液平衡东莞理工学院广东分布式能源系统重点试验室.PPT

相平衡 相平衡——研究多相系统相变化规律的一门学科，是热力学的重要应用之一 5.1 相 律 5.2 单组分系统 5.3 二组分液-气和液-液系统 5.4 二组分液-固系统 单组分两相系统在T、p时，α和β两相达到平衡： 当温度改变dT，压力相应地改变dp时，两相仍保存平衡，则： ∵ 纯物质的化学势即为它的摩尔吉布斯函数 对于固－液、固－固(晶型转变)平衡，为了突出熔点(或晶型转化温度)与压力的关系，可将克拉贝龙方程改写成： 5.3.1 理想溶液的液-气平衡 5.3.2 完全互溶实际溶液的液-气平衡 5.3.3 部分互溶的液-液系统 p-x图、T-x图、T-p图 5.3.1 理想溶液的液-气平衡 5.3.1.1 p-x图（蒸气压-组成图） 液体A和B形成理想溶液，根据拉乌尔定律： 液相线：蒸气总压与液相组成的直线关系 设蒸气符合道尔顿分压定律，达到气液平衡时： 气相线：蒸气总压与蒸气组成的关系 由于A、B两个组分的蒸气压不同，所以当气液两相平衡时，气相的组成与液相的组成也不相同 易挥发组分在气相中的组成大于其在液相中的组成 二组分理想溶液的p-x图 物系点与相点 在单相区，物系点与相点一致；在两相共存区，二者不相同 自m点开始降压，到达f点以前，系统只有液相 在f点，开始有气相出现，气相组成由d点表示 继续降压，气体增多液体减少，液、气相组成各沿液相线和气相线逐渐改变 压力降至p1(物系点变至q点)时，液、气相的组成分别由f、d点给出 物系点降至d点时，液体几乎全部挥发，d点以下就没有液相了 5.3.1.2 T-x图（沸点-组成图） 沸 程 5.3.1.3 杠 杆 规 则 系统处于二相平衡时，二相物质的量的多少可由杠杆规则确定 根据物料衡算： 杠杆规则 用质量分数来表示系统的组成时，杠杆规则: 杠杆规则适用于多组分系统的任意两相平衡 杠杆规则在相图的动态分析中具有重要作用 5.3.1.4 精 馏 原 理 对 象：分离液体混合物 实 质：多次部分汽化和部分冷凝 设 备：精馏塔，连续操作 5.4.1 简单低共熔系统 5.4.2 热分析 5.4.3 溶解度法 5.4.4 形成化合物的二组分系统 5.4.5 固液相都完全互溶的固-液平衡 5.4.6 固相部分互溶的固-液平衡 凝聚系统 5.4.1 简单低共熔系统 在熔融状态时，两组分能以任意比例互溶成一相，凝固时则不能相互溶解，各成一相。这样的两个组分就构成简单低共熔系统 如：Sn-Pb、Cu-Ni、Mg-Ca等 固体A的熔点(凝固点) 固体B的熔点(凝固点) 从液相中析出固体A的温度曲线（在纯A中加入B后，A的熔点下降曲线） 从液相中析出固体B的温度曲线 单一的液相区 低共熔点 对应的温度称低共熔温度，对应的液相组成称低共熔组成，析出的固体(含有固体A与固体B)称为低共熔体；低共熔温度是液相能存在的最低温度，比两个纯物质的熔点都低；在低共熔体中A和B各呈一相，不是化合物，也不是固溶体，因为它不是均匀的 三相线 液相和固体A的两相平衡共存区 液相和固体B的两相平衡共存区 相态随温度的变化 将位于q点的系统缓慢降温，系统状态沿qq’’’线变化 温度在q’点以上时系统为单一的液相，当温度到达q’点时，开始有固体A析出，固液两相共存 继续降温，固体A不断析出，液相组成沿TAE线变化，物质的量比由杠杆规则确定，如 当温度下降到q’’’时，固体A和B同时析出，此时液相的组成为E。固体A、固体B及液体三相共存，f’=0，温度保持不变 只有当A、B全部析出，液相消失，温度才会下降，进入两固相A和B的共存区 * 东莞理工学院 广东省分布式能源系统重点实验室 Dongguan University of Technology 相平衡 大学化学 -5 第五章 相平衡 相 律 单组分系统 二组分液－气和液－液系统 二组分液固系统 三组分系统 相律——各种相平衡系统所共同遵守的规律 相图——表达多相体系的状态如何随温度、压力、组成等强度性质而变化的图形 5.1.1 相、组分和自由度 5.1.2 相律及其推导 多相体系平衡的一般条件 5.1.1 相、组分和自由度 5.1.1.1 相 系统中化学性质和物理性质完全均匀一致的部分称为相 系统中相的数目称为相数，用Φ表示 相与相之间有明显的物理界面，在界面的两侧系统的性质有着明显的突变，可以用机械的方法将它们分开 （1）气相：任何气体均能在分子水平上混合均匀，系统内不论有多少种气体，平衡时只有一个相 （2）液相：一般说来，每一种纯物质只有一种液相；对于不同液体物质混合而成的系统，由于液体