化工原理下1-1氣液平衡

第1章蒸餾化工原理下1-1氣液平衡1）石油煉制工業(yè)(原油汽油、煤油、柴油等）；

2）石油化工工業(yè)（基本有機(jī)原料、石油裂解氣等分離）；

3）空氣的分離（氧氣、氮?dú)獾闹苽洌?/p>

4）食品加工及醫(yī)藥生產(chǎn)。概述一.蒸餾在工業(yè)上的應(yīng)用化工原理下1-1氣液平衡二.蒸餾的目的和依據(jù)目的：均相液體混合物的分離。依據(jù)：利用液體混合物中各組分在一定溫度下?lián)]發(fā)能力的差異?；旌衔镏休^易揮發(fā)的組分——易揮發(fā)組分A混合物中較難揮發(fā)的組分——難揮發(fā)組分B例：乙醇---水溶液化工原理下1-1氣液平衡三.蒸餾過(guò)程必要條件①通過(guò)加熱或冷卻使混合物形成氣、液兩相共存體系，相際傳質(zhì)提供必要的條件；②各組分間揮發(fā)能力差異足夠大，以保證蒸餾過(guò)程的傳質(zhì)推動(dòng)力。化工原理下1-1氣液平衡四、蒸餾分離的特點(diǎn)通常不須要外加其它組分，可直接獲得所需要的產(chǎn)品用于分離液相混合物

對(duì)于非液相混合物，可以先轉(zhuǎn)為液相混合物

例如空氣的分離，脂肪酸混合物的分離能耗大

因?yàn)橛邢嘧冞^(guò)程有時(shí)需要高壓、真空、高溫、低溫等條件化工原理下1-1氣液平衡五.分類①按組分?jǐn)?shù)分類:

雙組分蒸餾；多組分蒸餾。②按操作方式分類:

間歇蒸餾—簡(jiǎn)單蒸餾；連續(xù)蒸餾—平衡蒸餾、精餾。③按操作壓力分類：

常壓蒸餾、減壓蒸餾、加壓蒸餾。

本章以雙組分連續(xù)精餾為重點(diǎn)?；ぴ硐?-1氣液平衡1.2兩組分溶液的氣液平衡動(dòng)態(tài)平衡蒸餾過(guò)程：氣液兩相間的傳質(zhì)過(guò)程；過(guò)程的極限：氣、液相平衡。氣液相平衡：兩相或多相接觸達(dá)物理平衡時(shí)，各相組成之間的關(guān)系?；ぴ硐?-1氣液平衡一、相律——?dú)庖浩胶獾淖杂啥?T、P相數(shù)C為組分?jǐn)?shù)例：對(duì)于單組分液相

對(duì)于單組分氣相

對(duì)于單組分氣液相平衡

對(duì)于雙組分氣液相平衡

對(duì)于單組分飽和蒸氣化工原理下1-1氣液平衡（一）單組分氣液相平衡氣液平衡時(shí)，自由度為1

可用溫度或飽和蒸氣壓表示相平衡關(guān)系溫度與飽和蒸氣壓的對(duì)應(yīng)動(dòng)態(tài)平衡

氣化速率與溫度正相關(guān)

液化速率與氣相的分壓有關(guān)飽和蒸氣壓與總壓、沸點(diǎn)的關(guān)系

例：100OC時(shí)水的飽和蒸氣壓為多少？液相氣相氣化液化化工原理下1-1氣液平衡思考對(duì)于雙組分氣液相平衡，如果溫度、壓強(qiáng)確定了，它的氣液相組成是否確定？對(duì)于雙組分氣液相平衡，通常用什么圖來(lái)表示？t-x-y圖和x-y圖的前提是什么？t-x-y圖和x-y圖有什么區(qū)別？如何獲取數(shù)據(jù)作t-x-y圖和x-y圖？本節(jié)書(shū)中哪條公式最具有概括性？化工原理下1-1氣液平衡雙組分物系氣、液相平衡的自由度為2可見(jiàn)：規(guī)定其中的兩個(gè)，則系統(tǒng)平衡狀態(tài)即定。一般蒸餾壓力恒定，故僅有一個(gè)自由度。T、P相數(shù)二、兩組分理想體系的氣液平衡化工原理下1-1氣液平衡（一）理想物系的涵義液相為理想溶液

理想溶液：溶液中同分子間與異分子間作用力無(wú)差異。即fAA=fBB=fAB

把純組分混合，無(wú)容積效應(yīng)，無(wú)熱效應(yīng)氣相為理想氣體理想氣體：氣體分子的體積可忽略

氣體分子間無(wú)作用力化工原理下1-1氣液平衡（二）雙組分理想物系氣液相平衡1、用函數(shù)關(guān)系表示

1）用飽和蒸氣壓和相平衡常數(shù)表示

2）用相對(duì)揮發(fā)度表示2、用相圖表示

1）t-x-y圖

2）x-y圖化工原理下1-1氣液平衡拉烏爾定律

理想物系在一定溫度下,氣相中任一組分的平衡分壓等于此純組分在該溫度下的飽和蒸氣壓與它在溶液中的摩爾分率的乘積。

PA=PA0xA化工原理下1-1氣液平衡1）用飽和蒸氣壓和相平衡常數(shù)表示在一定總壓下，查不同溫度t下的飽和蒸氣壓，求出xA和yA

相平衡常數(shù)露點(diǎn)方程化工原理下1-1氣液平衡補(bǔ)充例題：化工原理下1-1氣液平衡補(bǔ)充例題解答化工原理下1-1氣液平衡關(guān)于平衡計(jì)算的說(shuō)明：

（1）已知P、

t

，求相互平衡的

x

、y

，不必試差：t→pA0,pB0

→

x,y（2）已知x

，求與之平衡的y,t

或已知

y求與之平衡的x,t

，試差計(jì)算試算過(guò)程為：假設(shè)tx判斷xy假設(shè)txy判斷yx化工原理下1-1氣液平衡在一定溫度下，混合液的某組分在氣相中的分壓與平衡時(shí)液相中的摩爾分率之比。

νA=pA/xAνB=pB/xBνA

、νB

—

組分A、B的揮發(fā)度。對(duì)理想溶液，符合拉烏爾定律

νA=pA/xA=pA0xA/xA=pA0νB=pB0理想溶液中,各組分的揮發(fā)度等于其飽和蒸汽壓揮發(fā)度化工原理下1-1氣液平衡2）相對(duì)揮發(fā)度

定義：溶液中兩組分揮發(fā)度之比。氣液相平衡方程思考：α受什么因素影響？化工原理下1-1氣液平衡★溫度對(duì)α的影響溫度↑，各組分蒸汽壓↑，蒸汽壓之比變化緩慢，故相對(duì)揮發(fā)度α隨溫度變化緩慢，在一定溫度范圍內(nèi)，可由其平均值代替。化工原理下1-1氣液平衡★壓力對(duì)相平衡的影響P↑，t↑，↓，對(duì)分離不利，

P↓，t↓，↑，對(duì)分離有利

。

蒸餾壓力的選擇，優(yōu)先考慮采用常壓操作，只在特殊情況下采用加壓（處理量增加，塔徑不夠）或減壓（熱敏性物料）。化工原理下1-1氣液平衡——

相平衡方程說(shuō)明：①α表示了物系分離的難易程度，α遠(yuǎn)離1，物系易分離，α≈1或α=1，則該物系不能用普通的蒸餾方法分離。②對(duì)于非理想物系，α不能作為常數(shù)處理。③對(duì)于理想溶液，相對(duì)揮發(fā)度α變化不大，可取一平均值作為常數(shù)處理，相平衡關(guān)系簡(jiǎn)單?；蚧ぴ硐?-1氣液平衡3）溫度-組成圖（t-x-y）化工原理下1-1氣液平衡①曲線t-x

表示恒定壓力下，飽和液體組成與泡點(diǎn)的關(guān)系，稱為飽和液體線或泡點(diǎn)曲線。②曲線t-y表示恒定壓力下，飽和蒸氣的組成和露點(diǎn)的關(guān)系，稱為飽和蒸氣線或露點(diǎn)曲線③

在t-x

線下方為過(guò)冷液相區(qū)。④在t-y

線上方為過(guò)熱氣相區(qū)。⑤在兩線之間為兩相共存區(qū)，即氣、液相平衡區(qū)。圖線說(shuō)明：化工原理下1-1氣液平衡t/℃x(y)t-xt-yp=101.3kPatFFGtGECxCDyDtEIJtItJx001.01001108090苯-甲苯溫度-組成圖化工原理下1-1氣液平衡從過(guò)冷液體至過(guò)熱氣體的變化過(guò)程化工原理下1-1氣液平衡說(shuō)明：（1）部分汽化和部分冷凝均可起到分離作用；（2）全部汽化和全部冷凝沒(méi)有分離作用；（3）不斷的部分汽化和冷凝可使分離程度不斷提高；（4）蒸餾操作應(yīng)處于汽液兩相區(qū)內(nèi)。二元混合物與純液體的差別：（1）泡點(diǎn)與濃度有關(guān)，其值在A，B組分沸點(diǎn)范圍之內(nèi)（2）總組成相同，其泡點(diǎn)和露點(diǎn)（冷凝點(diǎn)）溫度不同化工原理下1-1氣液平衡壓力對(duì)溫度組成圖的影響化工原理下1-1氣液平衡4）

氣、液平衡組成的x-y

圖從t-x-y圖標(biāo)繪：略去溫度坐標(biāo)，依x-y

的對(duì)應(yīng)關(guān)系做圖，得x-y圖?；ぴ硐?-1氣液平衡說(shuō)明：（1）組成均以易揮發(fā)組分的組成表示，故曲線位于對(duì)角線上方（2）平衡線上不同點(diǎn)代表一個(gè)氣、液平衡狀態(tài)，即對(duì)應(yīng)一組x、y、t，且y(或x)越大，t

愈低。（3）平衡線距對(duì)角線越遠(yuǎn)，物系越易分離。（4）壓力增加，平衡線靠近對(duì)角線?；ぴ硐?-1氣液平衡（三）非理想溶液1、正偏差：異分子間的排斥傾向起了主導(dǎo)作用，使得溶液的兩個(gè)組分的平衡分壓都比拉烏爾定律所預(yù)計(jì)的高，那么t-x線比理想溶液低，因?yàn)樵谳^低的溫度下，其總蒸汽壓可與外界壓力相等，即可達(dá)到沸點(diǎn)。如甲醇－水溶液。2、負(fù)偏差：組分的蒸汽壓比拉烏爾定律低，那么沸點(diǎn)或t-x線比理想溶液高。當(dāng)負(fù)偏差達(dá)到一定程度，會(huì)出現(xiàn)最高恒沸點(diǎn)，如硝酸－水物系。化工原理下1-1氣液平衡正偏差相圖示例化工原理下1-1氣液平衡負(fù)偏差相圖示例化工原理下1-1氣液平衡補(bǔ)充說(shuō)明1.具有恒沸點(diǎn)的溶液用一般蒸餾的方法,其濃度最多達(dá)到恒沸組成。2.非理想溶液不一定具有恒沸點(diǎn)，但有恒沸點(diǎn)的是明顯的、偏差大的非理想溶液；3.具有