化工热力学第5章 非均相系统的热力学.ppt

1、混合物的汽液相图 利用EXCEL的单变量求解汽相分率 5.2.4 状态方程法（EOS法）计算混合物的汽-液平衡 5.2.5 关于相互作用参数 混合法则中的相互作用参数kij一般是从混合物的实验数据拟合得到(以上框图中的kij是预先给定的)。如已知N元混合物的NP点汽液平衡数据，通过求下列目标函数之一的极小值，就能得到kij的值。目标函数是关于相互作用参数的非线性方程，用数学上的优化法获得其极小时的相互作用参数值。 例5-2 试用PR方程计算例表5-1所列的CO2(1)-正丁烷(2)液体混合物的泡点压力和气相组成。并比较相互作用参数k12=0.12和k12=0两种情况的结果。 常见的数组函数 Mmult(array1,array2)函数返回两数组的矩阵乘积，对于返回结果为数组的公式，函数必须以数组公式的形式输入 Sum (array1, array2, array3,…)函数在给定的几组数组中，将数组间对应元素相乘，并返回乘积之和。最多可以实现30个数组的乘积 数组公式输入结束时应以Ctrl+shift+Enter结束，这时公式两边会自动加上大括号表示数组公式的输入 例题5-8 参看P116页的解题过程 曲线与坐标轴所包含的面积的代数和应等于零(或面积)，当然，由于存在着实验误差，严格地等于零是不可能的。 2. 液液相图 自学 某一碳氢化合物（H）和水（W）可以视为一个几乎互不相溶的体系，如在常压和20 ℃时碳氢化合物中含水量只有xw=0.00021。已知该碳氢化合物在20℃时的蒸汽压pHs=202.65kPa。试从相平衡关系得到汽相组成的表达式，并说明是否可以用蒸馏的方法使碳氢化合物进一步干燥？ §5.3 其它类型的相平衡计算 5.3.1 液液平衡 1、液液平衡准则： （1）EOS法： （2）对称归一化活度系数法： 对于二元液液平衡： (5-46) (5-47) (5-48) (5-49) 对数形式 3、相分裂(phase splitting)的热力学条件 （1）定义：将不同液体混合时的不互溶现象称为相分裂。 x1 0 1 G1 G2 G 完全不互溶 完全互溶 部分互溶 两个液相混合时： 若△G＜0，完全互溶 若△G＞0，完全不互溶 部分完全互溶 ◆特点：不稳定系统的G-x1曲线有一个极大值和两个极小值。在数学上： （5-50） ＜0 相分裂的热力学条件  逸度 组成 压力或沸点 组合 1.000 0.911 0.804 0.681 0.469 0.398 0.334 0.200 0.094 0.057 0.030 0.000 T=273.15K时的组成x1 0.193 3.797 425.18 正丁烷(2) 0.228 7.398 304.19 CO2(1) ωi Pci/MPa Tci/K 组分i 5.2.6.状态方程+活度系数法(EOS+γ法)计算混合物的汽液平衡 采用两个模型: 气相：状态方程模型 液相：活度系数模型 (5-15) Poynting因子,通常条件下该因子较接近于1，只在压力很高和温度很低的条件下，才偏离1较多 (5-13) (5-3) (5-14) 〈1〉在低压下，理想系统： (5-16) 〈2〉在中等压力下，Poynting因子=1 (5-17) 〈3〉常压、减压条件下的汽液平衡。气相作为理想气体，液相作为非理想溶液。 (5-18) 因需要信息少，常用于初值估计 Wilson方程 Antoine方程 Vl →修正的Rackett方程 (5-18) 例题5-3 试用Wilson方程确定0.1013MPa下，x1=0.4的甲醇⑴-水⑵液体混合物的泡点温度和汽相组成。 已知λ12－λ11=1085.13 J·mol-1 λ21－λ22=1631.04 J·mol-1 解：已知p =0.1013MPa和x1=0.4， 属于等压下的泡点计算←→T，y1，y2， (5-18) 能量参数 用软件Thermal Cal来计算，输入独立变量，Wilson能量参数和Rackett参数，选择等压泡点计算，即可得结果。 例题5-4 现有总组成为z1=0.25，z2=0.25，z3=0.25的丙酮⑴－醋酸乙酯⑵－甲醇⑶混合物在50℃时进入某设备进行分离，问设备的最小操作压力应多少才能保持液相进料？ 解：利用p.100图5-5进行分析！本题属于xi= zi和T=323.15K的等温泡点计算！（能以液相存在的最小压力是泡点压力） 采用Wilson方程计算 5.2.7 低压气体在液体中的溶解度 常温时 H2⑴－H2O⑵，CO2⑴－苯⑵ 溶质组分（1）的汽液平衡准则为: (5-20) 溶剂组分