化工原理下1-1气液平衡

（4）蒸馏操作应处于汽液两相区内。
二元混合物与纯液体的差别： （1）泡点与浓度有关，其值在A，B组分沸点范围之内 （2）总组成相同，其泡点和露点（冷凝点）温度不同
压力对温度组成图的影响
4） 气、液平衡组成的 x-y 图
从t-x-y图标绘：略去温度坐标，依x-y 的对应关系 做图 ，得x-y图。
也可通过相平衡方程
yA xA yB xB
三. 蒸馏过程必要条件
① 通过加热或冷却使混合物形成气、液两相共
存体系，相际传质提供必要的条件； ② 各组分间挥发能力差异足够大，以保证蒸 馏过程的传质推动力。
四、蒸馏分离的特点
通常不须要外加其它组分，可直接获得所
需要的产品 用于分离液相混合物
对于非液相混合物，可以先转为液相混合物 例如空气的分离，脂肪酸混合物的分离
气相为理想气体
理想气体：气体分子的体积可忽略 气体分子间无作用力
（二）双组分理想物系气液相平衡 • 1、用函数关系表示 1）用饱和蒸气压和相平衡常数表示 2）用相对挥发度表示 • 2、用相图表示 1） t-x-y图
2） x-y图
拉乌尔定律 理想物系在一定温度下,气相中任一组 分的平衡分压等于此纯组分在该温度下 的饱和蒸气压与它在溶液中的摩尔分率 的乘积。 PA= PA0 x A
101.3 116.9 135.5 155.7 179.2 204.2 240.0 40.0 46.0 54.0 63.3 74.3 86.0 101.3
补充例题解答
解：设泡点温度 kPa 由式 1-4 计算结果表明，所设泡点温度偏高。再设泡点温度 表数据插值求得 kPa 由式 1-4 泡点温度 ℃。 kPa ℃，由附 ℃，查附表得 kPa
分析：求解本题的关键是明确用汽液平衡关系求泡点温度时，需 采用试差法。
关于平衡计算的说明： （1）已知 P、 t ， 求 相互平衡的 x 、 y ， 不必试 差： t → pA0, pB0 → x , y （2）已知 x ， 求与之平衡的 y, t 或 已知 y 求与之平衡的 x , t ，试差计算 试算过程为： 假设 t 假设 t x x y 判断x 判断 y y x
p (1 x A )
0 B
P p A pB
P p xA 0 pA p
0 B 0 B
相平衡常数 露点方程
(泡点方程)
补充例题：
计算含苯 0.5 （摩尔分率） 的苯—甲苯混合液在总压 101.3 kPa 下的泡点温度。苯（A）—甲苯（B）的饱和蒸汽压数据 如本例附表所示。
温度，℃ ，kPa ，kPa 80.1 85.0 90.0 95.0 100.0 105.0 110.6
第 1 章
蒸 馏
概述
一. 蒸馏在工业上的应用
1）石油炼制工业 (原油 汽油、煤油、柴油等）； 2）石油化工工业（基本有机原料、石油裂解气等分
离）；
3）空气的分离（氧气、氮气的制备）；
4）食品加工及医药生产。
二. 蒸馏的目的和依据
目的：均相液体混合物的分离。
依据：利用液体混合物中各组分在一定温度下 挥发能力的差异。 混合物中较易挥发的组分——易挥发组分A 混合物中较难挥发的组分——难挥发组分B 例：乙醇---水溶液
（一）单组分气液相平衡
气液平衡时，自由度为1
可用温度或饱和蒸气压表示相平衡关系
温度与饱和蒸气压的对应 动态平衡
气化
液相 气化速率与温度正相关 液化速率与气相的分压有关 液化
饱和蒸气压与总压、沸点的关系
气相
例：100OC时水的饱和蒸气压为多少？
思考
• 对于双组分气液相平衡，如果温度、压强 确定了，它的气液相组成是否确定？ • 对于双组分气液相平衡，通常用什么图来 表示？ • t-x-y图和x-y图的前提是什么？ • t-x-y图和x-y图有什么区别？ • 如何获取数据作t-x-y图和x-y图？ • 本节书中哪条公式最具有概括性？
（三）非理想溶液 1、正偏差：
异分子间的排斥倾向起了主导作用，使得溶液 的两个组分的平衡分压都比拉乌尔定律所预计的 高，那么t-x线比理想溶液低，因为在较低的温 度下，其总蒸汽压可与外界压力相等，即可达到 沸点。如甲醇－水溶液。 2、负偏差： 组分的蒸汽压比拉乌尔定律低，那么沸点或t-x 线比理想溶液高。当负偏差达到一定程度，会出 现最高恒沸点，如硝酸－水物系。
能耗大 因为有相变过程 有时需要高压、真空、高温、低温等条件
五. 分类 ① 按组分数分类: 双组分蒸馏； 多组分蒸馏。 ② 按操作方式分类: 间歇蒸馏— 简单蒸馏； 连续蒸馏— 平衡蒸馏、精馏。 ③ 按操作压力分类： 常压蒸馏、减压蒸馏、加压蒸馏。 本章以双组分连续精馏为重点。
1.2
两组分溶液的气液平衡

1 N
2
或
1 N
3）温度-组成图（t-x-y）
总压一定时，给定 t
0 0 p A，p B
x，y
从过冷液体至过热气体的变化过程
说明： （1）部分汽化和部分冷凝均可起到分离作用；
（2）全部汽化和全部冷凝没有分离作用；
（3）不断的部分汽化和冷凝可使分离程度不断提高；
0 P pB xA 0 0 p A pB
0 pA yA xA P
• 对于相对挥发度近似为常数时，可用相平衡方程 作x-y图 O x PA y O 1 ( 1) x
PB
作业 P73 1，2
2）相对挥发度
定义：溶液中两组分挥发 度之比。
气液相平衡方程
A B
pA / x A pB / x B
yA 1 yA
xA 1 xA
压力不太高时
p yA / xA p yB / xB
x y 1 ( 1) x
0 理想溶液 p0 / pB A
yA xA yB xB
1）用饱和蒸气压和相平衡常数表示
在一定总压下，查不同温度t下的饱和蒸气压， 求出xA和yA
0 pA pA xA
p A Py A
0 pB pB xB
0 0 0 pA pA p A P pB yA x A＝ 0 0 P P P p A pB
0 pA pA 或y A x A＝K A x A P P
二、 两组分理想体系的气液平衡
F C 2
相数
T、P
双组分物系气、液相平衡的自由度为2 可见：规定其中的两个，则系统平衡状态即定。 一般蒸馏压力恒定，故仅有一个自由度。
（一）理想物系的涵义
液相为理想溶液
理想溶液：溶液中同分子间与异分子间作用力无 差异。即 fAA=fBB=fAB
把纯组分混合，无容积效应，无热效应
挥发度 在一定温度下，混合液的某组分在气相中的 分压与平衡时液相中的摩尔分率之比。 νA = pA / xA νB = pB / xB νA 、νB — 组分A、B 的挥发度。 对理想溶液，符合拉乌尔定律 νA = pA / xA = pA0 xA / xA = pA0 νB = pB0 理想溶液中, 各组分的挥发度等于其饱和蒸汽压
思考：α受什么因素影响？
★ 温度对α的影响
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温度↑，各组分蒸汽压↑，蒸汽压之比变化 缓慢， 故相对挥发度α随温度变化缓慢，在一定 温度范围内，可由其平均值代替。
★
压力对相平衡的影响
P ↑，t ↑ ，↓，对分离不利， P↓，t ↓ ，↑，对分离有利
蒸馏压力的选择，优先 考虑采用常压操作，只在特
殊情况下采用加压（处理量
x y 描点绘出x y图。 1 ( 1) x 说明：
（1）组成 均以易挥发组分的组成表 示，故曲线位于对角线上方 （2）平衡线上不同点代表一个气、 液平衡状态，即对应一组 x、y、t， 且y (或x) 越大，t 愈低。 （3）平衡线距对角线越远，物系越易 分离。 （4）压力增加，平衡线靠近对 角线。
正偏差 相图示例
负偏差 相图示例
补充说明 • 1.具有恒沸点的溶液用一般蒸馏的方法,其浓 度最多达到恒沸组成。 • 2.非理想溶液不一定具有恒沸点，但有恒沸 点的是明显的、偏差大的非理想溶液；
• 3.具有恒沸点的溶液在总压发生改变时，恒
沸组成也发生变化。
小结
• 单组分气液相平衡，常用饱和蒸气压表示； • 双组分气液相平衡，常用t-x-y图或x-y图表示； • 对于双组分理想物系，在一定总压下，可用纯组 分饱和蒸气压数据作t-x-y图和x-y图
蒸馏过程：气液两相间的传质过程；
过程的极限：气、液相平衡。
气液相平衡：两相或多相接触达物理平衡时， 各相组成之间的关系。

动态平衡
一、相律——气液平衡的自由度:
F C 2
C为组分数 相数
T、P
• 例：对于单组分液相 对于单组分气相 对于单组分气液相平衡 对于双组分气液相平衡 对于单组分饱和蒸气
增加，塔径不够）或减压 （热敏性物料）。
当p变化小于30%，其对的影响 可忽略不计。
x y 1 ( 1) x
说明：
或
x
y
( 1) y
—— 相平衡方程 ① α表示了物系分离的难易程度，α 远离1，物系 易分离， α≈1 或 α=1，则该物系不能用普通的蒸馏 方法分离。 ② 对于非理想物系， α不能作为常数处理。 ③ 对于理想溶液，相对挥发度α 变化不大，可取一 平均值作为常数处理，相平衡关系简单。