05章1单组分二组分气液解读课件.ppt
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- 05 组分 解读 课件
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1、水的相图是根据实验绘制的/Pap/KTABCOfqPD273.16水的相图水冰水蒸气610.62CT有三个单相区三条实线是两个单相区的交界线气、液、固单相区内=1,f=2 在线上,压力与温度只能改变一个,指定了压力,则温度由系统自定,反之亦然。=2,f=1/Pap/KTABCOfqPD273.16水的相图水冰水蒸气610.62CT 温度和压力独立地有限度地变化不会引起相的改变。/Pap/KTABCOfqPD273.16水的相图水冰水蒸气610.62CTOA是气-液两相平衡线即水的蒸气压曲线 它不能任意延长,终止于临界点A,这时气-液界面消失。临界点:647.4 K T 72.2 10 Pap
2、高于临界温度,不能用加压的方法使气体液化 临界温度时,气体与液体的密度相等,气-液界面消失。/Pap/KTABCOfqPD273.16水的相图水冰水蒸气610.62CTOB 是气-固两相平衡线 即冰的升华曲线,理论上可延长至0 K附近。OC 是液-固两相平衡线OC线不能任意延长 当C点延长至压力大于 时,相图变得复杂,有不同结构的冰生成。82 10 Pa/Pap/KTABCOfqPD273.16水冰水蒸气610.62CTEF超临界水EAF 以右超临界区 在超临界温度以上,气体不能用加压的方法液化 OA,OB,OC线的斜率都可以用Clausius-Clapeyron方程或Clapeyron方程求
3、得 三条两相平衡线的斜率均可由Clausius-Clapeyron方程或Clapeyron方程求得。OA线2mvapdlndRTHTp0mvapH斜率为正。OB线subm2dlndHpTRTsubm0H斜率为正。OC线VTHTpfusmfusdd斜率为负。fusfus0,0HV 在相同温度下,过冷水的蒸气压大于冰的蒸气压,所以OD线在OB线之上OD 是AO的延长线 是过冷水和水蒸气的介稳平衡线。过冷水处于不稳定状态,一旦有凝聚中心出现,就立即全部变成冰。/Pap/KTABCOfqPD273.16水冰水蒸气610.62CT 两相平衡线上的任何一点都可能有三种情况。如OA线上的P点:(1)f 点的
4、纯水,保持温度不变,逐步降压1f 在无限接近于P点之前,气相尚未形成,系统仍为液相。(2)当有气相出现时,气-液两相平衡2f(3)当液体全变为气体,液体消失2f/Pap/KTABCOfqPD273.16水冰水蒸气610.62CTO点 是三相点H2O的三相点温度为273.16 K,压力为610.62 Pa。气-液-固三相共存 三相点的温度和压力皆由系统自定。3,0f 1967年,CGPM决定,将热力学温度1 K定义为水的三相点温度的1/273.16/Pap/KTABCOfqPD273.16水冰水蒸气610.62CT 三相点是物质自身的特性,不能加以改变。273.15 K凝固点温度为大气压力为 时
5、101325 Pa 冰点温度比三相点温度低 是由两种因素造成的:0.01 K(1)因外压增加,使凝固点下降 ;0.00749 K(2)因水中溶有空气(饱和),使凝固点下降 0.00242 K液相固相气相T/Kp/Pa超临界 流体临界点二氧化碳相图示意图COBA在临界点之上的物态称为超临界流体 它基本上仍是气态,但密度与液体相近,有很强的溶解力;它黏度小,扩散速度快 它的介电常数大,有利于溶解极性物质 所以超临界二氧化碳流体可用于:超临界萃取超临界流体色谱超临界流体中的化学反应等二氧化碳超临界流体的萃取的优点1.流体密度大,溶解能力强2.流体黏度小,扩散快,可进入各种微孔3.毒性低,易分离4.无
6、残留,不改变萃取物的香味和口味5.操作条件温和,萃取剂可重复使用,无三废6.可用于食品、保健品和药品的萃取和提纯理想的二组分液态混合物杠杆规则蒸馏(或精馏)的基本原理非理想的二组分液态混合物部分互溶的双液系不互溶的双液系蒸气蒸馏简单的低共熔二元相图形成化合物的系统液、固相都完全互溶的固溶体固态部分互溶的二组分相图区域熔炼气-固态的平衡图水合物(固)的解离平衡 对于二组分系统,C=2,f=4-,至少为1,则 f 最多为3。保持一个变量为常量,从立体图上得到平面截面图。(1)保持温度不变,得 p-x 图 较常用(3)保持组成不变,得 T-p 图 不常用。(2)保持压力不变,得 T-x 图 常用 这
7、三个变量通常是T,p 和组成 x。所以要表示二组分系统状态图,需用三个坐标的立体图表示。两个纯液体可按任意比例互溶,每个组分都服从Raoult定律,这样的系统称为理想的液体混合物1.1 p-x 图B*BB=xppA*AA=xppBAppp 如苯和甲苯,正己烷与正庚烷等结构相似的化合物可形成这种系统。*AB1px()*BBAB(1)p xpx*ABAB()pppxBx*Bp*ApBA*BBBpp x*AAApp xABppp/Pap液相线l*ABAB()ppppx 即易挥发的组分在气相中的含量大于液相中的含量,反之亦然。*BBBBppyp x*BppBByx*ABAB*B()ppppyp*A*B
8、AB*B()1ppppypBy*Bp*ApBA/Pap气相线gBx*Bp*ApBA/Pap液相线气相线g-llg 在等温条件下,p-x-y(p-x)图分为三个区域。在液相线之上,系统压力高于任一混合物的饱和蒸气压,气相无法存在,是液相区。在气相线之下,系统压力低于任一混合物的饱和蒸气压,液相无法存在,是气相区。在液相线和气相线之间的梭形区内,是气-液两相平衡。1.2 T-x 图亦称为沸点-组成图 T-x图在讨论蒸馏时十分有用,因为蒸馏通常在等压下进行。外压为大气压力,当溶液的蒸气压等于外压时,溶液沸腾,这时的温度称为沸点。某组成的挥发性越大,蒸气压越高,其沸点越低,反之亦然。T-x图可以从实验
9、数据直接绘制。也可以从已知的p-x图求得。1x2x3x4xB()苯A()甲苯Bxpx等温图Tx等压图pp381K373K365K357K/KTB()苯A()甲苯Bx3811x2x3733x3654x357*AT*BT*AAA*BBByp xyp xgg-ll从 p-x 图绘制从 实验绘制 T-x 图*b,BT*b,ATBA/KT定压1xBxDEglg-lF1T2x混合物起始组成为x1加热到温度为T1液体开始沸腾对应气相组成为x2组成为F的气体冷到E有组成为x1的液体出现E点称为露点将泡点都连起来,就是液相组成线D点称为泡点将露点都连起来,就是气相组成线*b,BT*b,ATBA/KT定压1xBx
10、DEglg-lF1T2x0TBA/KT定压Bx3Tglg-l1T2T在T-x图上,由nA和nB混合成的物系的组成为xA 落在DE线上所有物系点的对应的液相和气相组成,都由D点和E点的组成表示。g-l*b,BT*b,ATBA/KT定压lxBxDEglF1Tgx加热到T1温度,物系点C 落在两相区C DE线称为等温连结线 液相和气相的数量借助于力学中的杠杆规则求算 以物系点为支点,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这就是杠杆规则,可用于任意两相平衡区lgn CDnCElgm CDmCE或()(l)(g)nnn总若已知()(l)(g)mmm总可计算气、液相的量 1xg-l*b
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