9.2双组分溶液的汽液相平衡解析

9·2·1理想物系的气液相平衡9·2·2非理想物系的气液相平衡例题化学化工学院迪丽努尔2020/2/59、蒸馏9.2双组分溶液的气液相平衡9·2·1理想物系的气液相平衡一、气液两相平衡共存时的自由度二双组分理想物系的液相组成——温度（泡点）关系式三、t-x(y)图和x-y图四、相对挥发度α—相平衡方程返回化学化工学院迪丽努尔2020/2/59.2双组分溶液的气液相平衡F=N一p＋2二元物系:N=2，相数p=2F=2一、气液两相平衡共存时的自由度化学化工学院迪丽努尔2020/2/59·2·1理想物系的气液相平衡二、双组分理想物系的液相组成——温度（泡点）关系式理想物系：①液相为理想溶液，服从拉乌尔（Raoult）定律；②气相为理想气体，服从理想气体定律或道尔顿分压定律。拉乌尔（Raoult）定律pA=pA0xApB=pB0xBPA、PB——液相上方A、B两组分的蒸汽压化学化工学院迪丽努尔2020/2/59·2·1理想物系的气液相平衡PA、PB——液相上方A、B两组分的蒸汽压xA、xB——液相中A、B两组分的摩尔分数；pA0、pB0——在溶液温度t下，纯组分A、B的饱和蒸汽压pA=pA0xApB=pB0xBpA＋pB=PpA0xA+pB0(1-xA)=P000BABApppPxPpyOAA000BABpppPPxpyAOAPpAA又化学化工学院迪丽努尔2020/2/5二、双组分理想物系的液相组成——温度（泡点）关系式理想物系：pB=pB0xBpA=pA0xA000BABAppppxPpyOAA000BABpppP纯组分的饱和蒸汽压p0与温度t的关系如下：对不同组分A、B、C值不同，并可以从有关手册中查到化学化工学院迪丽努尔2020/2/5二、双组分理想物系的液相组成——温度（泡点）关系式理想物系：1、双组分溶液的温度一组成图t-x(y)图2、相平衡曲线图x-y返回化学化工学院迪丽努尔2020/2/59·2·1理想物系的气液相平衡三、t-x(y)图和x-y图图的构成(1)两线AEBC泡点线x〜t线ADFC露点线y∼t线(2)三个区液相区、汽相区和气液平衡区(3)五种状态冷液、饱和液体、汽液共存、饱和蒸汽、过热蒸汽1、双组分溶液的温度一组成图t-x(y)图DEFGB总压一定温度t组成x(y)0x1xy11.0AC化学化工学院迪丽努尔2020/2/5三、t-x(y)图和x-y图t-x(y)图分析：将组成为y、温度为t的过热蒸汽（O点）冷凝将组成为x、温度为t的冷液（H点）加热？DEFGB温度t组成x(y)总压一定0x1xy11.0AC纯组分与混合物的区别①纯组分具有相同的沸点与露点，而混合物则有不同的沸点与露点。②混合物的组成不同，相应的沸点与露点也不同返回OH化学化工学院迪丽努尔2020/2/51、双组分溶液的温度一组成图t-x(y)图DEFGB温度t组成x(y)总压一定0x1.0ACt1t21.0总压一定y2y10x1x21.0yxt↑→y(x)↓或y(x)↑→t↓∴图x∼y中：t1t22、相平衡曲线图x-y化学化工学院迪丽努尔2020/2/5三、t-x(y)图和x-y图α=1x=y不能分离a↑，x对应的y↑，可获得的提浓程度愈大因此，a的大小可作为用蒸馏分离某物系的易程度的标志00.20.40.60.81.01.00.90.80.70.60.50.40.30.20.11（x=y)3.010.020.0相对挥发度a的变化对相平衡曲线的影响化学化工学院迪丽努尔2020/2/52、相平衡曲线图x-y三、t-x(y)图和x-y图p1p2p3p4p5yxP5P4P3P2P1压力对平衡曲线的影响返回化学化工学院迪丽努尔2020/2/52、相平衡曲线图x-y三、t-x(y)图和x-y图四、相对挥发度α—相平衡方程1、挥发度γ2、相对挥发度a3、理想溶液相对挥发度a返回化学化工学院迪丽努尔2020/2/59·2·1理想物系的气液相平衡挥发度γ平衡蒸汽分压与其液相摩尔分数的比值AAAxpBBBxpγ↑组分的挥发性↑返回1、挥发度γ化学化工学院迪丽努尔2020/2/5四、相对挥发度α—相平衡方程混合液中易挥发组分与难挥发组分挥发度之比a=γA/γBAAAxpBBBxpBBAAxpxp//∵pA=PyABBAAxPyxPy//∴a12、相对挥发度aBABAxxyyyB=1-yAxB=1-xA相平衡方程返回化学化工学院迪丽努尔2020/2/5四、相对挥发度α—相平衡方程BBAAxpxp//∵pB=pB0xBpA=pA0xA00BApp∵a1∴p0大的为易挥发组分3、理想溶液相对挥发度a对于理想溶液返回化学化工学院迪丽努尔2020/2/5四、相对挥发度α—相平衡方程二、γA1对拉乌尔定律具有正偏差系统具有最低恒沸点的溶液三、γA1对拉乌尔定律具有负偏差系统具有最高恒沸点的溶液返回一、非理想溶液化学化工学院迪丽努尔2020/2/59·2·2非理想物系的气液相平衡9.2双组分溶液的气液相平衡①液相是非理想溶液，气相为理想气体的混合物。②液相为理想溶液，气相为非理想气体混合物。③液相与气相均为非理想混合物。对易挥发组分：pA=γApA0xAγA——气相A组分的逸度系数；一、非理想溶液化学化工学院迪丽努尔2020/2/59·2·2非理想物系的气液相平衡二、γA1对拉乌尔定律具有正偏差PA+PBPAPBPB0x1.0PA蒸气压苯——乙苯溶液相图化学化工学院迪丽努尔2020/2/59·2·2非理想物系的气液相平衡01.01.0yx对拉乌尔定律具有正偏差化学化工学院迪丽努尔2020/2/5二、γA1对拉乌尔定律具有正偏差三、γA1对拉乌尔定律具有负偏差PA+PBPAPBPB0x1.0PA蒸气压氯仿——丙酮溶液相图（负偏差）化学化工学院迪丽努尔2020/2/59·2·2非理想物系的气液相平衡01.01.0yx温度64.5化学化工学院迪丽努尔2020/2/5三、γA1对拉乌尔定律具有负偏差结论：对于具有恒沸点的非理想溶液，在恒沸组成时，气、液两相的组成相同，因此不能用一般的蒸馏方法将恒沸物中的两个组分加以分离.化学化工学院迪丽努尔2020/2/59·2·2非理想物系的气液相平衡例：9-1理想物系泡点及平衡组成的计算某蒸馏釜的操作压强为106.7kPa,其中溶液含苯摩尔分数0.2，甲苯摩尔分数0.8，求此溶液的泡点及平衡的气相组成苯-甲苯溶液可作为理想溶液，纯组分的蒸气压为苯甲苯8.2201211031.6logtpA5.2191345080.6logtpB化学化工学院迪丽努尔2020/2/5解：已知xA=0.20,P=106.7kPa得BABppp7.10620.0假设一个泡点t，用题给的安托因方程算出未知数,代入上式作检验，假设t=103.9ºCBABAppppx化学化工学院迪丽努尔2020/2/5301.28.2209.1031211031.6logAp921.15.2199.1031345080.6logBpkPapA2.200kPapB38.832.038.832.20038.837.106BABpppP化学化工学院迪丽努尔2020/2/5921.15.2199.1031345080.6logBp假设正确，即溶液的泡点为103.9C气相组成为375.07.10620.02.200PxpPpyAAA