传质分离过程的热力学基础.ppt

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(如温度、压力)之间关系的一种图 。 包括恒压相图和恒温相图 注意点、线、面的物理意义。
在t-x-y图中,泡点曲线 与露点曲线 将相图整个区域划分为三个区域, 只有在两线之间区域才是汽、液 相共存区。即两相区内水平线与 曲线的两个交点即为互成平衡的 液相与气相组成点x-y。
非理想溶液对理想溶液产生偏差的原因是 由于组成溶液各个组分之间的作用力不同 所致。
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基础知识-活度
三、活度 活度(Activity)即“有效浓度”,或称为物质的“有效
摩尔分数”。 理论上涉及溶液平衡的计算应该都用活度而不能用浓度,
因为不是所有体系中的分子都能在碰撞后发生化学反应。 但是在溶液浓度较稀的情况下,一般可以用浓度近似代替 活度。
因子越大越易分离。
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基础知识-相图
相图 也可表示平衡关系 左图表示双组分汽液平衡时的t-
x-y关系 三角相图可表示萃取时的液液
平衡。 泡点、泡点温度、泡点线
泡点:是指液体在恒定的外压下, 加热至开始出现第一个气泡时的 温度。 露点、露点温度、露点线 露点:是指气体冷却时,开始凝 聚出第一个液滴时的温度。
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基础知识-物质组成的表示法
一、物质组成表示法 为分析和设计计算的方便,常采用不同的物质组成
表示方法,化工计算中常用的有4种: 1)质量浓度(kg/m3)和物质量的浓度(mol/m3) 2)质量分数与摩尔分数(分量/总量) 3)质量比与摩尔比(分量/参比基准量) 4)气体的总压与分压(体积分率?)
活度系数γi— 定义式:ai=γixi
理想情况下浓度xi与活度ai相等。 活度系数相当于真实混合液偏离理想情况的程度。
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基础知识-逸度
四、逸度 逸度的单位与压力单位相同,逸度的物理意义是它代表了体系在所
处的状态下,分子逃逸的趋势,。 在理想气体混合物中,每一组分的逸度等于它的分压。在真实混合物
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基础知识-试差
六、试差与迭代 迭代方法是近似求解非线性方程的方法。 如牛顿迭代法也称为牛顿-拉夫逊法(Newton-
Raphson method),迭代公式:x(k+1)=x(k)-
f(x(k))/f'(x(k) 对非线性方程f(x) = 0 :把f(x)在x点附近展开成泰 勒级数 ,取其线性部分作为f(x) = 0的近似方程 。 试差
第二章 传质分离过程 的热力学基础
山东大学 化学工程与工艺
第二章 主要内容
2.1相平衡基础 2.2汽液相平衡 2.3汽液相平衡常数的计算 2.4泡点、露点计算 2.5闪蒸计算
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2.1 相平衡基础
常见的化工单元操作如精馏、吸收、萃取等都是 有相变化的过程,在化工生产中占重要地位。
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基础知识-理想溶液
二、理想溶液与非理想溶液
理想溶液表现出特殊的物理性质。
微观上,分子结构相似,大小一样;分子间的作用力 相同;混合时没有热效应;混合时没有体积效应。
宏观上,各组分平衡分压的变化符合拉乌尔定律:
p A =p0 A xA
p B =p0 B xA
式中:pA、pB分别为A、B组分的平衡分压;
Antoine 方程: logp0 A B
实际物系复杂得多。
tC
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相平衡数据表示法
三种方法 一、相图与x-y图 二、相平衡常数 三、分离因子
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相平衡数据表示法
一、相图(Phase Diagram) 也称相平衡状态图,是用来表示相平衡系统的组成与一些参数
五、平衡关系 相平衡常数
工程计算中常用平衡常数来表示平衡关系,相平衡常数定义为:
Ki =yi /xi
分离因子
在平衡分离过程中还采用分离因子表示平衡关系, 定义为 :
αij =(yi/ yj)/(xi /xj)=Ki/Kj
分离因子在精馏中又称为相对挥发度;在液液萃取中称为选择性系数。 分离因子与1的偏离程度表示组分i、j之间分离的难易程度。分离
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2.2 汽液相平衡
相律(Phase Rule)—表示平衡物系中的 自由度数F、相数π和组分数C之间的关系
自由度F—能维持系统的原有相数而可以独立 改变的变量数。 F=C-π+2
双组分汽液平衡系统:F=2-2+2=2
相律涉及的量是指强度性质(与物质数量无 关)的量,如温度、压强、浓度等。
传质过程研究与设计的基础是相平衡、物料守恒 和传递速率。相平衡是传质分离过程的热力学基 础,在分离过程中占重要地位,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。实 际系统与平衡状态的差距是相间传质的推动力。
相平衡理论在物理化学、化工热力学课程中有详 细分析,本章仅作概念性和解决问题思路与方法 的阐述。
汽液组成x、y值,可得出一系列T-x-y 数据,即相
平衡数据。
计算方法如下:
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理想溶液液相组成与温度(泡点)关系式
pA pA0 xA fA (t)xA
pB pB0 xB fB (t)xB
pA0 xA pB0 (1 xA ) p
xA
p pB0 pA0 pB0
ຫໍສະໝຸດ Baidu
p fB (t) fA (t) fB (t)
中,逸度可视为修正非理想性的分压。
逸度系数—实际系统由于和理想气体的行为有偏差,在有关的运算中,
作为理想气体压力的校正而引进的概念,符号 f 。
当压力趋近于零,实际系统的性质趋近于理想气体,逸度等于压力, 活度系数等于1。
逸度与压力的比值称为“逸度系数”。
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基础知识- Ki 及αij
p0 A 、p0 B 分别为A、B纯组分的饱和蒸汽压;
xA、 xA分别为A、B组分的液相平衡组成。
不符合拉乌尔定律的溶液统称为非理想溶液。
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基础知识-非理想溶液
非理想溶液大致有两大类:一类对理想溶 液产生正偏差,此时活度系数大于1;另一 类对理想溶液产生负偏差,此时活度系数 小于1。
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2.2.1双组分理想物系的汽液平衡
理想物系—汽相为理想气体,符合道尔顿分压定 律;液相为理想溶液,符合拉乌尔定律。
Raoult’s Law—各组分平衡分压的变化符合符合拉乌尔 定律:
p A =p0 A xA
p B =p0 B xA
p0 与温度一一对应,取一温度值T,就有一对应的
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