双液系相图课件.ppt

第三节第三节 二组分气液二组分气液平衡体系平衡体系两组分体系的相律可表达为两组分体系的相律可表达为: K=2; =2 f=4 f=0, max=4, 最多四相共存最多四相共存. 1, fmax=3, 需三维图象才能完整描绘体系状态需三维图象才能完整描绘体系状态.二二元元体体系系的的相相图图常常常常固固定定某某因因素素不不变变(如如温温度度或或压压力力),用二维平面相图表示体系状态的变化情况用二维平面相图表示体系状态的变化情况.二元体系的相图常为二元体系的相图常为: Tx图；图；px图图.第三节第三节 二组分气液平衡体系二组分气液平衡体系一一. . 完全互溶理想溶液的完全互溶理想溶液的p-xp-x图图（一）液相线的绘制px图：图： pA= pA* xA pB= pB* xB= pB* (1xA) p = pA+ pB = pA* xA + pB* (1xA)体系的总压为：体系的总压为： p = pB*+(pA*pB*)xA（二）气相组成与液相组成的关系 由于A、B二组分蒸汽压不同，故与溶液平衡的气相组成和液相组成并不相同，有：若 则即蒸汽压较大的组分在气相中浓度大于在液相中的浓度A+B, 溶液溶液, T A+B, 溶液溶液, T A+B, 溶液溶液, T A+B, 溶液溶液, T 开始出现气相开始出现气相,体系达气液两相体系达气液两相平衡平衡. A+B, 溶液溶液, T A+B, 气相气相, T A+B, 溶液溶液, T A+B, 气相气相, T A+B, 溶液溶液, T A+B, 气相气相, T A+B, 气气相相, T 定温下，将组成为定温下，将组成为xA,xB的的A,B理想溶理想溶液置于一带活塞的气缸中液置于一带活塞的气缸中, 施加足够施加足够大的压力大的压力,使体系呈溶液单相状态使体系呈溶液单相状态.逐步降低环境压力逐步降低环境压力,当当 压力降到等于压力降到等于此溶液的饱和蒸汽压时此溶液的饱和蒸汽压时,开始出现气相开始出现气相.当体系压力降到某一定值时当体系压力降到某一定值时,体系主体系主要以气相形式存在要以气相形式存在,液相几乎消失液相几乎消失,但但仍然保持两相仍然保持两相 平衡平衡. 若进一步降低体系的压力若进一步降低体系的压力,体系中的体系中的液相将完全消失液相将完全消失,体系为气态单相体系为气态单相.（三）双液系的（三）双液系的p-x相图的绘制相图的绘制XB 0ppA*pB* DF CXB DF C XBDF C XBC DF XBC DF XB（三）理想溶液的（三）理想溶液的p-x相图相图C点点: 组成组成xB, 单相溶液单相溶液.D点点:开始出现气相开始出现气相, 液液相与总组成仍相同相与总组成仍相同. F点点:液相量无穷小液相量无穷小, 仍仍维持两相平衡维持两相平衡. 重复上述过程重复上述过程,得到一得到一系列相点系列相点D 和和F .纯纯A和纯和纯B的相点的相点. 液相线液相线:D,D,D, 气相线气相线:F,F,F , 即为双液系的即为双液系的p-x图图 xB0p单相区单相区,液相液相f=2单相区单相区,气相气相f=2 l+g , f=1pA* pB*气相线气相线液相线液相线axBDCExxFIxxN M(三三)理想溶液的理想溶液的p-x相图相图 组成为组成为xa的体系点的体系点a位于位于单相区单相区, 为液相溶液为液相溶液. N点：开始出现气相点：开始出现气相,气气相点为相点为M,达两相平衡达两相平衡. D点点: 气相组成为气相组成为x,液液相组成为相组成为x. F点点:体系几乎全以气态体系几乎全以气态存在存在,残余微少液相残余微少液相.气气相组成与体系总组成相相组成与体系总组成相同同, 液相组成为液相组成为x.在两相区在两相区, 液相组成沿液相组成沿NI移动移动;气相组成沿气相组成沿MF移动移动. pA* pB*xB0pl+g,GL HxBxBlxBg （四）杠杆规则（四）杠杆规则(lever rule):H:体系点体系点,组成为组成为xBL: 液相点液相点G: 气相点气相点B的总量的总量: nB=nxB n=nl+ng nB= nlxB+ngxB (1)又又: nB=nBl +nBg nB=nlxBl+ngxBg (2)pA* pB*xB0pl+g,GL HxBxBlxBg 杠杆规则杠杆规则 (lever rule):(1)式与式与(2)式相等式相等: nlxB+ngxB = nlxBl + ngxBg nl( xBxBl) = ng( xBgxB) (3)pA* pB*xB0pl+g,GL HxBxBlxBg 杠杆规则杠杆规则 (lever rule):从相图可以求出从相图可以求出: ( xBxBl)=HL ( xBgxB)=HG有有: nlHL=ngHGHL和和HG分别为体系分别为体系点点H到液相线和气相到液相线和气相线的距离线的距离. 此规则与物此规则与物理学中的杠杆定律相理学中的杠杆定律相似似,故称为故称为杠杆规则杠杆规则.xBT气相气相, f=2液相液相, f=2 HpxBTA* TB* LGxBg xBl l+g, f=1理想溶液的理想溶液的T-x相图相图 体系点为体系点为H点点, 落在两相区内落在两相区内,体系两相共存体系两相共存.L: 液相点液相点, A的浓度为的浓度为xAl.G: 气相点气相点, A的浓度为的浓度为xAg.液相线液相线气相线气相线nlHL=ngHG杠杆规则杠杆规则单相区单相区,液相液相单相区单相区,气相气相 l+g气相气相, f=2液相液相, f=2 l+g, f=1理想溶液的理想溶液的T-x相图相图 理想溶液的理想溶液的p-x相图相图 L GHxBxBgxBlGL HxBxBgxBlxBTxB0ppA* pB*TA* TB* 精馏塔示意图精馏塔示意图原料进口原料进口电加热器电加热器低沸点产品低沸点产品高沸点产品高沸点产品 精精 馏馏 原原 理理B的沸点低的沸点低,挥发性较强挥发性较强, B在在气相中的浓度较液相高气相中的浓度较液相高,将组将组成为成为y1的气相收集起来的气相收集起来,并将并将其冷却至温度其冷却至温度T1,其中将有部其中将有部分冷凝为液体分冷凝为液体,液相的组成为液相的组成为x2, 与之达平衡的气相组成为与之达平衡的气相组成为y2,由相图可见由相图可见y2y1.重复以上重复以上过程，气相中过程，气相中B的浓度愈来愈的浓度愈来愈高，最后可以获得纯的高，最后可以获得纯的B。

而由液相可以获得纯的而由液相可以获得纯的AABT气相气相液相液相 xB y1 x2 x3 y2 y3 精精 馏馏 原原 理理xOT5x5 y5 T4 x4 y4 T2 T1T3 y3 x3 y2 x2 y1 x1 T5 y6 x6 T6T7y7 x7 y8 x8 ABT气相气相液相液相 实实际际的的工工业业精精馏馏工工 段段,为为连连续续操操作作,各各层层的的操操作作温温 度度 相相 对对 稳稳 定定,溶溶液液的的组组成成也也稳稳定定,在在精精馏馏塔塔的的低低温温段段一一般般可可以以获获 得得 纯纯 净净 的的B, 在在高高温温段段, 可可获获得得 纯纯 净净 的的A. 完全互溶双液系的完全互溶双液系的p-x图图 (产生正负偏差不大的体系产生正负偏差不大的体系)虚线虚线:理想溶液理想溶液红色红色: A的蒸汽压曲线的蒸汽压曲线;蓝色蓝色: B的蒸汽压曲线的蒸汽压曲线;紫色紫色: 实际溶液的总压实际溶液的总压此类非理想溶液相图与此类非理想溶液相图与理想溶液的相图有偏差理想溶液的相图有偏差.但其偏离的程度不至于但其偏离的程度不至于使体系的相图发生明显使体系的相图发生明显的变化的变化.pABpA pB ppA*pB* pB DCBApA ppmaxGx当当实实际际溶溶液液的的行行为为偏偏离离理理想想溶溶液液较较大大(如如正正偏偏差差)时时,其其p-x图图中中会会出出现现总总压压的的极极大大值值,如如图图中中G点所示点所示.图图中中,B的的挥挥发发性性较较大大,但但G点点的的压压力力比比纯纯B的的蒸蒸汽汽压压更更大大.这这是是因因为为A,B均均对对拉拉乌乌尔尔定定律律有有较较大大正正偏差的缘故偏差的缘故. 完全互溶双液系的完全互溶双液系的p-x图图 (产生正负偏差较大的体系产生正负偏差较大的体系)有较大正偏差的实际溶液有较大正偏差的实际溶液p-x图图DCBAppmaxGx若双液系压力有极大值若双液系压力有极大值, ,液相线有极点液相线有极点G, G, 气相线的形状气相线的形状若如图中蓝线若如图中蓝线, ,则则G G点无对应的气相点的现象点无对应的气相点的现象. .实际相图如右图所示实际相图如右图所示. .液相线与气相线将交会于液相线与气相线将交会于G G点点, ,体体系在系在G G点达气点达气- -液两相平衡液两相平衡, ,两相组成相同两相组成相同. .DCBAppmaxGxABpB*EpA* ppmaxxTB*A BETA*TxTminTmin:最低恒沸点最低恒沸点有较大正偏差的溶液有较大正偏差的溶液p-x图、图、 T-x图图 有最高恒沸物生成的双液系相图有最高恒沸物生成的双液系相图ABDEC ppminxDA BECTTmax xTmax:最高恒沸点最高恒沸点 有恒沸物双液系的精馏有恒沸物双液系的精馏C液相液相,f=2 DABT气相气相,f=2气气-液平衡液平衡,f=1 E: 最低恒沸点最低恒沸点组成组成:xE, 沸点沸点: Tmin. 体系组成为体系组成为x, 精馏精馏,低沸低沸点端得到恒沸物点端得到恒沸物G,高沸点高沸点端得到纯端得到纯A.有恒沸物生成的双液系有恒沸物生成的双液系, 精馏不可能同时得到纯精馏不可能同时得到纯A和纯和纯B,只能得到恒沸物和只能得到恒沸物和某一个纯组分某一个纯组分.恒沸物仍是混合物恒沸物仍是混合物,其组成其组成随着体系压力的改变而有随着体系压力的改变而有所改变所改变.ETmix xEx五五. . 完全不互溶的双液系完全不互溶的双液系: :严严格格地地讲讲,不不存存在在完完全全不不互互溶溶的的双双液液系系,但但有有些些物物质质的的极极性性相相差差很很大大,相相互互间间的的溶溶解解度度小小到到可可以以忽忽略略不不计计的的程程度度,此此类类体体系系可可以以近似看作完全不互溶体系近似看作完全不互溶体系.极极性性大大的的物物质质和和非非极极性性的的有有机机化化合合物物常常常常组组成成不不互互溶溶体体系系,如如:水水-苯苯,水水-CCl4等等.另外水另外水-汞汞,水水-油之间也形成完全不互溶体系油之间也形成完全不互溶体系.设一完全不互溶双液系由设一完全不互溶双液系由A,B组成组成.体系的总压为体系的总压为: p总总=pA+pB pA=pA*xApA* xA1 pB=pB*xBpB* xB1 p总总=pA*+pA* (7)完全不互溶双液系的总压等于两纯组分饱和蒸汽压之和完全不互溶双液系的总压等于两纯组分饱和蒸汽压之和. 体系的总压必大于任一组分的分压体系的总压必大于任一组分的分压; ; 体系的沸点必低于任一组分的沸点体系的沸点必低于任一组分的沸点. .完全不互溶双液系相图完全不互溶双液系相图 0 xA 1 TTTB* TA* 0 xA 1 ppB*pA* p总总完完全全不不互互溶溶双双液液系系的的p-x图表明图表明:体体系系的的总总压压比比任任一一纯纯组组分分的的饱饱和和蒸蒸汽汽压压大大,在在全全部部浓浓度度范范围围内内,的的等等温温条条件件下下,体体系系的的总总压压维维持持不不变变,等等于于纯纯A和和纯纯B的的饱饱和和蒸蒸汽压之和汽压之和. 完完全全不不互互溶溶双双液液系系的的T-x图表明图表明:溶溶液液的的沸沸点点比比任任一一纯纯组组分分的的沸沸点点均均低低. 因因为为不不互互溶溶双双液液系系的的总总压压较较任任一一纯纯组组分分的的饱饱和和蒸蒸汽汽压压大大,溶溶液液的的沸沸点点较较纯纯组组分分的的沸点低是必然的沸点低是必然的. 水蒸气蒸馏水蒸气蒸馏某某些些有有机机化化合合物物高高温温下下不不稳稳定定, ,本本身身的的蒸蒸汽汽压压很很低低, ,若。