双液系相图课件.ppt

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1、第三节 二组分气液平衡体系,两组分体系的相律可表达为: K=2;=2 f=4f=0, max=4, 最多四相共存.1, fmax=3, 需三维图象才能完整描绘体系状态.二元体系的相图常常固定某因素不变(如温度或压力),用二维平面相图表示体系状态的变化情况.二元体系的相图常为: Tx图；px图.,第三节 二组分气液平衡体系,一. 完全互溶理想溶液的p-x图（一）液相线的绘制px图： pA= pA*xA pB= pB*xB= pB*(1xA) p = pA+ pB = pA*xA + pB*(1xA)体系的总压为： p = pB*+(pA*pB*)xA,（二）气相组成与液相组成的关系 由于A、B二

2、组分蒸汽压不同，故与溶液平衡的气相组成和液相组成并不相同，有：若 则即蒸汽压较大的组分在气相中浓度大于在液相中的浓度。,定温下，将组成为xA,xB的A,B理想溶液置于一带活塞的气缸中, 施加足够大的压力,使体系呈溶液单相状态.,逐步降低环境压力,当 压力降到等于此溶液的饱和蒸汽压时,开始出现气相.,当体系压力降到某一定值时,体系主要以气相形式存在,液相几乎消失,但仍然保持两相 平衡.,若进一步降低体系的压力,体系中的液相将完全消失,体系为气态单相.,（三）双液系的p-x相图的绘制,（三）理想溶液的p-x相图,C点: 组成xB, 单相溶液.,D点:开始出现气相, 液相与总组成仍相同.,F点:液相

3、量无穷小, 仍维持两相平衡.,重复上述过程,得到一系列相点D 和F .,纯A和纯B的相点.,液相线:D,D,D, 气相线:F,F,F , 即为双液系的p-x图,(三)理想溶液的p-x相图,组成为xa的体系点a位于单相区, 为液相溶液.,N点：开始出现气相,气相点为M,达两相平衡.,D点: 气相组成为x,液相组成为x.,F点:体系几乎全以气态存在,残余微少液相.气相组成与体系总组成相同, 液相组成为x.,在两相区, 液相组成沿NI移动;气相组成沿MF移动.,（四）杠杆规则(lever rule):,H:体系点,组成为xBL: 液相点G: 气相点B的总量: nB=nxB n=nl+ng nB= n

4、lxB+ngxB (1)又: nB=nBl +nBg nB=nlxBl+ngxBg (2),杠杆规则(lever rule):,(1)式与(2)式相等: nlxB+ngxB = nlxBl + ngxBg nl( xBxBl) = ng( xBgxB) (3),杠杆规则(lever rule):,从相图可以求出: ( xBxBl)=HL ( xBgxB)=HG有: nlHL=ngHG,HL和HG分别为体系点H到液相线和气相线的距离. 此规则与物理学中的杠杆定律相似,故称为杠杆规则.,l+g, f=1,理想溶液的T-x相图,体系点为H点, 落在两相区内,体系两相共存.,L: 液相点, A的浓度为

5、xAl.G: 气相点, A的浓度为xAg.,液相线,气相线,nlHL=ngHG,杠杆规则,l+g, f=1,理想溶液的T-x相图,理想溶液的p-x相图,L,G,H,xB,xBg,xBl,G,L,H,xB,xBg,xBl,pA*,pB*,TA*,TB*,精馏塔示意图,精 馏 原 理,B的沸点低,挥发性较强, B在气相中的浓度较液相高,将组成为y1的气相收集起来,并将其冷却至温度T1,其中将有部分冷凝为液体,液相的组成为x2, 与之达平衡的气相组成为y2,由相图可见y2y1.重复以上过程，气相中B的浓度愈来愈高，最后可以获得纯的B。而由液相可以获得纯的A。,精 馏 原 理,实际的工业精馏工段,为连

6、续操作,各层的操作温度相对稳定,溶液的组成也稳定,在精馏塔的低温段一般可以获得纯净的B, 在高温段, 可获得纯净的A.,完全互溶双液系的p-x图 (产生正负偏差不大的体系),虚线:理想溶液红色: A的蒸汽压曲线;蓝色: B的蒸汽压曲线;紫色: 实际溶液的总压此类非理想溶液相图与理想溶液的相图有偏差.但其偏离的程度不至于使体系的相图发生明显的变化.,当实际溶液的行为偏离理想溶液较大(如正偏差)时,其p-x图中会出现总压的极大值,如图中G点所示.,图中,B的挥发性较大,但G点的压力比纯B的蒸汽压更大.这是因为A,B均对拉乌尔定律有较大正偏差的缘故.,完全互溶双液系的p-x图 (产生正负偏差较大的体

7、系),有较大正偏差的实际溶液p-x图,若双液系压力有极大值,液相线有极点G, 气相线的形状若如图中蓝线,则G点无对应的气相点的现象.,实际相图如右图所示.液相线与气相线将交会于G点,体系在G点达气-液两相平衡,两相组成相同.,Tmin:最低恒沸点,有较大正偏差的溶液p-x图、 T-x图,有最高恒沸物生成的双液系相图,Tmax:最高恒沸点,有恒沸物双液系的精馏,E: 最低恒沸点组成:xE, 沸点: Tmin.,体系组成为x, 精馏,低沸点端得到恒沸物G,高沸点端得到纯A.有恒沸物生成的双液系, 精馏不可能同时得到纯A和纯B,只能得到恒沸物和某一个纯组分.,恒沸物仍是混合物,其组成随着体系压力的改

8、变而有所改变.,五.完全不互溶的双液系:严格地讲,不存在完全不互溶的双液系,但有些物质的极性相差很大,相互间的溶解度小到可以忽略不计的程度,此类体系可以近似看作完全不互溶体系.极性大的物质和非极性的有机化合物常常组成不互溶体系,如:水-苯,水-CCl4等.另外水-汞,水-油之间也形成完全不互溶体系.设一完全不互溶双液系由A,B组成.体系的总压为: p总=pA+pB pA=pA*xApA* xA1 pB=pB*xBpB* xB1 p总=pA*+pA* (7)完全不互溶双液系的总压等于两纯组分饱和蒸汽压之和. 体系的总压必大于任一组分的分压; 体系的沸点必低于任一组分的沸点.,完全不互溶双液系相图

9、,完全不互溶双液系的p-x图表明:体系的总压比任一纯组分的饱和蒸汽压大,在全部浓度范围内,的等温条件下,体系的总压维持不变,等于纯A和纯B的饱和蒸汽压之和.,完全不互溶双液系的T-x图表明:溶液的沸点比任一纯组分的沸点均低. 因为不互溶双液系的总压较任一纯组分的饱和蒸汽压大,溶液的沸点较纯组分的沸点低是必然的.,水蒸气蒸馏某些有机化合物高温下不稳定,本身的蒸汽压很低,若用一般蒸馏方法提纯,往往不到沸点化合物就已经分解.此类有机物通常不溶于水,可以用水蒸气蒸馏的方法提纯此类化合物.向含化合物体系中通入水蒸气,则混合体系为一不互溶双液系,体系体系的沸点将低于水正常沸点,即100,冷凝并收集蒸汽,会

10、得到不互溶的双液系,分离出水相,即获得有机化合物.若有些化合物的分解温度特别低,则在不断抽空的条件下进行水蒸气蒸馏, 由有机化合物的分解温度确定抽空真空度的高低,使体系的沸点降到合适的程度.真空度愈高,提纯的成本也愈高.,水蒸汽蒸馏装置图,若蒸汽可视为理想气体,则有:pA*=pxAg=pnA/(nA+nB)pB*=pxBg=pnB/(nA+nB) pA*/pB*=nA/nB =(WA/MA)/(WB/MB) WA/WB=(pA*/pB*)(MA/MB) (8)W: 组分的质量;M: 组分的摩尔质量.若为水蒸气蒸馏,则:WH2O/W有=(pH2O*18.02)/(p有*M有) (9)(9)式中的比例称为蒸汽消耗系数.水蒸气蒸馏法可测定有机物的分子量:M有=18.02(pH2O*W有)/(p有* WH2O) (10),