[理学]05章_相平衡.ppt

§5.3 相律 §5.4 单组分体系的相图 水的相图 水的相图 水的相图 水的相图 水的相图 水的相图 两相平衡线的斜率 §5.5 二组分体系的相图 p-x图 和 T-x图 理想的完全互溶双液体系 理想的完全互溶双液体系 理想的完全互溶双液体系 理想的完全互溶双液体系 杠杆规则（Lever rule） 杠杆规则（Lever rule） 蒸馏（或精馏）原理 蒸馏（或精馏）原理 蒸馏（或精馏）原理 蒸馏（或精馏）原理 蒸馏（或精馏）原理 蒸馏（或精馏）原理 用 的方法求出对应的气相组成线。 在T-x图上，气相线在上，液相线在下，上面是气相区，下面是液相区，梭形区是气-液两相区。 在T-x图的两相区，物系点C代表了体系总的组成和温度。 通过C点作平行于横坐标的等温线，与液相和气相线分别交于D点和E点。DE线称为等温连结线（tie line）。 落在DE线上所有物系点的对应的液相和气相组成，都由D点和E点的组成表示。 液相和气相的数量借助于力学中的杠杆规则求算，即以物系点为支点，支点两边连结线的长度为力矩，计算液相和气相的物质的量或质量，这就是可用于任意两相平衡区的杠杆规则。 或 可以用来计算两相的相对量 （总量未知）或绝对量（总量已知）。 简单蒸馏 简单蒸馏只能把双液体系中的A和B粗略分开。 在A和B的T-x图上，纯A的沸点高于纯B的沸点，说明蒸馏时气相中B组分的含量较高，液相中A组分的含量较高。 一次简单蒸馏，馏出物中B含量会显著增加，剩余液体中A组分会增多。 如有一组成为x1的A，B二组分溶液，加热到T1时开始沸腾，与之平衡的气相组为y1，显然含B量显著增加。 然后接收 间的馏出物，组成在y1与y2之间，剩余液组成为x2，A含量增加。这样，将A与B粗略分开。 将组成为y1的蒸气冷凝，液相中含B量下降，组成沿OA线上升，沸点也升至T2，这时对应的气相组成为y2。 精馏 精馏是多次简单蒸馏的组合。 精馏塔底部是加热区，温度最高； 塔顶温度最低。 精馏结果，塔顶冷凝收集的是低沸点组分，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。 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。 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。 物理化学电子教案——第五章 质量分数 等压 T/K 单相 两相 等温 §5.1 引 言 相平衡是热力学在化学领域中的重要应用之一 相图（phase diagram） 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。 研究多相体系的状态如何随温度、压力和组成等强度性质变化而变化，并用图形来表示，这种图形称为相图。 引 言 相（phase） 体系内部化学组成、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。 引 言 体系中相的总数称为相数，用 ? 表示。 气体，不论有多少种气体混合，只有一个气相。 液体，按其互溶程度可以组成单相、两相或三相共存。 固体，一般有一种固体便有一个相。两种固体粉末无论混合得多么均匀，仍是两个相（固体溶液除外，它是单相）。 引 言 自由度（degree of freedom） 如果已指定某个强度变量，除该变量以外的其他强度变量数称为条件自由度，用 表示。 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。 例如：指定了压力 指定了压力和温度 1)热平衡条件：设体系有 个相，达到平衡时，各相具有相同温度 在一个封闭的多相体系中，相与相之间可以有热的交换、功的传递和物质的交流。对具有 个相体系的热力学平衡，实际上包含了如下四个平衡条件： 2)压力平衡条件：达到平衡时各相的压力相等 §5.2 多相体系平衡的一般条件 4） 化学平衡条件：化学变化达到平衡 3） 相平衡条件： 任一物质B在各