完全互溶双液系统.ppt
第三节完全互溶双液系统,二组分系统的相律,二组分相律,f=K+2=2+2=4 最多自由度 f=41=3（T、p、x）最多相数=4,相图,Tpx三维相图,通常固定一个变量，平面图,分类,气（g）液（l）平衡系统固（s）液（l）平衡系统固（s）气（g）平衡系统,全部浓度范围内均能互溶形成均匀的单一液相,同时在全部浓度范围内符合拉乌尔定律。,一、理想的完全互溶的双液系统,完全互溶部分互溶完全溶容,双液系统分类,理想液态混合物,p不变=1 f=2 称为 T-x图 T不变=1 f=2 称为 p-x图,1.理想液态混合物的蒸气压（定T下，p-x图）,一、理想的完全互溶的双液系统,定温下，气液平衡时气相组成为：,不同温度下的p-x图,一、理想的完全互溶的双液系统,1.理想液态混合物的蒸气压（定T下，p-x图）,一、理想的完全互溶的双液系统,1.理想液态混合物的蒸气压（定T下，p-x图）,二组分理想液态混合物的p-x-y图,一、理想的完全互溶的双液系统,1.理想液态混合物的蒸气压（定T下，p-x图）,一、理想的完全互溶的双液系统,1.理想液态混合物的蒸气压（定T下，p-x图）,在对气体的恒温加压过程中,随着压力的增加,气体将逐渐液化,一、理想的完全互溶的双液系统,1.理想液态混合物的蒸气压（定T下，p-x图）,xB,2.理想液态混合物在定压下的T-x图（沸点组成图）,一、理想的完全互溶的双液系统,蒸馏、精馏一般在恒压下进行，利用T-x图可讨论蒸馏问题。当液态混合物蒸气压等于外压时，液态混合物开始沸腾，此时系统的温度即为该组成下液态混合物的沸点。下图为恒定p下，T-x-y图（沸点组成图）,理想液态混合物的T-x图,一、理想的完全互溶的双液系统,2.理想液态混合物在定压下的T-x图（沸点组成图）,在T-x图上，气相线在液相线之上。混合物的沸点不是单一的温度点,而是沸程.,一、理想的完全互溶的双液系统,2.理想液态混合物在定压下的T-x图（沸点组成图）,一、理想的完全互溶的双液系统,2.理想液态混合物在定压下的T-x图（沸点组成图）,一、理想的完全互溶的双液系统,T-p-x图,一、理想的完全互溶的双液系统,T-p-x图,物系点：系统物质的总组成点（不管相的存在状态）,二、杠杆规则,假设某压力下液态混合物沸腾时气液平衡的物系点为C点，那么有：,二、杠杆规则,推广到任意相图的两相平衡区（液-气、液-固、固-固平衡），杠杆规则都适用。如横坐标为重量百分数，ng、nl改为wg、wl（摩尔数改为重量）。,A：对拉乌尔定律发生正偏差 pA pA*xAB：对拉乌尔定律亦发生正偏差 pB pB*xAA：对拉乌尔定律发生负偏差 pA pA*xAB：对拉乌尔定律亦发生负偏差 pB pB*xA,三、非理想的完全互溶双液系统,正偏差 和负偏差,三、非理想的完全互溶双液系统,1.正负偏差不大的体系气液相图与理想液态混合物气液相图基本类似,pA、pB偏离拉乌尔定律都很大，p-x图上形成最高点。,三、非理想的完全互溶双液系统,2.正偏差很大的体系,在p-x图上有最高点，在T-x图上就有最低点,称最低恒沸点。最低恒沸点对应的组成称最低恒沸组成。在此组成下蒸馏双液系：yA=xA，yB=xB，A与B达不到分离目的，类似蒸馏具有恒定沸点的纯物质，所以此点上混合物称恒沸混合物。,（c）T-x-y图,三、非理想的完全互溶双液系统,2.正偏差很大的体系,三、非理想的完全互溶双液系统,2.正偏差很大的体系,形成恒沸混合物的系统的 分馏：xB=0-x1 范围内，得纯A和最低恒沸物 xB=x1-1范围内，得纯B和最低恒沸物例：p下，H2O-CH3CH2OH体系，Tb最低=78.13 0C，恒沸物组成：x乙醇=95.57%若想将恒沸物中A、B分开，可通过改变外压条件来蒸馏。,三、非理想的完全互溶双液系统,2.正偏差很大的体系,最低恒沸混合物,在T-x（y）图上，处在最低恒沸点时的混合物称为最低恒沸混合物（Low-boiling azeotrope）。它是混合物而不是化合物，它的组成在定压下有定值。改变压力，最低恒沸点的温度也改变，它的组成也随之改变。,属于此类的体系有：等。在标准压力下，的最低恒沸点温度为351.28K，含乙醇95.57。,三、非理想的完全互溶双液系统,2.正偏差很大的体系,三、非理想的完全互溶双液系统,2.正偏差很大的体系,具有最低恒沸点的相图可以看作由两个简单的T-x（y）图的组合。在组成处于恒沸点之左，精馏结果只能得到纯B和恒沸混合物。组成处于恒沸点之右，精馏结果只能得到恒沸混合物和纯A。,对于 体系，若乙醇的含量小于95.57，无论如何精馏，都得不到无水乙醇。只有加入，分子筛等吸水剂，使乙醇含量超过95.57，再精馏可得无水乙醇。,三、非理想的完全互溶双液系统,2.正偏差很大的体系,负偏差很大的体系在p-x图上形成最低点。与正偏差体系相反，体系蒸气压p低，其沸点Tb升高，在T-x图上有最高点，称最高恒沸点。此组成混合物称最高恒沸物。,三、非理想的完全互溶双液系统,3.负偏差很大的体系,三、非理想的完全互溶双液系统,3.负偏差很大的体系,例：1atm下，H2O-HCl体系 Tb最高=108.5C 恒沸物组成 HCl%=20.24%,三、非理想的完全互溶双液系统,3.负偏差很大的体系,常见恒沸混合物的数据,三、非理想的完全互溶双液系统,四、蒸馏、分馏与精馏,一次蒸馏（平衡蒸馏）：溶液在某压力下处于沸腾状态，体系分为液相、气相两部分，两相共存且两相的量与组成皆不变，此时液、气两相的量与组成由杠杆规则来确定。若将气相部分迅速移走冷凝，冷凝物中易挥发组分组成含量提高，沸点降低。,蒸馏装置,四、蒸馏、分馏与精馏,x:原始溶液y:第一滴()气相组成y:2时的气相组成,四、蒸馏、分馏与精馏,馏出物组成:在y-y之间最后液相组成：x2,工业蒸馏装置示意图,四、蒸馏、分馏与精馏,气相部分沿分馏柱上升，在刺形物上实现多次蒸馏。气相部分在上升过程中组成不断变化，沸点亦逐渐降低。柱身在无外界热源情况下温度会降低，若降的太多，起完全回流作用，所以应注意柱身保温，控制回流比。,四、蒸馏、分馏与精馏,多次蒸馏（分馏）：将一次蒸馏冷凝物再次沸腾，再将气相部分冷凝，易挥发组分含量会进一步提高，如此反复多次，实现多次蒸馏（分馏）。,精馏塔,四、蒸馏、分馏与精馏,精馏塔,四、蒸馏、分馏与精馏,四、蒸馏、分馏与精馏,四、蒸馏、分馏与精馏,精馏：实现A、B的完全分离，通过精馏塔实现。分离效果与精馏时的外压和精馏塔的塔板数有关。精馏、分馏原理如下图所示：,四、蒸馏、分馏与精馏,四、蒸馏、分馏与精馏,四、蒸馏、分馏与精馏,从图可看出：y0 y1 y2 y3 y4 y5 y6 y7 y8 反复将气相部分冷凝，气相组成沿气相线下降，最后得到的蒸气组成可接近纯B。x8 x7 x6 x5 x4 x3 x2 x1 x0 液相组成沿液相线上升，xB下降，xA上升，最后可得纯A。精馏塔中，塔顶得底沸点物，塔底得高沸点物。,再见！,
