分的揮發(fā)度之比，用α表示。

2022/12/18對于理想溶液：對于非理想溶液：2、相2022/12/21若操作壓強不高，氣相遵循Dalton分壓定律

——氣液平衡方程

雙組分體系

2022/12/18若操作壓強不高，氣相遵循Dalton分壓2022/12/21由

知，時，

組分A較B易揮發(fā)，可以用蒸餾方法分離時，揮發(fā)度差異愈大，愈有利于蒸餾操作。

時，不能用普通蒸餾的方法分離混合液。

α可作為混合液能否用蒸餾方法分離以及分離難易程度的判據。2022/12/18由知，時，組分A較B易揮發(fā)，可以用蒸2022/12/21α=1，則y=x，對角線，不能用普通蒸餾分開；α值愈大，同一x下y值愈大，可獲得的提濃程度愈大因此α的大小可作為用蒸餾分離某一物系的難易程度標志

2022/12/18α=1，則y=x，對角線，不能用普通蒸2022/12/21相對揮發(fā)度的數值可由實驗測得

對理想溶液：理想溶液中組分的相對揮發(fā)度等于同溫度下兩組分的泡和蒸汽壓之比。當t變化時，兩者的變化不大，一般可將α視為常數，計算時可取操作溫度范圍內的平均值。

①

②

（4）α值的求取，通常由實驗測定

2022/12/18相對揮發(fā)度的數值可由實驗測得2022/12/21第五章

蒸餾

Distillation一、簡單蒸餾

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