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1/9第2节两组分溶液的气液平衡1.掌握的内容:两组分理想溶液的气液相平衡、泡点方程、露点方程、气液相平衡图、挥发度与相对挥发度的定义及应用、气液相平衡方程及应用。2.了解内容:非理想溶液的气液相平衡。3.本节重点:相组成表示方法、泡点方程、露点方程、气液相平衡方程的应用。4.本节难点:气液平衡相图,用相对挥发度判断物系能否用蒸馏方法分离的难易程度。1.2.1相律和相组成气液相平衡关系,是指溶液与其上方的蒸气达到平衡时,系统的总压、温度及各组分在气液两相中组成的关系。一、相律相律表示平衡的物系中,自由度数目F、相数φ和独立组分数c之间的关系,即:F=c-φ+2式中:2表示外界影响平衡状态的两个因素即压强和温度。对两组分平衡物质由相律可知自由度数F=2。对两组分的气液平衡系统,可变化的温度t、压强p、一组分(通常为易挥发组分)在气液相中的组成y和x四个参数中任意规定两个参数后,物系的状态即被唯一的确定。蒸馏可视为恒压下操作,当压强p确定后,平衡物系的F=1,即在t、x或y中选定其中一个参数后,其他参数都是它的函数。所以两组分的气液平衡可用一定压强下t-x(或y)、x-y的函数关系或相图表示。二、相组成的表示法1.摩尔分数:混合物中各组分的摩尔数与混合物总摩尔数的比值。2/9对两组分(A和B)的混合液,则有:nnxAAnnxBB(1-2a)1BAxx(1-2b)式中:nA、nB、n分别表示组分A、组分B和混合物的摩尔数kmol;2.质量分数:混合物中某组分的质量与混合物总质量的比值。对两组分(A和B)的混合液,则有:mmaAAmmaBB(1-3a)1BAaa(1-3b)式中:mA、mB、m分别表示组分A、组分B和混合物的质量kg。3.质量分数和摩尔分数的换算关系:(以A组分为例)BBAAAAAMaMaMax(1-4a)BBAAAAAMxMxMxa(1-4b)式中:M为组分的摩尔质量kg/kmol。应指出:气相中组分的摩尔分数以y表示。1.2.2拉乌尔定律实验表明,理想溶液的气液平衡关系遵循拉乌尔定律。拉乌尔定律:当气液呈平衡时,溶液上方组分的蒸气压与溶液中该组分的摩尔分数成正比。对两组分(A和B)的理想溶液可得出:pA=PAoxA(1—5)3/9pB=PBoxB=PBo(1-xA)(1—5a)式中:p——溶液上方组分的平衡分压,Pax——溶液中组分的摩尔分数po——同温度下纯组分的饱和蒸气压,Pa纯组分的饱和蒸气压是温度的函数,即:PAo=f(t)PBo=φ(t)(1—6)纯组分的饱和蒸气压可直接从理化手册中查得。理想物系气相服从道尔顿分压定律,即总压等于各组分分压之和。对两组分物系:P=pA+pB(1—7)式中:p——气相总压,Pa;根据拉乌尔定律和道尔顿分压定律可得以下两个方程:BABAPPPPx(1—8)式1—8称为泡点方程。该方程表示平衡物系的温度和液相组成的关系。在一定压强下,液体混合物开始沸腾产生第一个气泡的温度,称为泡点温度(简称泡点)BABAAPPPPPpy0(1—9)式1—9称为露点方程。该方程表示平衡物系的温度和气相组成的关系。在一定压强下,混合蒸气冷凝开始出现第一个液滴时的温度,称为露点温度(简称露点)。气液平衡时,露点温度等于泡点温度。在一定的压强下,对两组分理想溶液,只要已知平衡温度和纯组分的饱和蒸气压,根据泡点方程和露点方程,即可求得平衡时的气液相组成。4/9严格说,实际上理想溶液是不存在的。仅有那些由性质极相近、分子结构相似的组分所组成的溶液,如苯—甲苯、甲醇—乙醇、烃类同系物等可视为理想溶液。1.2.3两组分溶液的气液平衡相图用相图表达气液平衡关系清晰直观。常用的相图为恒压下的温度——组成图和气——液相组成图。一、温度——组成(t-x-y)图蒸馏操作通常是在一定外压下进行,在操作过程中,溶液的温度随其组成而变,故恒压下的温度——组成图对蒸馏过程的分析具有实际的意义。在一定的总压下,温度——组成图(t-x-y图)如图1-1所示。图中以温度t为纵坐标,以平衡组成x或y为横坐标。图中有两条曲线:下方曲线为t-x线,称为饱和液体线或泡点线;上方曲线为t-y线,称为饱和蒸气线或露点线。两条曲线将t-x-y图分成三个区域:饱和液体线以下区域为液相区;饱和蒸气线以上区域为过热蒸汽区;两条曲线之间的区域为气、液共存区。两相区内,两相的量可根据杠杆规则确定,即:5/9ECCF气相量液相量二、...

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