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1、化工原理蒸馏课件第1页，本讲稿共28页一一.理想物系的汽液相平衡理想物系的汽液相平衡1.理想物系理想物系液相为液相为is(理想溶液理想溶液)气相为气相为ig(理想气体理想气体)服从服从Dalton分压定律分压定律服从服从Raoult定律定律(2)具体描述具体描述(1)定定义义第2页，本讲稿共28页1.理想物系：理想物系：(1)定定义义：液相：液相为为is理想溶液，气相理想溶液，气相为为ig混合物所混合物所组组成的体系，成的体系，严严格格说说没有完全的理想的体系。没有完全的理想的体系。实际实际上，低上，低压压下下组组分分子分分子结结构相似的构相似的体系接近理想体系接近理想体系，体系，eg：苯：苯
2、甲苯，甲醇甲苯，甲醇乙醇乙醇 0.2MPa以下的以下的轻烃类轻烃类混合物均可混合物均可视为视为理想体系理想体系。一一.理想物系的汽液相平衡理想物系的汽液相平衡第3页，本讲稿共28页(2)具体描述具体描述理想气体理想气体:服从道服从道尔尔顿顿(Dalton)分分压压定律，定律，理想溶液理想溶液:服从拉服从拉乌乌尔尔定律定律(Raoult)。Raoult定律定律：溶液中：溶液中组组分的蒸汽分的蒸汽压压(pA或或pB)等于等于溶液温度下溶液温度下纯组纯组分的分的饱饱和蒸汽和蒸汽压压乘以乘以组组分在分在溶液中的摩溶液中的摩尔尔分数。分数。一一.理想物系的汽液相平衡理想物系的汽液相平衡第4页，本讲稿共2
3、8页(3)理想溶液特点理想溶液特点a)引力相同：引力相同：认为认为溶液中各分子溶液中各分子间间的吸引力完全相同。的吸引力完全相同。b)Q=0,V=0。即：即：浓浓度改度改变时变时，无，无热热效效应应，也，也无容无容积积效效应应（体（体积积不不变变化）化）c)机会均等：机会均等：A分子逸出和凝聚由于分子逸出和凝聚由于B的空的空间间占占领领机机会相会相应应减少，同减少，同样对样对B亦如此。亦如此。一一.理想物系的汽液相平衡理想物系的汽液相平衡第5页，本讲稿共28页(4)平衡平衡时时汽、液各参量汽、液各参量间间的数量关系的数量关系条件：平衡条件：平衡时时温度温度为为t，压压强强为为P，对对二元物系存
4、在下列关系：二元物系存在下列关系：Liquid phase：Gas phase：Between G-L phases：第6页，本讲稿共28页相律相律F=c-p+2 2222 t,PyA yBxA xB独立独立变变量量为为t,P,xA,yA t,P一定，一定，x=f(y)y=f(x)P,y(x)一定，一定，x=f(t)【y=f(t)】约约束关系束关系 xA+xB=1 yA+yB=1第7页，本讲稿共28页(5)纯组纯组分（分（饱饱和）蒸汽和）蒸汽压压p0与温度（与温度（t）的关系均由）的关系均由实验测实验测得，已得，已归纳归纳成成为为安托因安托因(Antoine)方程式：方程式：一一.理想物系的汽
5、液相平衡理想物系的汽液相平衡第8页，本讲稿共28页应用及例题应用及例题已知已知P、t，求，求x、y已知已知P、x，求，求t、ya式式b式式据据安托因方程安托因方程求饱和蒸汽压求饱和蒸汽压代入代入a、b式求式求x、y，见见p267例例7-1试试差求解，差求解，见见例例7-2(6)利用前面关系式可以利用前面关系式可以计计算两算两组组分的汽液平衡关分的汽液平衡关系。系。第9页，本讲稿共28页2 汽液相平衡图线汽液相平衡图线相图来表达汽液平衡关系较为直观相图来表达汽液平衡关系较为直观（1）压压力力组组成成图图（恒温下）（恒温下）（2）温度）温度组组成成图图（恒（恒压压下）下）（3）汽相）汽相液相液相组
6、组成成图图 P一定一定时时，t-x-y图图y-x图图t一定一定时时，p-x图图第10页，本讲稿共28页2 汽液相平衡汽液相平衡图线图线（1 1）压力）压力组成图（恒温下）组成图（恒温下）精馏内精馏内P基本恒定，故不宜用基本恒定，故不宜用p-x来分析塔内来分析塔内操作。操作。等温下系统的总等温下系统的总压和组分的分压压和组分的分压与液相组成与液相组成x x呈线呈线性关系。性关系。第11页，本讲稿共28页2 汽液相平衡图线汽液相平衡图线 若物系温度与若物系温度与该标该标明的一致，明的一致，又已知又已知总压总压P，如，如图图中水平中水平线线（虚（虚线线）示，交点）示，交点为为D，向下作垂直，向下作垂
7、直x轴轴的的线线，得，得xA和和pA，yApA/P 算得。算得。t一定一定时时，p-x图图第12页，本讲稿共28页(2)t-x-y 图图（等（等压图压图）饱和蒸汽线或饱和蒸汽线或露点线露点线 饱和液体线或饱和液体线或泡点线泡点线液相区液相区 过热蒸汽区过热蒸汽区 汽液共存区汽液共存区若汽液两相若汽液两相组成相同时，组成相同时，则露点温度则露点温度总是大于泡总是大于泡点温度。点温度。汽液两相呈平汽液两相呈平衡时衡时汽液两相的温汽液两相的温度相同度相同yx第13页，本讲稿共28页（a a）xt（泡点）关系式（泡点）关系式（b）yt（露点）关系式（露点）关系式第14页，本讲稿共28页求算示例求算示例
8、例例eg：求苯：求苯(A)和甲苯和甲苯(B)体系在体系在总压总压760mmHg下的汽液下的汽液平衡关系，并作出平衡关系，并作出tx(y)图图和和yx图图。计计算算结结果果t/80.184889298100104108110.6p0A76085696310811210 1350 150216681783p0B291334381434492556627705760第15页，本讲稿共28页求算示例求算示例求不同求不同t下的下的x和和y，如下：，如下：t/80.184889298100104108110.6xA10.816 0.651 0.504 0.373 0.257 0.152 0.0570yA1
9、0.916 0.825 0.717 0.594 0.465 0.300 0.12502.62.562.532.492.462.432.402.372.35第16页，本讲稿共28页求算示例求算示例作作图图tx（y）、）、yx如下：如下：杠杆杠杆规则规则：FDW第17页，本讲稿共28页(3)y-x图图平衡曲线平衡曲线对角线对角线x=y理想物系，理想物系，y恒大于恒大于x x，平衡线在对角平衡线在对角线之上线之上平衡线偏离平衡线偏离对角线愈远，对角线愈远，表示该溶液表示该溶液愈易分离愈易分离ABtAtB?第18页，本讲稿共28页（a）相对挥发度相对挥发度和相平衡方程和相平衡方程(i)若汽相为理想气体
10、若汽相为理想气体相平衡方程相平衡方程(ii)若液相为若液相为理想溶液理想溶液第19页，本讲稿共28页（b）说明）说明已知平衡的已知平衡的x、y已知已知pA0、pB0的计算的计算tP0变化不大，可取操作温度的平均值变化不大，可取操作温度的平均值第20页，本讲稿共28页（c）相对挥发度与分离程度相对挥发度与分离程度为为常数常数时时，溶液的相平衡曲，溶液的相平衡曲线线如如下图下图所示。所示。蒸蒸馏馏分离某物分离某物系的系的难难易程度易程度的的标标志志提提浓浓程度越大，程度越大，分离程度越好分离程度越好x一定时，一定时，y第21页，本讲稿共28页（d）汽液相平衡常数汽液相平衡常数Kf（t、P、组组成）
11、成）第22页，本讲稿共28页(a)当当总压总压升高升高时时，对对同一同一x值值来来说说，按，按（4）总压总压改改变对变对二元物系平衡的影响二元物系平衡的影响(c)当当P低于两低于两纯组纯组分的分的临临界界压压强强，蒸，蒸馏馏可在全可在全浓浓度范度范围围内内进进行行。表表现现在在t-x-y图图上，上，t-x线线和和t-y线线靠近。靠近。(b)P 时时，t-x线线和和t-y线线上移，上移，这这是由于是由于压压强强升升高，高，纯组纯组分液体的分液体的bp（沸点）判明。（沸点）判明。第23页，本讲稿共28页 第24页，本讲稿共28页二.非理想物系的气液相平衡1.1.定定义义：非溶液非理想溶液，不服从：
12、非溶液非理想溶液，不服从Raoult定律；定律；or汽相非理想气体，不服从汽相非理想气体，不服从ig定律和定律和 Dalton分分压压定律。定律。2.2.非理想物系分非理想物系分为为：正偏差溶液理想物系：正偏差溶液理想物系 负负偏差溶液偏差溶液第25页，本讲稿共28页二.非理想物系的气液相平衡(1)正偏差体系正偏差体系吸引力吸引力aABaAA，aABaAA，aABaBB第26页，本讲稿共28页tm78.15 ，xm0.894对于（对于（1）正）正偏差偏差体系，体系，A1，P-x图中最高点图中最高点t-x-y图上有一最低点，图上有一最低点，最低恒沸点最低恒沸点最低恒沸点最低恒沸点第27页，本讲稿共28页最高恒沸点最高恒沸点对于（对于（2）负）负偏差偏差体系，体系，A1，P-x图中最低点，图中最低点，t-x-y图图上有一最高点，上有一最高点，最高恒沸点最高恒沸点提示：提示：如果在同一侧，如果在同一侧，可对温度的大小可对温度的大小进行判断，进行判断，反之则无法判断。反之则无法判断。tm64.5，xm0.65第28页，本讲稿共28页