[工學(xué)]第5章_相平衡熱力學(xué)-展示頁
2025-01-28 12:01本頁面
【正文】 M ?BT MT ET逆向冷凝現(xiàn)象 汽化過程 FG GH 13 真實溶液的 5種情況 ?一般正偏差系統(tǒng)（甲醇 水系統(tǒng)） ?一般負偏差系統(tǒng)（氯仿－苯系統(tǒng)） ?最大正偏差系統(tǒng)（乙醇 苯系統(tǒng)） ?最小負偏差系統(tǒng)（氯仿 丙酮系統(tǒng) ?液相為部分互溶系統(tǒng) (氯仿 水系統(tǒng) ) 典型的汽液平衡相圖（ VLE） 14 當(dāng)恒溫時的 p~x曲線高于 LewisRandall規(guī)則的p~x直線，此系統(tǒng)為正偏差系統(tǒng)。 主要類型： Txy圖、 pxy圖、 xy圖、 pT圖等。 ?露點 (Dew point)：在一定壓力下出現(xiàn)第一個液滴時的溫度。 汽液平衡 (VLE)精餾 液液平衡 (LLE)萃取 固液平衡 (SLE)結(jié)晶 氣液平衡 (GLE)吸收 T， p， X 相平衡準則 混合物模型 T， p， Y 度性質(zhì)就被確定了下來，因此相平衡問題在數(shù)學(xué)上是 完全可解的，這也是氣液相平衡計算的主要任務(wù)，并 進而進行各相的其它熱力學(xué)性質(zhì)計算。若給定了 N個獨立變量數(shù)，則其它的 N個強 6 ?相平衡理論：達相平衡時，系統(tǒng)的溫度、壓力、各相的組成以及其它熱力學(xué)函數(shù)之間的關(guān)系與相互間的推算。該兩相平衡系統(tǒng)的強度性質(zhì)為 T、 p；氣相組成 ；液相組成 共有 2N個。 5 2） 平衡系統(tǒng)的相律 相律：描述平衡系統(tǒng)中獨立變量的數(shù)目 (自由度 )。 在熱力學(xué)上，它意味 著整個物系 Gibbs自由 能為極小的狀態(tài)，即 t 1 2d ( , , , , ) 0NG T p n n n??,4 根據(jù)平衡物系的 Gibbs自由能為最小的原則導(dǎo) 出相平衡的條件為：“各相的溫度相等，壓力相等、 各組分在各相的化學(xué)位相等”。 GibbsDuhem方程反映了混合物中各組分的偏摩 爾性質(zhì)的約束關(guān)系，它不僅在檢驗偏摩爾性質(zhì)模型 時非常有用，而且因某些偏摩爾性質(zhì)，例如 ， i?ln、 i??ln等，與混合物的相平衡緊密聯(lián)系，在相平衡數(shù)據(jù)的 檢驗和推算中也有非常重要的應(yīng)用。工程上廣泛應(yīng)用的分離技術(shù)如蒸餾、吸收、 萃取、吸附、結(jié)晶等就是以汽 液、氣 液、液 液、 氣 固、液 固相平衡等為設(shè)計依據(jù)的。0 目的和要求： 混合物相平衡理論是論述相平衡時系統(tǒng) T、 p和 各相組成以及其它熱力學(xué)函數(shù)之間的關(guān)系與相互間 的推算。 相平衡是分離技術(shù)及分離設(shè)備開發(fā)、設(shè)計的理 論基礎(chǔ)。 第 5章 相平衡熱力學(xué) 1 在對混合物相平衡進行計算時，需將混合物的相平衡準則與反映混合物特征的模型 (狀態(tài)方程+混合規(guī)則或活度系數(shù)模型 )結(jié)合起來。 相平衡熱力學(xué)性質(zhì)計算包括兩個部分： 確定平衡狀態(tài)； 計算互成平衡狀態(tài)下各個相的性質(zhì) 2 1）平衡性質(zhì)與判據(jù)，混合物的汽液相平衡及其表達 2）混合物相平衡關(guān)系 (溫度 T、壓力 p、與各相的組成 )的確定 3）汽液相平衡計算類型與方法 4）氣液平衡計算 5） GibbsDuhem方程應(yīng)用于汽液平衡數(shù)據(jù)的熱力學(xué)一致性校驗 6）液液平衡平衡計算 7）含超臨界組分的相平衡計算 8）固液平衡計算 重點內(nèi)容： 3 相平衡準則與相律 相： ?溫度：( )?壓力：( )?組成：相： ?溫度：( )?壓力：( )?組成：Tpi = 1 ,2 , ... .,NTpi = 1 ,2 , ... .,Nyixiα， β兩個相， N個組分 圖 5－ 1 兩相平衡示意圖 1）平衡準則 相平衡指的是溶液中 形成若干相，這些相 之間保持著物理平衡 而處于多相共存狀態(tài)。數(shù)學(xué)表達式為： ( 1 , 2 , , )i i iT T Tp p piN? ? ?? ? ?? ? ?? ? ?? ? ? ???? ? ???? ? ? ???? ? ? ( 1 , 2 , , )i i if f f i N? ? ?? ? ? ?或 即在一定溫度 T，壓力 p下處于平衡狀態(tài)的多相多組分系統(tǒng)中，任一組分 i在各相中的分逸度必定相等。 含有 N個組分 π 個相的 均相敞開系統(tǒng)，有 n1,n2,…, n N1和 T， p個變量，平衡時變量總數(shù)： ，其自由度為： ( 1 ) 2N? ??F（自由度）＝ N－ π ＋ 2 1 2 1, , , Ny y y ? 1 2 1, , , Nx x x ?如圖 51所示的氣相 V和液相 L兩相的 N元系，在一定 T、 p下達到氣液平衡。根據(jù)相律，對 N個組分的兩相系統(tǒng)，其自 由度為 N。 相平衡是分離技術(shù)及分離設(shè)備開發(fā)、設(shè)計的理論基礎(chǔ)。 3）相平衡類型 7 二元系的汽液相圖 0 ?泡點 (Bubble point)：在一定壓力下出現(xiàn)第一個氣泡時的溫度。 ?恒沸點 (Azeotropic point): 達到平衡時汽液兩相組成相等，即 xi=yi 與單元系統(tǒng)類似，但更為復(fù)雜。 要求：掌握相圖中點線面的意義、及其變化規(guī)律。 γi1 等溫 0 1 p1s p2s py1 px1 x1,y1 p 等壓 0 1 x1,y1 Tx1 Ty1 T 15 當(dāng)恒溫時的 p~x曲線低于 LewisRandall規(guī)則的p~x直線，此系統(tǒng)為負偏差系統(tǒng)。 T p 等溫 等壓 x1,y1 x1,y1 0 0 1 1 恒沸點 17 最小負偏差系統(tǒng) 最小壓力（最高溫度）共沸點 x1=y1, x2=y2， γi1 等溫 等壓 p T 恒沸點 x1,y1 x1,y1 0 0 1 1 液相為部分互溶系統(tǒng) 通常為汽 液 液三相平衡系統(tǒng) 18 汽液平衡的計算方法 ),2,1(?? Niff LiVi ????? V V L LVL? ?? ?? ? ( 1 , 2 )i i i i i ii i i if p y f p xy x i N??????? ? ? ? ? SLLLV S S?? e x p d 1 , 2 , ,????? ????? （ ）ii i i ipii i i i i i pf f xVp y p x p i NRT?? ? ?汽液平衡計算的準則： 2）狀態(tài)方程＋活度系數(shù)法（ EOS+ ?
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