制冷与低温 第四章.ppt

第四章 溶液热力学基础 Chapter Four Basic Thermodynamics Principle of Solution in Absorption Refrigeration Cycle 溶液的基础知识（基本概念） 一种物质以分子或离子状态均匀分布在另一种物质中所得到的均匀、澄清、稳定的液体叫做溶液。 两种物质混合：固体溶解于液体；气体溶解于液体 溶剂和溶质； 溶液中占较大比例的组分为溶剂；小比例的为溶质； 气体和固体溶于液体时，液体称为溶剂； 溶剂和溶质之间很少简单的机械混合；往往相互作用后组成比较复杂，或形成不确定的溶剂化合物。 二元溶液和多元溶液；（组分的多少） 空气的分离、天然气液化和分离、吸收式制冷、冰盐冷却及共晶冷却、混合工质的研制与应用 溶液的基础知识（基本概念） 溶液中成分份额表示方法一般有质量分数和摩尔分数两种; 对于k种组分所组成的溶液，溶质的质量分数和摩尔分数： 溶解度：溶质在溶剂中可溶解的最大量，它是t，p的函数。 溶解热：溶解通常伴着热效应——吸热或放热反应。 4.1 基本定律 气液平衡时遵循的定律： 1. 拉乌尔定律及理想溶液 拉乌尔定律：蒸气混合物中某一组分的分压，等于该纯净物质同一状态下的饱和蒸汽压与该组分在溶液中的摩尔成分的乘积。 任一组分在全部浓度范围内都符合拉乌尔定律的溶液称为理想溶液 当各组分混合成溶液时，没有热效应和体积的变化 溶质不挥发，蒸气中只有溶剂: P=P0x’ 适用于理想溶液，实际溶液可能有出入 4.1 基本定律 2. 康诺瓦罗夫定律 理想溶液的液相和气相的成分是不同的 由拉乌尔定律： （溶液蒸气压） 由道尔顿定律 则 如果饱和蒸气压 则 （气相中分数比小于液相中分数比） 4.1 基本定律 2. 康诺瓦罗夫定律 如果B组分的蒸气压力比纯A组分的大， 则 不同蒸气压的纯液体在给定温度下混合成二元溶液，则气相里的摩尔分数和液相里的摩尔分数并不相同，较高蒸气压的组分，它在气相里的摩尔分数大于它在液相里的摩尔分数。 对于较低沸点的液体，它在气相里的摩尔分数大于它在液相里的摩尔分数。 据此进行精馏，溶液摩尔分数和气相摩尔分数完全相同时不能用精馏法分离。共沸混合物时？ 4.1 基本定律 例题4-1：把空气当作二元混合物，其中氧氮摩尔分数分别为0.21和0.79，降到100K液化后，计算液空相平衡条件下的氧、氮摩尔分数各为多少？ 查出100K温度下氧、氮对应的饱和压力； 道尔顿定律： 得到氧、氮在溶液中的分数之比； 二元溶液，二者分数之和为1； 解得溶液中各自摩尔分数。 4.1 基本定律 3. 吉布斯定律 按相平衡系统的自由度（可变条件、约束条件）与组分数及相数间的关系。 Nf独立变量个数，NP相数，NC组分数，2为两个约束条件t和p 平衡条件下组分在各相中化学势相同 相关关系式个数 = 个式子，使其相关 所以独立变量 对于单组分系统：Nc=1;Nf=3-Np;若为单相Np=1,则Nf=2. 4.2 气液相平衡 以二元两相平衡系统为例： 1. 一般选择的相平衡图：p-x图，T-x图 4.2.1 气液相平衡图 2. 比焓-摩尔分数图 h-x图 在p一定时，按T-x图作出h-x图，反映过程热量的进出 4.2.1 气液相平衡图 特点： （1）两条饱和线不相交，在x＝0和x＝100％处反映了A和B的气化潜热(比焓差） （2）两相区等温线由垂直到倾斜又到垂直的变化 （3）压力变化升高时，饱和线上移。 4.2.2 溶液的混合与分离 1. 混合 1.混合 如果视为绝热混合，混合后点M位于两个初态点1、2连线上，此直线称为混合过程线。 有热量输入时，混合后M‘具有的焓值： 2. 蒸发及冷凝分离 蒸发：质量守恒 溶质质量守恒 因此 （杠杆规则） 溶液蒸发和冷凝开始和结束时温度有所不同；各组分的质量分数变化是连续变化的。 4.2.2 溶液的混合与分离 3. 节流 4. 吸收 （1）气体溶于溶液之中叫吸收（气体溶于固体中叫吸附） （2）冷凝和吸收的区别 1.基本概念：溶液、溶剂、溶质、质量分数、摩尔分数 2.基本定律： 1）乌拉尔定律：（理想溶液） 2）康诺瓦罗夫定律：液相中和气相中的成分是不同的 3）吉布斯定律：相平衡系统的自由度（可变条件、约束条件）与组分数及相数间的关系 3. 气液相平衡：相平衡图 4. 溶液的混合和分离：混合、蒸发及冷凝、节流、吸收 Power