气液相平衡(课堂PPT)
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双液系的气-液平衡相幻灯片PPT
本实验测定的环己烷-乙醇双液系相图属于具 有最低恒沸点的体系。方法是利用沸点仪(图 8.2)在大气压下直接测定一系列不同组成混合 物的气液平衡温度(沸点),并收集少量气相和液 相冷凝液,分别用阿贝折光率仪测定其折射率, 根据折射率与标样浓度之间的关系,查得所对 应的气相、液相组成。
Hale Waihona Puke 图8.2 沸点仪结构图三.仪器与试剂 [注意按实际使用的记录]
四.试验步骤
1.工作曲线绘制
(1)调节超级恒温水浴温度在室温5℃以上,以适应季 节的变化,但所选温度应易于获得试样的密度数据。 环己烷和乙醇分别恒温10min,根据配制混合物所需 的体积,用移液管精确量取,配制环己烷摩尔分数为 0.10，0.20，0.30，0.40，0.50，0.60，0.70， 0.80，0.90 的环己烷-乙醇溶液各10ml。为避免样 品的挥发带来的误差,配制应尽可能迅速。 (2)用尽可能短的软管将阿贝折光仪连接在前述调好 的恒温水浴上,以保持折光仪棱镜处于恒定温度。测 量上述9个溶液以及无水乙醇和纯环己烷的折光率。
双液系的气-液平衡相幻灯 片PPT
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二. 基本原理
1. 气-液相图
两种液态物质混合而成的二组分体系称为双液系。根据两组分间溶 解度的不同，可分为完全互溶、部分互溶和完全不互溶三种情况。 两个组分若能按任意比例互相融解，称为完全互溶双液系。液体的 沸点是指液体的蒸汽压与外界压力相等时的温度。在一定的外压下， 纯液体的沸点有其确定值。但双液系的沸点不仅与外压有关，而且 还与两种液体的相对含量有关。根据定律，
化工原理课件 9.2双组分溶液的气液相平衡
p
② 液相为理想溶液，服从拉乌尔定律
pi pi xi
o
2. 气液两相平衡时的自由度
对双组分平衡物系，据相律
f C 2 2 2 2 2
分析：
变量数：t，p，x，y
自由度：2
变量数：t，p，x，y
自由度：2
通常，精馏在恒压下操作 t，x，y 3个变量中仅有一个自由变量
xA相同,pA越大
pA相同,xA越小 挥发度
组分A愈易挥发
pi i xi
②相对挥发度α——表示溶液中两组分间挥发性的差异
问题：溶液中两组分间挥发性的差异如何表示？
相对挥发度
A pA / xA B pB / xB
③以相对挥发度α表示的相平衡关系式 对双组分理想物系，其气相为理想气体
1.0
y2
t2 t1 总压 恒定 x2 1.0 x 相平衡曲线
b. y~x曲线上各点对应不同的温度。
y1
0
x1
y、x值越大，泡、露点温度越低
t1 t2
c. y~x曲线受总压变化的影响不显著。 总压变化30%，y~x曲线的变化一般不超过2%
注意 对同一物系而言，混合液的平衡温度愈高，各组分 间挥发度差异愈小，即相对挥发度α愈小，因此蒸馏压 强愈高，平衡温度随之升高，α减小，分离变得愈难， 反之亦然。
苯
式中p0的单位为kPa；温度t的单位为℃。 解：设苯与甲苯在106.7 kPa时的泡点分别tA0、tB0。据 Antoine方程有 lg106.7＝6.031－1 211/(tA0＋220.8) 解得 tA0＝81.74℃ lg106.7＝6.080－1 345/(tB0＋219.5) 解得 tB0＝112.45℃ t(1)＝0.2×81.74＋0.8×112.45＝106.31℃
3、气液相平衡
滁州职业技术学院化工原理电子课件
第三节
气液相平衡
一、气液相平衡关系
二、亨利定律
三、相平衡关系在吸收过程中的应用
返回
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一、 气液相平衡关系
平衡状态：一定压力和温度，一定量的吸收剂与 混合气体充分接触，气相中的溶质向
溶剂中转移，长期充分接 触后，液相
中溶质组分的浓度不再增加，此时， 气液两相达到平衡。 饱和浓度：平衡时溶质在液相中的浓度。 平衡分压：平衡时气相中溶质的分压。 返回
pA 5.94 E 287.0kPa x 0.0207
E 287.0 m 2.83 p 101.3
c 55.6 H 0.194 Kmol/(m3.kPa) E 287 .0
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【例6-9】上述例题中,若加入惰性气体使总 压增至202.6kPa，系统温度仍为20℃，求
解：取100g水为基准，含氨为2g，
w A /M A 2 / 17 x 0.0207 w A /M A w B /M B w N /M N 2 / 17 100/ 18
* 由pA Ex, 可得
pA 1.60 E 77.3kPa x 0.0207
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E小的，溶解度大，易溶气体 3）E的来源：实验测得；查手册
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2、亨利定律其它形式
cA 1）p H
* A
H——溶解度系数， kmol/（m3· kPa）
cA——摩尔浓度，kmol/m3；
H与E的关系：
cA c c p x H c H
第三节
气液相平衡
一、气液相平衡关系
二、亨利定律
三、相平衡关系在吸收过程中的应用
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一、 气液相平衡关系
平衡状态：一定压力和温度，一定量的吸收剂与 混合气体充分接触，气相中的溶质向
溶剂中转移，长期充分接 触后，液相
中溶质组分的浓度不再增加，此时， 气液两相达到平衡。 饱和浓度：平衡时溶质在液相中的浓度。 平衡分压：平衡时气相中溶质的分压。 返回
pA 5.94 E 287.0kPa x 0.0207
E 287.0 m 2.83 p 101.3
c 55.6 H 0.194 Kmol/(m3.kPa) E 287 .0
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【例6-9】上述例题中,若加入惰性气体使总 压增至202.6kPa，系统温度仍为20℃，求
解：取100g水为基准，含氨为2g，
w A /M A 2 / 17 x 0.0207 w A /M A w B /M B w N /M N 2 / 17 100/ 18
* 由pA Ex, 可得
pA 1.60 E 77.3kPa x 0.0207
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E小的，溶解度大，易溶气体 3）E的来源：实验测得；查手册
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2、亨利定律其它形式
cA 1）p H
* A
H——溶解度系数， kmol/（m3· kPa）
cA——摩尔浓度，kmol/m3；
H与E的关系：
cA c c p x H c H
第七章 08级 汽液平衡PPT课件
基础。工程上广泛应用的分离技术如精馏、吸收、萃取、
吸附、结晶等就是分别以汽-液、气-液、液-液、气-固、
液-固平衡为设计依据。
7
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3
汽液平衡数据是最常用的化工基础数据。许多化工 过程如精馏的设计、操作及过程控制等都离不开汽液平
衡数据。在热力学研究方面，新的热力学模型的开发， 例题
同组成的混合物临界点位于C1、
C2间的圆形边缘线上。
4.2.2
图7-1 汽液平衡的P-T-x-y图
上一内容
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14
在pTx面以上的区域是过
C2
冷液体区，而在pTy面以下的
区域则是过热蒸汽区。在pTx 面与pTy面之间的空间则是汽 液相共存区。
过冷液体区
F
C 1 例题
设某种过冷液体混合物，见
d n G n S d T n V d p i d n i
例题
等温等压下、 两相平衡时，由式（ 7-1 ）得
d G T ,p d n G d n G i d n i i d n i 0
7.1.1
(7-2)
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7
因两相合并为封闭体系，又无化学反应，体系
例题
相平衡涉及的内容十分广泛。本章论述相平衡 理论及平衡数据的计算，重点讨论汽液平衡。
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7
5
7.1 相平衡的判据与相律
7.1.1 相平衡的判据
例题
平衡的判据应以热力学第二定律为依据。等温等 压下的封闭体系，一切自发过程必引起体系的自由焓 减少，达到平衡时，体系的自由焓为最小。由此得出， 等温等压的封闭体系达到平衡的判据为
第八章气液相平衡 ppt课件
1
第八章 流体相平衡
1、相平衡的有关概念
相：体系中的一个均匀空间，其性质和其余部分有区别， 每个相都是一个敞开体系，能与相邻的相进行物质 交换和能量交换。
相迁移：物质从一个相迁移到另一相的过程，叫该物质 的相迁移过程。
相平衡：当物质迁移停止时，此时各相的性质和组成不
再随时间而变化——相平衡（相间的平衡），此时
fiV PyiiV
fiL PxiiL
2020/11/29
PxiiLPyiiV
气液平衡 低压、加压情况
8
8.1.1 相平衡判据
K
yi
L i
xi
V i
汽液平衡 适用于高压或常压情况
（3） (ixi)(ixi) 液液平衡
2、汽液平衡四种情形（见表7-1）
2020/11/29
9
8.1.1 相平衡判据
表8-1 汽液平衡情形
情形 1
2
汽相
理想气体混合物 道尔顿分压定律
非理想气体混合 物但属理想溶液
液相
理想溶液 拉乌尔定律
理想溶液 Lewis—Randall
规则
举例 同分异构体或同 系物构成的体系
烃类混合物
3
理想气体 混合物
非理想溶液
大部分体系
4
非理想溶液
非理想溶液
含超临界 组分体系
适用范围 压力小于 0.2MPa 压力小于 1.5MPa
f20i 20 0/11/2L9 —R标准态，即与体系温度和压力相同的纯液体作为标准态。12
8.1.2 活度系数法
fi0fiLPis
isexpP P iS
ViLdP RT
特点：适用低压和中压
f0 i (T,P,xi1)
化工原理 气液相平衡
6.2 气液相平衡
一、气体在液体中的溶解度
气液两相处于平衡状态时，溶质在液相中的含量。
pA
O2
CO2
SO2
由图可见，曲线愈平坦，
该组分的溶解度愈大；曲线
愈陡峭，溶解度愈小。
NH 3
cA
几种气体在水中的溶解度曲线图
当总压不太高(p<0.5MPa)时，
总压的变化不改变pA—CA之间的 关系。对于稀溶液，pA—CA符合 线性关系。
y2
x2
x2
y2 y2min
y1
x11 x1max
当吸收剂用量 L↓→x1↑→x1max=x1*=y1/m
x1
y1
L↑→y2↓→y2min=y2*=mx2
Hale Waihona Puke 3.计算过程的推动力y
•
y
x
x*
吸收 y y* x x*
推动力：y y y x x* x
y
y
•
x
x
解吸 y y* x x*
y y* y
推动力：
x x x
二、亨 利 (Henry)定 律
亨利定律：对稀溶液，溶解度曲线为一直线。
pA ExA
E——亨利系数
p
A
cA
/H
H——溶解度系数
或
y
A
mxA
m——相平衡常数
各参数之间的关系
p
A
cA
/
H＝ cM H
cA cM
cM H
xA
p
A
/
P总
E
P总
xA
E CM s
H MsH m E
P总
c
A
Hp A
一、气体在液体中的溶解度
气液两相处于平衡状态时，溶质在液相中的含量。
pA
O2
CO2
SO2
由图可见，曲线愈平坦，
该组分的溶解度愈大；曲线
愈陡峭，溶解度愈小。
NH 3
cA
几种气体在水中的溶解度曲线图
当总压不太高(p<0.5MPa)时，
总压的变化不改变pA—CA之间的 关系。对于稀溶液，pA—CA符合 线性关系。
y2
x2
x2
y2 y2min
y1
x11 x1max
当吸收剂用量 L↓→x1↑→x1max=x1*=y1/m
x1
y1
L↑→y2↓→y2min=y2*=mx2
Hale Waihona Puke 3.计算过程的推动力y
•
y
x
x*
吸收 y y* x x*
推动力：y y y x x* x
y
y
•
x
x
解吸 y y* x x*
y y* y
推动力：
x x x
二、亨 利 (Henry)定 律
亨利定律：对稀溶液，溶解度曲线为一直线。
pA ExA
E——亨利系数
p
A
cA
/H
H——溶解度系数
或
y
A
mxA
m——相平衡常数
各参数之间的关系
p
A
cA
/
H＝ cM H
cA cM
cM H
xA
p
A
/
P总
E
P总
xA
E CM s
H MsH m E
P总
c
A
Hp A
气液相平衡
y pe 总压的提高对吸收有利
P
d、以平衡分压表示的数学式反映相平衡的本质
以 ye = mx 表示则便于计算 m除与温度有关外，还与总压有关
2019/5/12
例：在常压及20℃下，测得氨在水中的平衡数据为：
0.5gNH3/100gH2O浓度为的稀氨水上方的平衡分压为400Pa， 在该浓度范围下相平衡关系可用亨利定律表示，试求亨利系
2019/5/12
二、亨利定律
1、亨利定律
p* Ex
E——亨利常数，单位与压强单位一致 。 E值取决于物系的特性及温度；温度T上升，E值增大； 在同一溶剂中，E值越大的气体越难溶。 适用范围：稀溶液。
2、亨利定律的其他表示形式
1）用溶质A在溶液中的摩尔浓度和气相中的分压表示的亨 利定律
2019/5/12
第五章 吸收
第二节 气液相平衡
一、平衡溶解度 二、亨利定律 三、气液相平衡在吸收中的 应用
2019/5/12
比较：
传热
冷热流体间的热量传递、 推动力是两流体间的温度差
过程极限 温度相等
吸收 气液两相间的物质传递 两相间的浓度差? 两相浓度差相等？
一、平衡溶解度
1、气体在液体中溶解度的概念
气体在液相中的溶解度
或由各系数间的关系求出其它系数
H s
EM s
1000 7.59 104
18
7.32104 kmol/ m3 Pa
m E P
7.59 104 101.33 103
0.749
2019/5/12
三、气液平衡在吸收中的应用
1、判断过程的方向
例：在101.3kPa，20℃下,稀氨水的气液相平衡关系为 ： y* 0.94x ，若含氨0.094摩尔分数的混合气和组成 xA 0.05 的氨水接触,确定过程的方向。
二组分理想液态混合物的气液平衡相图(共6张PPT)
的含量
• 6.2 精馏操作过程分析
精馏是多次蒸馏过程
x1>x2>x3 ---→纯A y1＜ y2/＜y3 / --→纯B • 6.3 精馏操作的条件
蒸气总压介于两纯组分饱和蒸气压之 间
液相线—泡点，泡点线
（2）对比T-x图与p-x图
① p-x图中液相区在上，气相区在
下； T-x图则相反
② p-x图中液相线为直线，气相线
为曲线；T-x图中液相线和气相
线都为曲线
（3）a→b系统加热过程状态变化分析
易挥发组分在气相中的含量大于液相中的 含量
§6.5 二组分真实液态混合物的气-液平 衡相图
§6.4 二组分理想液态混合物的气-液
平衡相图
复习
• 4.1 二组分系统相律分析
温度-组成图：恒定压力下研究T、
• 4.2 压力-组成图
x、y之间关系
• 4.3 温度-组成图
气相线：表示液相蒸气总压与蒸气组 成关系的曲线
（1）气相线、液相线
液相线：表示液相蒸气总压与液相组
气相线—露点，露点线
成关系的曲线
一般正、负偏差的蒸气压-组成图中蒸气
总压仍然介于两纯组分饱和蒸气压之间，
而另一种情况则不然
§6.5 二组分真实液态混合物的气液平衡相图
• 5.1 真实液态混合物与理想
液态混合物的差别
• 5.2 蒸气压-组成图
• 5.3 压力-组成图
§6.5 二组分真实液态混合物的气-液 液态混合物的差别 • 5.2 蒸气压-组成图
• 5.3 压力-组成图
• 5.4 温度-组成图
恒沸点：沸腾时温度不变
特点—该点气相组成始终等于液相 组成
相律解释—C=S-R-R/=2-0-1=1，F=12+1=0
• 6.2 精馏操作过程分析
精馏是多次蒸馏过程
x1>x2>x3 ---→纯A y1＜ y2/＜y3 / --→纯B • 6.3 精馏操作的条件
蒸气总压介于两纯组分饱和蒸气压之 间
液相线—泡点，泡点线
（2）对比T-x图与p-x图
① p-x图中液相区在上，气相区在
下； T-x图则相反
② p-x图中液相线为直线，气相线
为曲线；T-x图中液相线和气相
线都为曲线
（3）a→b系统加热过程状态变化分析
易挥发组分在气相中的含量大于液相中的 含量
§6.5 二组分真实液态混合物的气-液平 衡相图
§6.4 二组分理想液态混合物的气-液
平衡相图
复习
• 4.1 二组分系统相律分析
温度-组成图：恒定压力下研究T、
• 4.2 压力-组成图
x、y之间关系
• 4.3 温度-组成图
气相线：表示液相蒸气总压与蒸气组 成关系的曲线
（1）气相线、液相线
液相线：表示液相蒸气总压与液相组
气相线—露点，露点线
成关系的曲线
一般正、负偏差的蒸气压-组成图中蒸气
总压仍然介于两纯组分饱和蒸气压之间，
而另一种情况则不然
§6.5 二组分真实液态混合物的气液平衡相图
• 5.1 真实液态混合物与理想
液态混合物的差别
• 5.2 蒸气压-组成图
• 5.3 压力-组成图
§6.5 二组分真实液态混合物的气-液 液态混合物的差别 • 5.2 蒸气压-组成图
• 5.3 压力-组成图
• 5.4 温度-组成图
恒沸点：沸腾时温度不变
特点—该点气相组成始终等于液相 组成
相律解释—C=S-R-R/=2-0-1=1，F=12+1=0
双组份理想溶液的气液平衡相图(课堂PPT)
示混合液的沸点和与液相平衡的汽相组成y之间的关 系，此曲线称为饱和蒸气线。
2.图中红色线为气相线t-y（露点线）：它表
示混合液的沸点和平衡液相组成x之间的关系，此曲 线称为饱和液体线。
两组分溶液的气液平衡相图
1、温度-组成图（t-x-y图）
三个区域：
液相区：蓝线以下区域 过热蒸气区：红线以上区域 气液共存区：红线和蓝线包围的区域
yxAA51
yA3 yA2
yA1
x(y)
1.0
当温度达到该溶液的露点TB，溶液全部 气化成为组成为 yA5= xf 的气相，最后 一滴液相的组成为 xA5。
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两组分溶液的气液平衡相图
2、气液平衡相图（y-x图）
在一定外压下，以y为纵坐标，以x为横坐标 ，建立气-液相平衡图，即y-x图，图中曲线 代表气液相平衡时的气相组成y与液相组成x 之间的关系。
差异越大，物系越易分离。
两组分溶液的气液平衡相图
1、温度-组成图（t-x-y图）
两条线 三个区域 两相区特点
2、气液平衡相图（y-x图）
相平衡曲线 相平衡曲线的特点
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化工单元操作
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化学单元操作
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两组分溶液的气液平衡相图
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两组分溶液的气液平衡相图
Contents
目录
1 温度-组成图（t-x-y图） 2 气液平衡相图（y-x图）
2.图中红色线为气相线t-y（露点线）：它表
示混合液的沸点和平衡液相组成x之间的关系，此曲 线称为饱和液体线。
两组分溶液的气液平衡相图
1、温度-组成图（t-x-y图）
三个区域：
液相区：蓝线以下区域 过热蒸气区：红线以上区域 气液共存区：红线和蓝线包围的区域
yxAA51
yA3 yA2
yA1
x(y)
1.0
当温度达到该溶液的露点TB，溶液全部 气化成为组成为 yA5= xf 的气相，最后 一滴液相的组成为 xA5。
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两组分溶液的气液平衡相图
2、气液平衡相图（y-x图）
在一定外压下，以y为纵坐标，以x为横坐标 ，建立气-液相平衡图，即y-x图，图中曲线 代表气液相平衡时的气相组成y与液相组成x 之间的关系。
差异越大，物系越易分离。
两组分溶液的气液平衡相图
1、温度-组成图（t-x-y图）
两条线 三个区域 两相区特点
2、气液平衡相图（y-x图）
相平衡曲线 相平衡曲线的特点
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两组分溶液的气液平衡相图
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两组分溶液的气液平衡相图
Contents
目录
1 温度-组成图（t-x-y图） 2 气液平衡相图（y-x图）
两组分系统的气液平衡PPT课件
p
pA* (T ) pB* (T ) pB* (T ) [ pA* (T ) pB* (T )]yB
气相线
或T
T(
p,
yB )或yB
[ pA* (T ) p] pB* (T ) p[ pA* (T ) pB* (T )]
1.理想混合物的恒温相图(isothermal phase diagram of ideal mixtures)
[ pB* (T ) pA* (T )]xB
利用克-克方程 可以由上式反解 出温度依赖压力 与液相组成的函 数关系。
ln p* 常数 Δvap H RT
C6H5CH3(A)——C6H6(B)
2.理想混合物的恒压相图(isobaric phase diagram of
ideal mixtures) 气相线(露点线) (恒压)
(1)求刚出现气相时蒸气的组成及压力； (2)求溶液几乎完全气化时最后一 滴 溶液的 组成 及系统 的压 力； (3)在气 化过程 中 ， 若液相 的组 成变 为 xB=0.100 ， 求 此 时 液 相 和 气 相 的 数 量 ； (4) 若 测 得 某 组 成 下 ， 溶 液 在 9.00kPa下的沸点为20℃，求该溶液的组成； (5)在20℃下若两组分在气相 中的蒸气压相等，则溶液的组成又如何？
液相线
气相线
例 ： 2 0 ℃ 时 纯 甲 苯 的 饱 和 蒸 气 压 是 2.97KPa ， 纯 苯 的 饱 和 蒸 气 压 是 9.96KPa。现将4mol甲苯(A)和1mol苯(B)组成的溶液(设为理想溶液)放在 一个有活塞的汽缸中，温度保持在20℃。开始时活塞上的压力较大，汽 缸内只有液体，随着活塞上的压力逐渐减小，则溶液逐渐气化。
液相区
气液相平衡2019.ppt
x
x*
3、过程的极限
气液两相达到相平衡关系
V Y2
L X2
（动态平衡，即吸收速率= 解吸
速率）
吸收塔
设塔足够高：
L减小，X1增大，X1max=X1*=Y1/m; L增大, Y2减小,Y2min=Y2*=mX2
V Y1 L X1
例题
CO2分压为0.5[大气压]的混合气体分别与CO2浓 度为0.01 [ kmol/m3] 和0.05[kmol/m3]的水溶液 接触，系统温度均为25℃。气液平衡关系 P*=1.64×103 ·x[大气压]。 试求上述两种情况下两相的推动力（分别以气相 分压差和液相浓度差表示），并说明CO2在两种 情况下属吸收还是解吸。
Q ( pA ,cA)
cA
cA*
cA* cA
气体溶解于液相，关键在于气相中被吸收组分的分压 pA
当 pA>pA* 或CA * >CA ， 吸收操作 当 pA<pA *或CA * <CA ， 解吸操作
x=0.05， y=0.1，y*=0.94x
y*=0.94×0.05=0.047 < y 吸收
摩尔浓度——单位体积混合物中所含溶质的kmol数
CA
nA V
CM
nA nS V
摩尔分数——
xA
nA nA nS
(液相中)
摩尔比—— X nA nS
(液相中)
[ kmol/m3]
yA
Y
nA nnAA nB
nB
（气相中） （气相中）
X x 1 x
Y y 1 y
y Y 1Y
x X 1 X
2、道尔顿定律
Ms
各常数E、H、m都是表示溶解度的程度.
8.1 概述8.2气液相平衡
武汉工程大学化工原理课件 三、 计算传质过程的推动力
推动力：实际含量与平衡含量的偏离程度 说明: 实际组成偏离平衡组成的程度越大， 过程的推动力就越大，其传质速率也将越大。
武汉工程大学化工原理课件 吸收过程推动力 气相：pA-pAe y-ye Y-Ye
液相：cAe-cA
解吸过程推动力
xe-x Xe-X ye- y Ye-Y
武汉工程大学化工原理课件
八、 问题 设计型计算 设计达到一定分离任务的填料吸收塔 操作型计算 预测操作条件变化时尾气浓度的变化来自武汉工程大学化工原理课件
8.2 气液相平衡
气液相平衡体系的自由度
吉布斯相律 F=C-P+2
F—自由度; C—组分数；P—相数 F=3-2+2=3
讨论
(1) 在T、p、y、x中仅有3个独立变量 (2) 温度一定时，pe(=py)与x一一对应 (3) T、p一定时，y与x一一对应
武汉工程大学化工原理课件 说明 气体吸收过程产生了含有高浓度溶质的液体。 其中溶质可以通过加热变成气泡而脱除。我们常 常在热的液体中通入惰性气体，作为吹扫蒸气， 以加速脱除过程。近来化工厂由于大量吸收液的 加热成本高，不得不开始改用对压力敏感的吸收 剂。因为压力的改变比温度的改变要便宜，因此 改用压力敏感的吸收剂还会继续发展。
惰性气体——气体中不被溶解的组分
武汉工程大学化工原理课件 二、工业吸收流程
武汉工程大学化工原理课件 三、 吸收的应用
— 制备某种气体的液体产品
如用H2SO4吸收SO3制取发烟H2SO4，用水吸收
NO2以制造硝酸。
— 回收混合气体中的有用物质
如用硫酸处理焦炉气以回收其中的氨。
武汉工程大学化工原理课件
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一、相平衡判据
1、普适判据——熵判据 依据：熵增原理——dS孤0，即熵增大到最大值时， 体系达平衡。 dS孤=0 特点：需要同时考虑体系和环境的变化，应用不太方便。
2、自由焓判据
依据：恒温恒压下，只做体积功的封闭体系的一切自发
过程必将引起体系自由焓的减少，达到平衡时，
体系自由焓最小。即 体系达平衡： dG（T，P）=0
当T，P一定时，封闭体系的自由焓为两相之和：
d n G d(n G )d(n G ) 自由焓判据 (dnG)T,P 0
d(nG )d(nG )0
.
5
8.1.1 相平衡判据
i d n i id n i 0
dni dni
(ii)dn i0
d
n
i
0
i i
同理，对于多相（相）多组分（N组分）体系的相平 衡判据为：
方
P、T、V、N数据。
程 3、容易采用对应状态理论。
法 4、可以用在临界区。
1、简单的液体混合物模型已能满
活
足要求。
度 系 数
2、温度的影响主要反映在标准态 逸度上，而不是活度系数上。
法 3、对于许多类型的混合物，包括 聚
合物、电解质的体系都能应用。
缺点
1、没有一个状态方程能完全适用于 所 有的流体密度区间。
特点：T，P易测易控，应用. 广泛。
4
8.1.1 相平衡判据
3、化学位判据 对于多组分两相平衡的封闭体系（α相、β相），每一
相都可视为一个敞开体系，两相之间有物质交换，对于单 相敞开体系，根据变组成体系热力学基本关系式有：
d (n G ) (n S )d T (n V )d P id n i d (n G ) (n S )d T (n V )d P id n i
第八章 流体相平衡
课时：4学时
要求：
1、掌握相平衡的判据，了解相平衡处理方法；
2、二元系组分活度系数与组成间的关系；
3、掌握简单相平衡计算方法
内容：
8.1 相平衡的判据和处理方法
8.2 二元系组分活度系数与组成间的关系
8.3 汽液平衡
8.4由汽液相平衡数据计算活度系数
8.5 汽液相平衡数据热力学一.致性检验
.
12
8.1.2 活度系数法
fi0fiLPis
isexpP P iS
ViLdP RT
特点：适用低压和中压
f0 i (T,P,xi1)
P is
isexpV iL(P R T P iS)
下汽液相平衡计算。
两种方法比较见表8-2
.
13
8.1.2 活度系数法
方 法
优点
状 1、不需要标准态。
态 2、yiiV
K
yi
L i
xi
V i
1 P
R T
lni (V i )d P
特点：利用状态方程计算逸度
R T0
P
状 或逸度系数，这就要求选用一
ln iVR 1 T0 P(V V i R P T )d P态 方 程 ln iLR 1 T0 P(V iLR P T)dP . 法
种状态方程既可用于汽相又适
1
第八章 流体相平衡
1、相平衡的有关概念
相：体系中的一个均匀空间，其性质和其余部分有区别， 每个相都是一个敞开体系，能与相邻的相进行物质 交换和能量交换。
相迁移：物质从一个相迁移到另一相的过程，叫该物质 的相迁移过程。
相平衡：当物质迁移停止时，此时各相的性质和组成不
再随时间而变化——相平衡（相间的平衡），此时
i i ...i ...( i 1 ,2 ...N )
.
6
8.1.1 相平衡判据
4、逸度判据
didG iR T dlnfi
积分：
i
i0
RTln
fi fi0
对每个相中组分化学位有：
i
i0
RTln
fia fi0
i
i0 RTln
fi fi0
根据化学位判据 i i
.
恒温
即达到平衡状态时，多 相平衡体系中，每个组分 在各相中的逸度必相等。
fi fi ...... fi ...
(i 1,2...N)
7
8.1.1 相平衡判据
二、相平衡的处理方法
1、汽液平衡的处理方法
（1）
fiV fiL
fiV Pyi iV
fiL i xi fi0
PyiiV ixi fi0
（2）
fiV PyiiV
fiL PxiiL
PxiiLPyiiV
.
气液平衡 低压、加压情况
8
8.1.1 相平衡判据
K
yi
L i
xi
V i
汽液平衡 适用于高压或常压情况
（3） (ixi)(ixi) 液液平衡
2、汽液平衡四种情形（见表7-1）
.
9
8.1.1 相平衡判据
表8-1 汽液平衡情形
情形 1
2
汽相 理想气体混合物 道尔顿分压定律
非理想气体混合 物但属理想溶液
液相
理想溶液 拉乌尔定律
GRT xi lnai
G E R Tx iln a i R Tx iln x i
R T xilna xii R T xilni
GE RT
各相间某些性质如密度、粘度、焓、熵等相差很大，
而有些性质如温度、压力却是相等的。
.
2
第八章 流体相平衡
2、研究相平衡的意义
（1）为分析解决传质分离设备的设计、操作和控制 提供理论依据
（2）为新工艺、新产品和新技术的开发提供相平衡数 据和相平衡热力学模型
.
3
8.1 相平衡判据和处理方法 8.1.1 相平衡判据
理想溶液 Lewis—Randall
规则
举例 同分异构体或同 系物构成的体系
烃类混合物
理想气体
3
混合物
4
非理想溶液
非理想溶液 非理想溶液
大部分体系
含超临界 组分体系
适用范围 压力小于 0.2MPa 压力小于 1.5MPa
低压
高压
.
10
8.1.2 状态方程法
f
V i
fiL
fiV Pyi iV
fiL PxiiL
用于液相，计算结果的可靠性
取决于状态方程的可靠性，通
常用于高压条件。计算过程比
较麻烦。
11
8.1.2 活度系数法
fiV fiL
fiV PyiiV
fiL i xi fi0
状态方程 活度系数模型
活度系数法
K yi i fi0
xi
P
V i
i
液相活度系数
V i
汽相逸度系数
f
0 i
L—R标准态，即与体系温度和压力相同的纯液体作为标准态。
2、受混合规则影响很大。 3、对于含极性物质，大分子化合物
和电解质的体系难于应用。
1、需要用其他方法计算偏摩尔体积。 2、对含有超临界组分的体系应用
不便。 3、在临界区难以应用。
.
14
8. 2 二元系组分活度系数与组成间的关系 8.2.1 非理想溶液的过量自由焓
G E G E G G id
G idR T x iln x i