第八章-气液相平衡课件.ppt
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- 第八 相平衡 课件
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1、最新课件14学时学时1、掌握相平衡的判据,了解相平衡处理方法;、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;、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、掌握简单相平衡计算方法8.1 相平衡的判据和处理方法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二元系组分活度系数与组成间的关系8.3 汽液平衡汽液平衡8.4由汽液相平衡数据计算活度系数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汽液相平衡数据热力学一致性检验最新课件21、相平衡的有关概念、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
2、,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。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。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 再随时间而变化再随时间而变化相平衡(相间的平衡),此时相平衡(相间的平衡),此时 各相间某些性质如密度、粘度、焓、熵等相差很大,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
3、等的。而有些性质如温度、压力却是相等的。最新课件32、研究相平衡的意义、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)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)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据和相平衡热力学模型最新课件41、普适判据、普适判据熵判据熵判据 依据:依据:熵增原理熵增原理dS孤孤 0,即熵增大到最大值时,即熵增大到最大值时,体系达平衡。体系达平衡。dS孤孤=0 特点:特点:需要同时考虑体系和环境的变化,应用不太方便。需要同时考虑体系和环境的变化,应用不太方便
4、。2、自由焓判据、自由焓判据 依据:依据:恒温恒压下,只做体积功的封闭体系的一切自发恒温恒压下,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,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。即体系自由焓最小。即 体系达平衡:体系达平衡:dG(T,P)=0 特点:特点:T,P易测易控,应用广泛。易测易控,应用广泛。8.1.1 相平衡判据相平衡判据最新课件58.1.1 相平衡判据相平衡判据3、化学位判据、化学位判据 对于多组分两相平衡的封闭体系(对于多组分两相平衡的封闭体系(相、相、相),每一相),每一相都可视为一个敞开体系,两相之间有物质交换,对于单相都可视
5、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:相敞开体系,根据变组成体系热力学基本关系式有:()()()()()()iiiid nGnSdTnVdPdnd nGnSdTnVdPdn 当当T,P一定时,封闭体系的自由焓为两相之和:一定时,封闭体系的自由焓为两相之和:()()dnGd nGd nG ,()0T PdnG 自由焓判据自由焓判据()()0d nGd nG 最新课件68.1.1 相平衡判据相平衡判据0iiiidndn iidndn ()0iiidn 0idn ii 同理,对于多相(同理,对于多相(相)多组分(相)多组分(N组分)体系的相平组分)体
6、系的相平衡判据为:衡判据为:.(1,2.)iiiiN 最新课件78.1.1 相平衡判据相平衡判据4、逸度判据、逸度判据 lniiiddGRTdf 恒温恒温00lniiiifRTf 积分:积分:00lnaiiiifRTf 00lniiiifRTf ii 对每个相中组分化学位有:对每个相中组分化学位有:根据化学位判据根据化学位判据.(1,2.)iiifffiN 即达到平衡状态时,多即达到平衡状态时,多相平衡体系中,每个组分相平衡体系中,每个组分在各相中的逸度必相等。在各相中的逸度必相等。最新课件88.1.1 相平衡判据相平衡判据1、汽液平衡的处理方法、汽液平衡的处理方法 (1)VLiiff VVi
7、iifPy 0Liiiifx f 0ViiiiiPyx f 气液平衡气液平衡低压、加压情况低压、加压情况(2)VViiifPy LLiiifPx LViiiiPxPy 最新课件98.1.1 相平衡判据相平衡判据LiiViiyKx 汽液平衡汽液平衡适用于高压或常压情况适用于高压或常压情况(3)()()iiiixx 液液平衡液液平衡2、汽液平衡四种情形(见表、汽液平衡四种情形(见表7-1)最新课件108.1.1 相平衡判据相平衡判据情形情形汽相汽相液相液相举例举例适用范围适用范围1理想气体混合物理想气体混合物道尔顿分压定律道尔顿分压定律理想溶液理想溶液拉乌尔定律拉乌尔定律同分异构体或同同分异构体或
8、同系物构成的体系系物构成的体系压力小于压力小于0.2MPa2非理想气体混合非理想气体混合物但属理想溶液物但属理想溶液理想溶液理想溶液LewisRandall规则规则烃类混合物烃类混合物压力小于压力小于1.5MPa3理想气体理想气体混合物混合物非理想溶液非理想溶液大部分体系大部分体系低压低压4非理想溶液非理想溶液非理想溶液非理想溶液含超临界含超临界组分体系组分体系高压高压表表8-1 汽液平衡情形汽液平衡情形最新课件118.1.2 状态方程法状态方程法LiiViiyKx LViiiiPxPy VLiiff LLiiifPx 01ln()PiiRTVdPRTP 01ln()PVViiRTVdPRTP
9、 01ln()PLLiiRTVdPRTP 特点:利用状态方程计算逸度特点:利用状态方程计算逸度或逸度系数,这就要求选用一或逸度系数,这就要求选用一种状态方程既可用于汽相又适种状态方程既可用于汽相又适用于液相,计算结果的可靠性用于液相,计算结果的可靠性取决于状态方程的可靠性,通取决于状态方程的可靠性,通常用于高压条件。计算过程比常用于高压条件。计算过程比较麻烦。较麻烦。VViiifPy 最新课件128.1.2 活度系数法活度系数法VLiiff VViiifPy 0Liiiifx f 状态方程状态方程活度系数模型活度系数模型活度系数法活度系数法0iiiViiyfKxP i 液相活度系数液相活度系数
10、Vi 汽相逸度系数汽相逸度系数0ifLR标准态,即与体系温度和压力相同的纯液体作为标准态。标准态,即与体系温度和压力相同的纯液体作为标准态。最新课件138.1.2 活度系数法活度系数法0expSiLPLssiiiiiPVffPdPRT 0(,1)()expiLSssiiiT P xiiVPPfPRT 特点:适用低压和中压特点:适用低压和中压 下汽液相平衡计算。下汽液相平衡计算。两种方法比较见表两种方法比较见表8-2最新课件148.1.2 活度系数法活度系数法方方法法优点优点缺点缺点状状态态方方程程法法1、不需要标准态。、不需要标准态。2、不需要相平衡数据,只需要、不需要相平衡数据,只需要 P、
11、T、V、N数据。数据。3、容易采用对应状态理论。、容易采用对应状态理论。4、可以用在临界区。、可以用在临界区。1、没有一个状态方程能完全适用于、没有一个状态方程能完全适用于 所所 有的流体密度区间。有的流体密度区间。2、受混合规则影响很大。、受混合规则影响很大。3、对于含极性物质,大分子化合物、对于含极性物质,大分子化合物 和电解质的体系难于应用。和电解质的体系难于应用。活活度度系系数数法法1、简单的液体混合物模型已能满、简单的液体混合物模型已能满 足要求。足要求。2、温度的影响主要反映在标准态、温度的影响主要反映在标准态 逸度上,而不是活度系数上。逸度上,而不是活度系数上。3、对于许多类型的
12、混合物,包括、对于许多类型的混合物,包括 聚聚 合物、电解质的体系都能应用。合物、电解质的体系都能应用。1、需要用其他方法计算偏摩尔体积。、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、对含有超临界组分的体系应用 不便。不便。3、在临界区难以应用。、在临界区难以应用。最新课件158.2.1 非理想溶液的过量自由焓非理想溶液的过量自由焓EEidGGGG lniiGRTxa lnidiiGRTxx lnlnEiiiiGRTxaRTxx lnlniiiiiaRTxRTxx lnEiiGxRT ,/lnjEiiT P nnGRTn 最新课件168.2.1 非理想溶液的过量自由焓非理想溶
13、液的过量自由焓122,/ln/EET PGRTGRTxx 211,/ln/EET PGRTGRTxx 最新课件178.2.2 伍尔(伍尔(Wohl)型方程型方程伍尔(伍尔(Wohl)型方程建立在正规溶液的基础上。型方程建立在正规溶液的基础上。正规溶液:正规溶液:0,0,EEEESHHG 造成溶液非理想性的原因:不同组分具有不同的化学造成溶液非理想性的原因:不同组分具有不同的化学结构、不同的分子大小,分子间的相互作用不相等,以及结构、不同的分子大小,分子间的相互作用不相等,以及分子的极性具有差异等。分子的极性具有差异等。将将EEHG和和 表示为有效体积分数的函数,并展开成以表示为有效体积分数的函
14、数,并展开成以下形式(经验式):下形式(经验式):2.303EijijijkijkijijkiiGZ Z aZ Z Z aRTq x 最新课件188.2.2 伍尔(伍尔(Wohl)型方程型方程说明:说明:(1)Zi:混合物中组分混合物中组分i的有效体积分数的有效体积分数iiiiiq xZq x 1iZ iixq混合物中组分混合物中组分i的摩尔分数的摩尔分数混合物中组分混合物中组分i的有效分子体积的有效分子体积(2),ijijkaa不同组分分子间的相互作用力不同组分分子间的相互作用力000ijjiiiijjiiiijkikjjikjkikijkjiaaaaaaaaaaa 最新课件198.2.2
15、伍尔(伍尔(Wohl)型方程型方程(3)多阶伍尔方程,阶数越高,越能代表真实气体)多阶伍尔方程,阶数越高,越能代表真实气体的性质,但相应的参数就越多,需要的数据也就越多,的性质,但相应的参数就越多,需要的数据也就越多,计算就更繁琐。以二元体系为例,只考虑双分子和三分计算就更繁琐。以二元体系为例,只考虑双分子和三分子相互作用:子相互作用:1212212111211211221211211221222112112122122212212.303()EGZ Z aZ Z aZ Z Z aRT q xq xZ Z Z aZ Z Z aZ Z Z aZ Z Z aZ Z Z a 221212121121
16、212211222332.303()EGZ Z aZZ aZ Z aRT q xq x 最新课件208.2.2 伍尔(伍尔(Wohl)型方程型方程由由Z1+Z2=111222212121212112121222.303()2()33EGRT q xq xZ ZZZaZ Z aZ Z a 2212121121212122(23)(23)Z ZaaZ Zaa 22112212121121212122()(23)(23)2.303EGq xq xZ ZaaZ ZaaRT 21212111211221121221(23)(23)2.303EqGxxZ ZZ qaaZ qaaRTq 最新课件218.2.
17、2 伍尔(伍尔(Wohl)型方程型方程/112122/212112(23)(23)AqaaBqaa 令:令:/21121212122.303EqqGxxZ ZZ BZ ARTqq 2/11212lg2qZAZBAq 2/22121lg2qZBZABq 最新课件228.2.2 伍尔(伍尔(Wohl)型方程型方程/2.3032.303AA RTBRTB 令:令:设:分子体积相差很大即:设:分子体积相差很大即:/1/2qAqB/12/1/2lg1AxABx /22/2/1lg1BxBAx 2112ln1xARTABx 2221ln1xBRTBAx 范拉尔方程范拉尔方程Van Laar方程方程(4)范
18、拉尔方程)范拉尔方程Van Laar方程方程最新课件238.2.2 伍尔(伍尔(Wohl)型方程型方程/110,lgxA /220,lgxB 已知任何一点的活度系数,可以计算方程参数:已知任何一点的活度系数,可以计算方程参数:222111lnln1lnxAx 211122lnln1lnxBx 最新课件24(5)马格勒斯方程)马格勒斯方程(Margules)8.2.2 伍尔(伍尔(Wohl)型方程型方程设:分子体积相差很小,即:设:分子体积相差很小,即:121qq 2/121lg2xAxBA 2/212lg2xBxAB /2.3032.303AA RTBRTB 令:令:最新课件258.2.2 伍
19、尔(伍尔(Wohl)型方程型方程 2121ln2RTxAxBA 2212ln2RTxBxAB /110,lnAxART /220,lnBxBRT 已知任何一点的活度系数,可以计算方程参数:已知任何一点的活度系数,可以计算方程参数:/21212212lnlnxxAxx /12122122lnlnxxBxx 最新课件268.2.2 伍尔(伍尔(Wohl)型方程型方程(6)伍尔()伍尔(Wohl)型方程特点:型方程特点:优点:计算比较简单优点:计算比较简单缺点:不能用二元系数据直接推算多元系的汽液平衡,必须缺点:不能用二元系数据直接推算多元系的汽液平衡,必须 采用多元系参数;对含强极性组分或非理想性
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