第4 5 节：二组分理想液态混合物的气液平衡相图总结ppt课件.ppt

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1、1,6.4 二组分理想液态混合物的气-液平衡相图,保持一个变量为常量，从立体图上得到平面截面图。,（1）保持温度不变，得 p-x 图 较常用,（3）保持组成不变，得 T-p 图 不常用。,（2）保持压力不变，得 T-x 图 常用,对于二组分系统，C=2，F=4P。P 至少为1，则 F最多为3。这三个变量通常是T，p 和组成 x。所以要表示二组分系统状态图，需用三个坐标的立体图表示。,2,压力p与液相组成xB的关系:,以 p 对 xB 作图得一直线,即压力-组成图上的液相线.仅对理想液态混合物,液相线为直线.,设组分A和B形成理想液态混合物,一定温度下达气液平衡.,压力-组成(p-x)图,3,1

2、.压力-组成图,P-x-y图：这是 p-x 图的一种，把液相组成 x 和气相组成 y 画在同一张图上。液相蒸气总压与蒸气组成关系线称作气相线。,如果，则，即易挥发的组分在气相中的成分大于液相中的组分，反之亦然。,1.压力-组成图,4,1.压力-组成图,在等温条件下，p-x-y 图分为三个区域。在液相线之上，系统压力高于任一混合物的饱和蒸气压，气相无法存在，是液相区。,在气相线之下，系统压力低于任一混合物的饱和蒸气压，液相无法存在，是气相区。,在液相线和气相线之间的梭形区内，是气-液两相平衡。,1.压力-组成图,5,压力-组成图,压力 p 与气相组成 yB 的关系:可由式 p=pA*+(pB*-

3、pA*)xB 和式 yB=pB*xB/p 联解得到.以 p 对 yB 作图,即压力-组成图上的气相线.,79.7 下苯和甲苯理想液态混合物系统的实测 压力-组成 数据,6,压力-组成图,系统点:相图上表示系统总状态的点.系统变压(或变温)时,系统点总是垂直于组成坐标而移动.相点:表示各个相的状态的点.P=1,系统点与相点重合,P=2 时,两个相点位于系统点两侧的相线上,且 3 点处于一水平线(结线)上(因3 个状态点的压力等同).分析相图.,7,应用相图可以了解指定系统在外界条件改变时的相变化情况。若在一个带活塞的导热气缸中有总组成为xB(M)(简写为xM)的 A，B二组分系统，将气缸置于10

4、0C恒温槽中。起始系统压力pa，系统的状态点相当于右图中的 a 点。当压力缓慢降低时，系统点沿恒组成线垂直向下移动。在到达L1 前,一直是单一的液相。,压力-组成图,8,到达L1后，液相开始蒸发，最初形成的蒸气相的状态为G1所示，系统进入平衡区。在此区内，压力继续降低，液相蒸发为蒸气。当系统点为M点时，两相平衡的液相点为L2，气相点为G2，这两点均为相点。两个平衡相点的连接线称为结线。压力继续降低，系统点到达G3时，液相全部蒸发为蒸气，最后消失的一滴液相的状态点为 L3。,压力-组成图,9,2.温度-组成图,T-x图,亦称为沸点-组成图。若外压为大气压力，当溶液的蒸气压等于外压时，溶液沸腾，这

5、时的温度称为沸点。某组成的蒸气压越高，其沸点越低，反之亦然。,T-x图在讨论蒸馏时十分有用，因为蒸馏通常在等压下进行。T-x图可以从实验数据直接绘制。也可以从已知的p-x图求得。,2.温度-组成图(T-x)图,10,温度-组成图,甲苯(A)-苯(B)系统在 p=101.325 Pa下温度与两相组成的关系,11,系统点和相点的含义同 P-x 图,与纯物质不同,由于气化时液相组成不断变化(剩余难挥发组分愈来愈多),相变温度不断升高.两相的相对量按杠杆规则变化.泡点:液相升温至开始起泡沸腾的温度;露点:气相降温至开始凝结的温度.两点之间为相变温度区间,与系统总组成有关.,温度-组成图,12,若有状态

6、为 a 的液态混合物恒压升温，t1 是该液相的泡点。液相线表示了液相组成与泡点关系，所以也叫泡点线。若将状态为 b 的的蒸气恒压降温，t2是该气相的露点。气相线表示了气相组成与露点的关系，所以气相线也叫露点线。液相 a 加热到泡点 t1 产生的气泡的状态点为 G1 点，气相 b 冷却至露点 t2，析出的液滴的状态点为 L2 点。,温度-组成图,13,6.2 杠杆规则（Lever rule）,讨论A，B二组分系统，气、液两相，C点代表了系统总的组成和温度，称为物系点。,通过C点作平行于横坐标的等温线，与液相和气相线分别交于D点和E点。DE线称为等温连结线（tie line）,落在DE线上所有物系

7、点的对应的液相和气相组成，都由D点和E点的组成表示。,14,6.2 杠杆规则（Lever rule）,15,6.2 杠杆规则（Lever rule）,液相和气相的数量借助于力学中的杠杆规则求算，即以物系点为支点，支点两边连结线的长度为力矩，计算液相和气相的物质的量或质量，这就是可用于任意两相平衡区的杠杆规则。即：,或,可以用来计算两相的相对量（总量未知）或绝对量（总量已知）。,16,例题,例题:2molA、7mol B 形成理想液态混合物，在T1温度下达到气液平衡时，气相A的摩尔分数x2=0.65，液相 A的摩尔分数x1=0.15，求气液两相物质的量各为多少？,17,例题,例题,解：设液相物质

8、的量为n(l),气 相物质的量为n(g),系统物质的总量为n，组成为xA,则：,n=n(l)+n(g)=(2+7)mol=9mol xA=2/9,根据杠杆规则，有：,n(g)(x2 xA)=n(l)(xA x1)n(g)(0.65 2/9)=n(l)(2/9 0.15)解得 n(l)=7.7 mol n(g)=1.3 mol,18,6.5 二组分真实液态混合物的气-液平衡相图,蒸气压-液相组成图压力-组成图温度-组成图小结,19,1.蒸气压-液相组成图,一般正偏差的系统,如图所示，是对拉乌尔定律发生正偏差的情况，虚线为理论值，实线为实验值。真实的蒸气压大于理论计算值。,20,1.蒸气压-液相组

9、成图,最大正偏差系统 蒸气压出现最大值。,1.蒸气压-液相组成图,21,1.蒸气压-液相组成图,一般负偏差系统,1.蒸气压-液相组成图,如图所示，是对拉乌尔定律发生负偏差的情况，虚线为理论值，实线为实验值。真实的蒸气压小于理论计算值。,22,1.蒸气压-液相组成图,最大负偏差系统 蒸气压出现最小值。,1.蒸气压-液相组成图,23,2.压力-组成图,一般正偏差系统,24,一般负偏差系统,25,2.压力-组成图,最大正偏差系统,最大负偏差系统,2.压力-组成图,26,3.温度-组成图,最大正偏差系统,最大负偏差系统,最低恒沸点 恒沸混合物,最高恒沸点,3.温度-组成图,27,3.温度-组成图,3.

10、温度-组成图,注意：最高、最低恒沸点取决于压力，改变压力，恒沸点有可能消失。,28,3.温度-组成图,总结 一般正偏差和一般负偏差的系统，和理想液态混合物一样，混合物的沸点介于两个纯组分的沸点之间。上面没有列出。而最大正偏差或最大负偏差的系统，混合物的沸点高于或低于两个纯组分的沸点。,29,精馏:将液态混合物同时经多次部分气化和部分冷凝而使之分离的操作.,同一层隔板上,自下而上的有较高温度的气相与反方向的较低温度的液相相遇.通过热交换,气相部分冷凝,液相则部分气化.若混合系统存在恒沸点,则只能得到一个纯组分和恒沸混合物.,第6节*：精馏原理,请大家思考，纯组分是A还是B呢？,30,现代化炼油厂

11、的精馏塔,精馏动画演示,精馏原理,31,解：(1)根据拉乌尔定律，有：p=pA*+(pB*-pA*)xB,例 100时,纯CCl4(A)及纯SnCl4(B)的蒸气压分别为1.933105 Pa及0.666105Pa.这两种液体可组成理想液态混合物.今有这种液态混合物,在外压力为1.013105Pa的条件下,加热到100时开始沸腾.计算:(1)该液态混合物的组成;(2)该液态混合物开始沸腾时的第一个气泡的组成.,理想液态混合物气液组成计算,32,(2)开始沸腾时第一个气泡的组成,即上述溶液的平衡气相组成,设为yB,则,yA=1yB=0.523,请大家自己绘制一下这个体系的Tx图，检验一下结果。,

12、33,液态完全互溶,气液相图及杠杆规则,例 101.325kPa下水(A)-醋酸(B)系统的气-液平衡数据如下:t/100 102.1 104.4 107.5 113.8 118.1 xB 0 0.300 0.500 0.700 0.900 1.000 yB 0 0.185 0.374 0.575 0.833 1.000(1)画出气-液平衡的温度-组成图;(2)从图上找出组成为xB=0.800的液相的泡点;(3)从图上找出组成为yB=0.800的气相的露点;(4)105时气-液平衡两相的组成是多少?(5)9kg 水与30kg 醋酸在105.0 达到平衡,气、液两相的质量各为多少克?,34,(2

13、)xB=0.800 时,泡点为110.2.(3)yB=0.800时,露点为112.8.(4)105时 xB=0.544,yB=0.417.(5)系统的总组成:,35,气相和液相的质量分别为:,36,液态完全互溶,最低恒沸点,例 A,B两种液体在液态完全互溶且具有最低恒沸点.若饱和蒸气压p*A=2p*B,试作温度一定的压力组成图,标出图中各区的相态及成分,设恒沸组成为x0,试比较在恒沸组成处xA 与 xB,的相对大小.在恒沸组成的右侧的两相区两相平衡时,是yB 与 xB的相对大小又如何？,解：请大家回忆，最低恒沸点的相图有什么特点？是在什么条件下定义的？只有在蒸汽压组成（Px）曲线上具有最大正偏

14、差特点的图，在Tx图上会出现最低恒沸点。,37,3.温度-组成图,最大正偏差系统,最大负偏差系统,最低恒沸点 恒沸混合物,最高恒沸点,复习.温度-组成图,38,2.压力-组成图,最大正偏差系统,最大负偏差系统,复习：压力-组成图,39,液态完全互溶,最低恒沸点,在 x0 处xA xB;在 x0右侧图中的两相区,两相平衡时yB xB.,例 A,B两种液体在液态完全互溶且具有最低恒沸点.若饱和蒸气压p*A=2p*B,试作温度一定的压力组成图,标出图中各区的相态及成分,设恒沸组成为x0,试比较在恒沸组成处xA 与 xB,的相对大小.在恒沸组成的右侧的两相区两相平衡时,是yB 与 xB的相对大小又如何

15、？,40,液态完全互溶,最低恒沸点,上述系统在一定温度下的蒸气压-组成图示意如下:,例 A,B两液态物质可完全互溶,在同温度下pA pB.在一定压力下,将A,B溶液在一精馏塔中进行精馏,若塔足够高,无论溶液的组成如何改变,在塔顶只能得到xB=0.7的恒沸混合物,试绘出在一定温度下的上述系统的蒸气压组成图.,41,液态完全互溶,最低恒沸点,精馏,(2)塔顶得到恒沸混合物E,塔底纯液体B.,(1)如图.,例 已知A,B两种液体完全互溶,且 p*B p*A,在常压下具有最低恒沸混合物组成为E.(1)试画出该系统的T-x图,p-x 图;(2)若有一组成介于B与E 之间的A,B二组分溶液,经精馏后,在塔顶和塔底各得什么产物?,