两组分溶液的气液平衡.doc

第2节? 两组分溶液的气液平衡 1.掌握的内容：两组分理想溶液的气液相平衡、泡点方程、露点方程、气液相平衡图、挥发度与相对挥发度的定义及应用、气液相平衡方程及应用。 2.了解内容：非理想溶液的气液相平衡。 3.本节重点：相组成表示方法、泡点方程、露点方程、气液相平衡方程的应用。 4.本节难点：气液平衡相图，用相对挥发度判断物系能否用蒸馏方法分离的难易程度。 1.2.1????? 相律和相组成 气液相平衡关系，是指溶液与其上方的蒸气达到平衡时，系统的总压、温度及各组分在气液两相中组成的关系。 一、相律 相律表示平衡的物系中，自由度数目F、相数φ和独立组分数c之间的关系，即： F=c-φ+2??? ??????????????????? 式中：2表示外界影响平衡状态的两个因素即压强和温度。 对两组分平衡物质由相律可知自由度数F=2。 对两组分的气液平衡系统，可变化的温度t、压强p、一组分（通常为易挥发组分）在气液相中的组成y和x四个参数中任意规定两个参数后，物系的状态即被唯一的确定。蒸馏可视为恒压下操作，当压强p确定后，平衡物系的F=1，即在t、x或y中选定其中一个参数后，其他参数都是它的函数。所以两组分的气液平衡可用一定压强下t-x（或y）、x-y的函数关系或相图表示。 二、相组成的表示法 1.摩尔分数：混合物中各组分的摩尔数与混合物总摩尔数的比值。 对两组分(A和B)的混合液，则有： ????? ????????????????????????（1-2a） ???????????????????????????? （1-2b） 式中：nA、nB、n分别表示组分A、组分B和混合物的摩尔数kmol； 2.质量分数：混合物中某组分的质量与混合物总质量的比值。 对两组分（A和B）的混合液，则有： ??? ?????????????????????????（1-3a） ?????????????????????????????? （1-3b） 式中：mA、mB、m分别表示组分A、组分B和混合物的质量kg。 3.质量分数和摩尔分数的换算关系：（以A组分为例） ??? ??????????????????????（1-4a） ??? ???????????????????????（1-4b） 式中：M为组分的摩尔质量kg/kmol。 应指出：气相中组分的摩尔分数以y表示。 1.2.2拉乌尔定律 实验表明，理想溶液的气液平衡关系遵循拉乌尔定律。 拉乌尔定律：当气液呈平衡时，溶液上方组分的蒸气压与溶液中该组分的摩尔分数成正比。 对两组分（A和B）的理想溶液可得出： pA=PAoxA?????????????? ?????????????(1—5) pB=PBoxB=PBo (1-xA)?????????????????? (1—5a) 式中：p——溶液上方组分的平衡分压，Pa ????? x——溶液中组分的摩尔分数 ????? po——同温度下纯组分的饱和蒸气压，Pa 纯组分的饱和蒸气压是温度的函数，即： ????? PAo= f(t) ????? PBo= φ(t)???????????????????????? (1—6) 纯组分的饱和蒸气压可直接从理化手册中查得。 理想物系气相服从道尔顿分压定律，即总压等于各组分分压之和。 对两组分物系：??????????? P= pA+pB????????????? (1—7) 式中：p——气相总压，Pa； 根据拉乌尔定律和道尔顿分压定律可得以下两个方程： ?????????? ??????????（1—8） 式1—8称为泡点方程。该方程表示平衡物系的温度和液相组成的关系。在一定压强下，液体混合物开始沸腾产生第一个气泡的温度，称为泡点温度（简称泡点）????? ??????(1—9) 式1—9称为露点方程。该方程表示平衡物系的温度和气相组成的关系。在一定压强下，混合蒸气冷凝开始出现第一个液滴时的温度，称为露点温度（简称露点）。气液平衡时，露点温度等于泡点温度。 在一定的压强下，对两组分理想溶液，只要已知平衡温度和纯组分的饱和蒸气压，根据泡点方程和露点方程，即可求得平衡时的气液相组成。 严格说，实际上理想溶液是不存在的。仅有那些由性质极相近、分子结构相似的组分所组成的溶液，如苯—甲苯、甲醇—乙醇、烃类同系物等可视为理想溶液。 1.2.3??????? 两组分溶液的气液平衡相图 用相图表达气液平衡关系清晰直观。常用的相图为恒压下的温度——组成图和气——液相组成图。 一、温度——组成(t-x-y)图 蒸馏操作通常是在一定外压下进行，在操作过程中，溶液的温度随其组成而 变，故恒压下的温度——组成图对蒸馏过程的分析具有实际的意义。 在一定的总压下，温度——组成图(t-x-y图)如图1-1所示。 图中以