第5章 相平衡1.ppt

(2) 精馏 精馏是多次简单蒸馏的组合。 精馏塔有多种类型，如图所示是泡罩式塔板状精馏塔的示意图。 精馏塔底部是加热区，温度最高； 塔顶温度最低。 精馏结果，塔顶冷凝收集的是纯低沸点组分，纯高沸点组分则留在塔底。 用A、B二组分T-x图表述精馏过程。 组成为 的气相在塔中上升，温度降为 ，有部分组成为 的液体凝聚，气相组成为 ，含B的量增多。 组成为 的气体在塔中继续上升，温度降为 ， 如此继续，到塔顶，温度为纯B的沸点，蒸气冷凝物 几乎是纯B。 取组成为x的混合物从精馏塔的半高处加入，这时温度为 ，物系点为O，对应的液、气相组成分别为 和 。 组成为 的液相在塔板冷凝后滴下，温度上升为 。又有部分液体气化，气相组成为 ，剩余的组成为 的液体再流到下一层塔板，温度继续升高。如此继续，在塔底几乎得到的是纯A，这时温度为A的沸点。 精馏塔中的必须塔板数可以从理论计算得到。每一个塔板上都经历了一个热交换过程：蒸气中的高沸点物在塔板上凝聚，放出凝聚热后流到下一层塔板，液体中的低沸点物得到热量后升入上一层塔板。 一、部分互溶的双液系 （1）具有最高临界溶解温度 体系在常温下只能部分互溶，分为两层。 B点温度称为最高临界溶解温度（critical consolute temperature） 。温度高于 ，水和苯胺可无限混溶。 下层是水中饱和了苯胺，溶解度情况如图中左半支所示；上层是苯胺中饱和了水，溶解度如图中右半支所示。升高温度，彼此的溶解度都增加。到达B点，界面消失，成为单一液相。 第四节 部分互溶和完全不互溶的双液体系 帽形区外，溶液为单一液相，帽形区内，溶液分为两相。 溶解温度的高低反映了一对液体间的互溶能力，可以用来选择合适的萃取剂。 在373 K时，两层的组成分别为A’和A”，互称为共轭相。 B点为临界溶解温度。 在 温度（约为291.2K）以下，两者可以任意比例互溶，升高温度，互溶度下降，出现分层。 （2）具有最低临界溶解温度 水-三乙基胺的溶解度图如图所示。 以下是单一液相区，以上是两相区。 （3）同时具有最高、最低临界溶解温度 如图所示是水和烟碱的溶解度图。 在最低临界溶解温度 (约334 K)以下和在最高临界溶解温度 (约481K)以上，两液体可完全互溶，而在这两个温度之间只能部分互溶。 形成一个完全封闭的溶度曲线，曲线之内是两液相区。 * 第四章 相平衡 相平衡是热力学在化学领域中的重要应用之一。研究多相体系的平衡在化学、化工的科研和生产中有重要的意义，例如：溶解、蒸馏、重结晶、萃取、提纯及金相分析等方面都要用到相平衡的知识。 1、 相（phase） 体系内部物理和化学性质完全均匀的部分称为相。相与相之间在指定条件下有明显的界面，在界面上宏观性质的改变是飞跃式的。体系中相的总数称为相数，用Φ表示。 第一节 相律 一、基本概念 体系的相数φ∶ 气态∶只有一个相。 液态∶根据互溶程度可有1、2、3…个相。 固态∶相数等于物种数（固溶体除外）。 2、 相平衡体系∶在宏观上没有任何物质从一相转移到 另一相的体系。 二 物种数(S)和组分数(K) 2、独立组分数K（简称组分数）：足以确定平衡体系 中的所有各相成分所需的最少独立组分的数目。 1、 物种数S∶可单独分离出来并能独立存在的化学物 质的数目。 3、独立化学平衡关系式数目R∶能包括体系中所有 参加反应物质的最少反应式数目。 4、 浓度限制条件R’∶同一相中各种物质之间的浓度关系 的数目。 独立组分数K∶K=S－R－R’ 说明∶ 独立化学平衡关系式数目R能包括体系中所有参加反应物质的最少反应式数目。 浓度限制条件R’∶必须是在同一相中的浓度关系。 三、自由度数（f） 自由度: 确定平衡体系的状态所必须的独立强度变量的数目称为自由度，用字母 f 表示。这些强度变量通常是压力、温度和浓度等。 以水为例（注意是讨论平衡态）∶ a. 当φ=1时，例如液态水的T、p可在一定范围内改变， φ不变 ∴ f=2 b. 当φ=2时，例如气－液平衡，指定p外，则Tb确定； 而指定T，则水有确定的平衡蒸气压p，∴ f=1 c. 当φ=3时，即气－液－固三相平衡共存时（三相点），T、p是确定的（273.16K、6.1×102Pa、由水的性质所决定）， ∴ f=0，如果变化T或p，则不可能三相共存（即φ≠3）。 四、相律 描述体系中组分数K、