ch6.3二组分理想液态混合物的气液平衡相图讲义课件.ppt

1、二组分二组分理想理想液态混合物液态混合物二组分二组分真实真实液态混合物液态混合物二组分液态二组分液态部分互溶部分互溶系统系统二组分液态二组分液态完全不互溶完全不互溶系统系统固态完全不互溶固态完全不互溶 液相完全互溶液相完全互溶固态部分互溶固态部分互溶 液相完全互溶液相完全互溶固态完全互溶固态完全互溶 液相完全互溶液相完全互溶实际生产中：实际生产中：6.3 二组分理想液态混合物的气二组分理想液态混合物的气- -液平衡相图液平衡相图二组分系统的相律分析二组分系统的相律分析二组分理想液态混合物的压力二组分理想液态混合物的压力组成图组成图二组分理想液态混合物的温度二组分理想液态混合物的温度组成图组成图

2、根据相律根据相律 F = C - P + 2 = 4 - PF最大最大= 3 即最多可以有三个独立变量，即最多可以有三个独立变量， 这三个变量通常是这三个变量通常是T，p 和组成和组成 xP最大最大= 4 即最多可以四相平衡共存即最多可以四相平衡共存通常研究方法通常研究方法固定一个变量，用二维坐标描述使图形简单易用。固定一个变量，用二维坐标描述使图形简单易用。( )( )T( )P( )x二组分系统的相律分析二组分系统的相律分析 两个纯液体可按任意比例互溶，每个组分都服从拉乌尔定律，两个纯液体可按任意比例互溶，每个组分都服从拉乌尔定律，这样组成了理想的完全互溶双液系，或称为理想的这样组成了理想

3、的完全互溶双液系，或称为理想的液体混合物液体混合物1. 压力压力组成组成图图 设组分设组分 A 和组分和组分 B 形成理想液态混合物。在一定温度形成理想液态混合物。在一定温度 T 下气下气液两相平衡时，根据拉乌尔定律液两相平衡时，根据拉乌尔定律)(1BAAAAxpxppBBBxppBABABBBABA)()(1xpppxpxpppp)(1BAAxpp*Ap*BpABBBBxpp/PapBxBAppp常数常数T(1) p-x图图T=常数，且系统达到气液平衡时，自由度数常数，且系统达到气液平衡时，自由度数F= 1，表明压力和组成中只有一个为变量，若选液相组成表明压力和组成中只有一个为变量，若选液相

4、组成xB为独立变量为独立变量，即，即 p = f(xB)，且且yB = f(xB)理想液态混合物的蒸气总理想液态混合物的蒸气总压总是介于两纯液体的饱和压总是介于两纯液体的饱和蒸气压之间，即蒸气压之间，即BApppp - x 线表示线表示系统压力系统压力( (即蒸即蒸气总压气总压) )与其液态组成之间的与其液态组成之间的关系关系，称为称为液相线液相线。由右图可知由右图可知: :)(1BAAxpp*Ap*BpABBBBxpp/PapBxBAppp常常数数T(2) p-x-y图图 这是这是 p-x 图的一种，把液相组成图的一种，把液相组成 x 和气相组成和气相组成 y 画在同一张图画在同一张图上。已

5、已知知 ， ， 或或 ，就可把各液相组成对应的气相组，就可把各液相组成对应的气相组成求出，画在成求出，画在 p-x 图上就得图上就得 p-x-y 图。图。*Ap*BpAxBxAyBy 和和 的求法如下：的求法如下：;PxPPPyBBBBBAyy1ABABPxPPP)(pxpy*/BBB*pppBA1 1,ABpppp */AABB ,xyxy 这说明，饱和蒸气压不同的两种液体形成理想液这说明，饱和蒸气压不同的两种液体形成理想液态混合物态混合物, , 成气液平衡时，两相的组成并不相成气液平衡时，两相的组成并不相同，同，易挥发组分在气相中的相对含量大于它在液易挥发组分在气相中的相对含量大于它在液相

6、中的含量。相中的含量。-柯诺瓦洛夫柯诺瓦洛夫- -吉布斯规则吉布斯规则0 A1 BApBpabL1G1L2G2L3G3xLxMxGlgt=const. l+gMxBp C6H5CH3(A) - C6H6(B)两条线两条线：左上方左上方直线直线为液相为液相线，右下方的线，右下方的曲线曲线为气相线。为气相线。(2) 三个区域：三个区域：(3) p-x-y图分析图分析液相线之上液相线之上 液相区液相区 F=2 (p,x)液相线和气相线之间液相线和气相线之间梭形区梭形区 是是气气-液两相平衡，液两相平衡， F = 1。x=f(p), y=f(p)气相线之下气相线之下 气相区气相区 F = 2(p,x)

7、问题问题 有有F = 0的点么？的点么？端点端点 纯物纯物 F = 0 (4)几点说明几点说明相点与系统点相点与系统点相点相点：表示某一相组成的点，：表示某一相组成的点， 可以随可以随 T、p 变变。系统点系统点:表示系统总组成的表示系统总组成的 点，不随点，不随 T、p 变。变。单相区单相区：相点与系统点重合；：相点与系统点重合；两相共存区两相共存区：相点与系统点不同。：相点与系统点不同。0 A1 BApBpabL1G1L2G2L3G3xLxMxGlgt=const. l+gMxBp C6H5CH3(A) - C6H6(B)1) 当压力缓慢降低时，系统点当压力缓慢降低时，系统点沿恒组成线垂直

8、向下移动沿恒组成线垂直向下移动。在在到达到达L1 前前, ,一直是一直是单一的液相。单一的液相。0 A 1 BApBpabL1G1L2G2L3G3xLxMxGlgt =const.l+gMxBp C6H5CH3(A) - C6H6(B)相图的应用相图的应用系统在恒温降压从系统在恒温降压从a到到b过程中过程中的相变化情况。的相变化情况。若在一个带活塞的导热气缸中若在一个带活塞的导热气缸中, 总组成为总组成为xM 的的 A，B二组分系统二组分系统，将气缸置于将气缸置于100恒温槽中。起始恒温槽中。起始系统压力系统压力pa，系统的状态点系统的状态点a 点。点。2) 到达到达L1后，液相开始蒸发，后，

9、液相开始蒸发，最初形成的蒸气相的状态为最初形成的蒸气相的状态为G1所示，系统进入所示，系统进入气气- -液平衡两相区。液平衡两相区。压力继续降低，系统点到达压力继续降低，系统点到达G3时，时，液相全部蒸发为蒸气，最后消失液相全部蒸发为蒸气，最后消失的一滴液相的状态点为的一滴液相的状态点为 L3 。 0 A 1 BApBpabL1G1L2G2L3G3xLxMxGlgt=const.l+gMxBp C6H5CH3(A) - C6H6(B)当系统点为当系统点为M点时，两相平衡点时，两相平衡的液相点为的液相点为L2，气相点为气相点为G2，这两点均为这两点均为相点相点。两个平衡相点的连接线称为两个平衡相

10、点的连接线称为结线结线。3) 此后系统进入气相区此后系统进入气相区G3至至b为为气相减压过程。气相减压过程。总结：总结：当系统点由当系统点由L1变化到变化到G3的的整个过程中整个过程中a. 系统内部始终是气液两相共存系统内部始终是气液两相共存; b. 平衡两相的组成和两相的相对平衡两相的组成和两相的相对数量均随压力而改变。数量均随压力而改变。“杠杆规则杠杆规则”强调一点：在结线上不同的任意两个物系点强调一点：在结线上不同的任意两个物系点1) 1) 两个物系总组成不同；两个物系总组成不同；2) 2) 两个物系，气液两相的相对数量不同；两个物系，气液两相的相对数量不同；3) 3) 但两个物系，平衡

11、压力，两相组成均相同。但两个物系，平衡压力，两相组成均相同。2. 温度温度- -组成图组成图 亦为亦为沸点沸点- -组成组成图图, ,恒定压力下表示二组分系统气恒定压力下表示二组分系统气- -液平衡时的温度与组成关系的相图，叫做温度液平衡时的温度与组成关系的相图，叫做温度- -组成组成图。图。 外压为大气压力，外压为大气压力，当溶液的蒸气压等于外压时，当溶液的蒸气压等于外压时，溶液沸腾溶液沸腾，这时的温度称为，这时的温度称为沸点沸点。T-x图在讨论蒸馏时十分有用，因为蒸馏通常在等图在讨论蒸馏时十分有用，因为蒸馏通常在等压下进行。压下进行。 某组成的蒸气压越高，其沸点越低，反之亦然某组成的蒸气压

12、越高，其沸点越低，反之亦然。(1)T-x图可通过计算获得图可通过计算获得ap=const.tglbL1G1L2G2t1t2tAtBl+gBAxBBBBA)()(xtpxtp*1 (325.101kPaBABA)(-)()(xtptptp*()()(BAtptpt*和和 温度下的温度下的若已知若已知),ByBxt,求得(求得()()()(ABABtptptp101.325kPax*101.325kPatpy*BBB)( xppB以此类推可获得不同温度下的气液相组成，进而画出以此类推可获得不同温度下的气液相组成，进而画出气相点和液相点气相点和液相点ap=const.tglbL1G1L2G2t1t2

13、tAtBl+gBAx1x2(2)T-x图分析图分析 在在T-x图上，气图上，气相线在上，液相线在相线在上，液相线在下，下，上面是气相区上面是气相区，下面是液相区下面是液相区，梭形梭形区是气区是气- -液两相区。液两相区。两条线两条线 F=1两端点两端点 F=0三个区域三个区域单相区单相区 F=2 ；气气- -液平衡区液平衡区 F=1。露点线露点线（气相线）（气相线）泡点线泡点线（液相线）（液相线）混合物的起始组成为混合物的起始组成为x1，状态状态a， 恒压加热到温度为恒压加热到温度为L1 液相开始起泡沸腾液相开始起泡沸腾 t1称为该液相的称为该液相的泡点泡点液相线液相线表示了液相组成与泡点关系

14、表示了液相组成与泡点关系若将状态为若将状态为 b 的的蒸气的的蒸气 恒压降温至恒压降温至G2 气相开始凝结出露珠似的液滴气相开始凝结出露珠似的液滴 t2称为该气相的称为该气相的露点露点气相线气相线表示了气相组成与露点的关系表示了气相组成与露点的关系 气相线气相线又称为又称为露点线露点线露点线露点线（气相线）（气相线）泡点线泡点线（液相线）（液相线）ap=const.tglbL1G1L2G2t1t2tAtBl+gBAx1x23. 杠杆规则杠杆规则在在T-x图上，由图上，由nA和和nB组成组成的混合物组成为的混合物组成为xB 加热到加热到T1温度，系统点温度，系统点C 落落在两相区，在两相区，系统

15、点系统点C代表了体系代表了体系总的组成和温度。总的组成和温度。/KT定压定压1xDEglg-l1T2xABBx*AT*BTBxC 两个平衡相点的连接线称为两个平衡相点的连接线称为结结线线 DE线线为为等温连结线等温连结线 落在落在DE线上所有系统点的对线上所有系统点的对应的液相和气相组成，都由应的液相和气相组成，都由D点和点和E点的组成表示。但气相和液相的点的组成表示。但气相和液相的相对量不同。相对量不同。/KT定压定压1xDEglg-l1T2xABBx*AT*BTBxC液相和气相的数量借助于力学中的杠杆规则求算液相和气相的数量借助于力学中的杠杆规则求算 以系统点为支点，支点两边连结线的长度为

16、力矩，计算以系统点为支点，支点两边连结线的长度为力矩，计算液相和气相的物质的量或质量液相和气相的物质的量或质量这就是杠杆规则，可用于这就是杠杆规则，可用于任意两相平衡区任意两相平衡区CEnCDnglCEmCDm gl或或若已知若已知 (g)(l)(nnn总总(g)(l)(mmm 总总或或可计算气、液相的量可计算气、液相的量 P294 6.2, 6.4 强调一点：在结线上不同的任意两个物系点强调一点：在结线上不同的任意两个物系点1) 1) 两个物系总组成不同；两个物系总组成不同；2) 2) 两个物系，气液两相的相对数量不同；两个物系，气液两相的相对数量不同；3) 3) 但两个物系，平衡压力，两相组成均相同。但两个物系，平衡压力，两相组成均相同。P294 6.2, 6.4