材料热力学之相平衡.ppt

三相点与冰点的区别 三相点是物质自身的特性，不能加以改变， 冰点是在大气压力下,水的气、液、固三相共存 冰点温度为 大气压力为 时 改变外压，水的冰点也随之改变 第三十一页，共八十三页。 三相点与冰点的区别 冰点温度比三相点温度低 是由两种因素造成的： (1)因外压增加，使凝固点下降 ； (2)因水中溶有空气，使凝固点下降 第三十二页，共八十三页。 §4.4 理想的二组分液态混合物的气-液平衡相图 一、相律分析 四、杠杆规则 五、蒸馏（或精馏）的基本原理 二、p-x-y相图 三、T-x-y相图 第三十三页，共八十三页。 对于二组分系统，C=2, f =4 -?, ? 至少为1，则 f 最多为3。 保持一个变量为常量，从立体图上得到平面截面图。 （1） 保持温度不变，得 p-x-y 图 较常用 （3） 保持组成不变，得 T-p 图 不常用。 （2） 保持压力不变，得 T-x-y 图 常用 这三个变量通常是T，p 和组成 x,y。所以要表示二组分系统状态图，需用三个坐标的立体图表示。 一、相律分析 第三十四页，共八十三页。 两个纯液体可按任意比例互溶，每个组分都服从Raoult定律，这样的系统称为理想的液体混合物 二、 p-x-y 图 如苯和甲苯，正己烷与正庚烷等结构相似的化合物可形成这种系统。 1、液相方程 第三十五页，共八十三页。 理想的完全互溶双液系 A B 第三十六页，共八十三页。 2、气相方程 或 第三十七页，共八十三页。 A B 液相线 气相线 第三十八页，共八十三页。 即易挥发的组分在气相中的含量大于液相中的含量，反之亦然。 若 则 第三十九页，共八十三页。 A B 液相线 气相线 3、相图分析 （1）静态分析 在液相线和气相线之间的梭形区内，是气-液两相平衡。 a.面分析 在等温条件下，p-x-y 图分为三个区域。在液相线之上，是液相区。 在气相线之下，是气相区。。 第四十页，共八十三页。 A B 液相线 气相线 b.线分析 p-xA ：液相线；直线 p-yA ：气相线；曲线 c.点分析 M点：物系点 E，F：相点 第四十一页，共八十三页。 例：正戊烷（A）和正己烷（B）可形成Is，总组成ZA=0.105。当t=75.5℃时压力达到多大，体系全部变为液相？压力降到多少，体系全部为气相？pA*=27.6 atm pB*=1.16 atm A B 第四十二页，共八十三页。 三、 T-x-y 图 亦称为沸点-组成图 T-x图在讨论蒸馏时十分有用，因为蒸馏通常在等压下进行。 外压为大气压力，当溶液的蒸气压等于外压时，溶液沸腾，这时的温度称为沸点。 某组成的蒸气压越高，其沸点越低，反之亦然。 T-x图可以从实验数据直接绘制。也可以从已知的p-x图求得。 第四十三页，共八十三页。 381K 373K 365K 357K 从 p-x 图绘制 第四十四页，共八十三页。 从 实验绘制 T-x 图 A B 定压 第四十五页，共八十三页。 混合物起始组成为x1 加热到温度为T1液体开始沸腾 对应气相组成为x2 组成为F的气体冷到E 有组成为x1的液体出现 E点称为露点 将泡点都连起来，就是液相组成线 D点称为泡点 A B 定压 将露点都连起来，就是气相组成线 第四十六页，共八十三页。 四、杠杆规则（Lever rule） 在T-x图上，由nA和nB混合成的物系的组成为xA 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。 A B 定压 加热到T1温度，物系点C 落在两相区 DE线称为等温连结线 第四十七页，共八十三页。 A B 定压 液相和气相的数量借助于力学中的杠杆规则求算 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 这就是杠杆规则，可用于任意两相平衡区 或 若已知 可计算气、液相的量 第四十八页，共八十三页。 A B 定压 杠杆规则计算公式的推导 若已知的是质量分数 第四十九页，共八十三页。 例：甲苯和苯能形成Is，已知在90℃时两纯液体的饱和蒸气压分别为54.2kPa和136.12kPa。 ①求在90℃，p=101325Pa时甲苯和苯系统达气液平衡时两相的组成。 ②若有100.00g甲苯和200.0g苯构成上述条件下的气液平衡系统，求气液两相的量各为多少？ 第五十页，共八十三页。 一、