第2章传质分离过程的热力学基础教学内容

KDixi(1) /xi(2)
xi(1)---Concentration of any component in extract xi(2)---Concentration of any component in raffinate
Ki 的计算：
Case 1---理想体系的吸收过程 亨利定律（Henry’s Law）
Case 2---理想体系的精馏过程 拉乌尔定律（Raoult’s Law）
Case 3---非理想体系 用气相逸度和液相活度系数来计算
分离因子 Separation Factor
平衡分离过程，常采用分离因子表示平衡关系。
For the vapor-liquid case, separation facor is
ij
yi /yj xi /xj
Ki Kj
relative volatility（相对挥发度） for Distillation
相对挥发度对温度和压力变化不敏感，常视为常数，简化计算。
For the liquid-liquid case, relative selectivity is
ij
K Di K Dj
Ki
yi xi
yi---Concentration of any component in vapor xi---Concentration of any component in liquid
For the liquid-liquid case（eg. Extraction）, the constant is referred to as the distribution coefficient （ 分 配 系 数 ） or liquid-liquid equilibrium ratio（液液平衡常数）.
i
fˆi L xi fˆi 0 L
Fugacity under standard state
通常取纯组分i的液体在系统温 度和压力下的逸度。
fˆiL ixi fˆi0L
fˆiV ˆVi yi p
Ki
yi xi
i fi0L
ˆ Vi p
应用状态方程计算汽相逸度系数，应用活度系数方程计算活度系数
。
相平衡常数计算的两种方法：
in an ideal gas mixture, the partial fugacity is equal to its partial pressure,
.
Dalton’s law pi yi p
Case 3---真实混合物
用逸度系数或活度系数计算逸度
For a real mixture, partial fugacity coefficients are defined by
2.1 相平衡基础
常见的化工单元操作，如精馏、吸收、萃取、结晶等 都是有相变化的过程，其研究和设计基础是相平衡、物料 平衡和传递速率。相平衡在传质分离过程中占有重要地位 ，实际系统与平衡状态的差距是相间传质过程的推动力。 相平衡是阐述混合物分离原理和计算传质推动力的基础数 据。
相平衡关系 相平衡常数计算
RT
fˆi fˆifˆi......
相平衡关系的表示方法：
yi 1. 相图
0
xi
2. 相平衡常数：
Equilibrium Ratio
Ki yi / xi
3. 分离因子：
Separation Factor
ij
yi xi
/ /
yj xj
Ki Kj
平衡常数 Equilibrium Ratio
For the vapor-liquid case（eg Distillation and Absorption）, the constant is referred to as the K-value （ K 值 ） or vapor-liquid equilibrium ratio（气液平衡常数）.
状态方程法
Ki
yi xi
ˆ iL ˆ Vi
活度系数法
Ki
yi xi
i fi0L
ˆ Vi p
状态方程法（PVT equation-of-state model）
逸度等于纯组分的逸度
For a pure component, the partial fugacity, fˆi , becomes the pure-component fugacity, f i .
Case 2---理想气体混合物
逸度等于组分的分压
For a pure ideal gas, fugacity is equal to the pressure, and for a component
fˆiV ˆVi yi p and fˆiL ˆiLxi p
fˆiV fˆiL
Therefore ˆV i yip ˆiLxip
,
Ki
yi xi
ˆ iL ˆ Vi
应用状态方程分别计算汽、液两相的逸度系数。
At vapor-liquid equilibrium, fˆiV fˆiL
Activity coefficient of i species in a liquid phase is defined by:
相平衡关系
什么是相平衡
？混合物所形成的若干相保持物理平衡而共存的状态。
热力学：整个物系的自由能最小 动力学：相间表观传递速率为零
相平衡条件（准则）：
各相的温度相等、压力相等，每个组分的化学位、逸度等。
TTT......
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......
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Hale Waihona Puke Baidu
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第二章 传质分离过程的热力学基础
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极限程度 ---- 热力学 分离速率 ---- 动力学
本章主要知识点
1. 相平衡常数计算：状态方程法，活度系数法 2. 泡点、露点计算
（1）泡点计算：在一定p（或T）下，已知xi，确 定Tb（或pb）和yi。 （2）露点计算 3. 等温闪蒸和绝热闪蒸计算：给定物料的量与组成 ，计算在一定p和T下闪蒸得到的汽相量与组成， 以及剩余的液相量与组成。
selectivity coefficient （选择性系数） for Extraction
选择性系数与1的偏离程度表示组分间分离的难易程度。
2.1.1 汽液平衡 Vapor-liquid equilibrium
At vapor-liquid equilibrium, fˆiV fˆiL
Case 1—纯组分