分离工程第二章-1.ppt

第二章 单级平衡过程 第一节 相平衡 相平衡：混合物或溶液形成若干相，这些相保持物理平而 共存的状态，在宏观上没有任何物质从一相转移到另一相 。 热力学上看—物系的自由焓（吉布斯自由能）最小，即△GT,P=0。 动力学上看—相间表观传递速率为零。 逸度系数 ： 2.1.2 汽液平衡常数的计算 Van der waals方程： 由（2-9）： 1、基准态逸度 小结： 化工热力学提出： 将可凝组分基准态逸度表达式（2-21）： （2）汽相为理想气体，液相为非理想溶液 汽液平衡系统分类及汽液平衡常数的计算 状态方程法与活度系数法的比较 化简得： （2-35） ?iV （2-43） （4）汽相为理想溶液，液相为非理想溶液 * 单级平衡分离是指两相经一次紧密接触达到平衡后随即引离的过程，由于平衡两相的组成不同，因而可起到一个平衡级的分离作用。 相平衡用于阐述混合物分离原理、传质推动力和设计计算。 2.1.1 相平衡关系 一、相平衡条件 相平衡条件： i f 活度系数 ： i g 汽液平衡关系式： 将2-5，2-6，2-7代入2-4得： 为把逸度和实测压力、温度、组成等物理量联系起来， 引入逸度系数和活度系数。 上式为两种常用的汽液相平衡关系表达式 汽液平衡关系 二、相平衡关系的表示方法 相图： 相平衡常数（工程计算中常用）： yi xi 0 分离因子： 精馏中，分离因子又称为相对挥发度，它相对于汽液平衡常数而言，对温度和压力的变化不敏感，可近似看作常数，使计算简化。 分离因子与1的偏离程度表示组分之间分离的难易程度。 一、状态方程法 二、活度系数法 由两种常用的汽液相平衡关系表达式： 汽液平衡常数： 计算 L i V i f f , 由： 及汽液平衡关系式： 一、状态方程法 从热力学原理可推导建立逸度系数与P-T-V关系： ----适用于以V、T为独立变量的状态方程 ----适用于以P、T为独立变量的状态方程 （2-15）、（2-16），结合状态方程是计算 的普遍化方法。 注意： 只要知道状态方程 就可代入2-15或2-16求 ——a、b为Van der waals常数 用Van der waals(范德华）方程计算 将 积分后,2代入： 步骤： i=1 i=1 i=i+1 ● i=1时求汽相逸度系数；i=2时求液相逸度系数。 汽相：用y求a、b，Vt、Zm 分别为液相混合物总体积和液相混合物压缩因子； 液相：用x求a、b，Vt、Zm 分别为气相混合物总体积和气相混合物压缩因子。 ●(1)式有三个根 注意： 对 ， ， 分别讨论 i g i V f i OL f 二、活度系数法 ol i f 讨论：◆可凝性组分基准态 ◆不凝性组分基准态 下的基准态逸度。 基准态：活度系数等于1的状态。 （1）可凝性组分基准态 取基准态： 的计算： 纯组分i蒸汽在一定温度的饱和蒸汽压下的逸度系数。 纯液体组分i在系统温度下的摩尔体积，与压力无关。 （2-21） 校正饱和蒸汽压下的蒸汽对理想气体的偏离。 Poynting因子，校正压力对饱和蒸汽压的偏离。 （2）不凝性组分基准态 取基准态： H—化工计算解决 亨利定律：一般来说，亨利常数H不仅与溶剂、溶质的性质和系 统温度有关，而且还与系统压力有关。在低压下，溶质组分的逸 度近似等于它在气相中的分压，亨利常数不随压力而改变。 对于由一种溶质（不凝性组分）和一种溶剂（可凝性组分）构成的两组分溶液，通常: 溶剂的活度系数按 xi?1，?i?1定义基准态； 溶质的活度系数按 xi?0，?i＊?1定义基准态。 由于两组分的基准态不同，称为不对称型标准化方法。 过剩自由焓 表示在恒温恒压下由纯组分生成1mol溶液过程中自由 焓的变化称为混合自由焓。 第2周第4次课2007年9月18日 （摩尔）过剩自由焓：表示在恒温恒压下由纯组分形成1摩尔实际溶液与形成1mol理想溶液的混合自由焓的差值 实际溶液混合焓 理想溶液混合焓 2.液相活度系数 —1摩尔混合物的过剩自由焓 此式把任意组分 i 的活度系数和整个溶液的过剩自由焓关联在一起，得过剩自由焓和活度系数间的基本关系式。 过剩自由焓可以判断实际溶液偏离理想溶液的程度。 到目前有20多种经验、半经验公式。 常用的活度系数模型： Vanlaar(范拉尔)方程、Margules(玛古斯)方程、Wilson(威尔逊)方程、