液体的蒸馏双组分溶液的气液相平衡.ppt
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1、第九章 液体的蒸馏,主要内容,9-1 概述 9-2 双组分溶液的气液相平衡 9-3 几种蒸馏方法的分离原理 9-4 双组分连续精馏塔的计算 9-5 板式精馏塔的设计,9-2 双组分溶液的气液相平衡,一、理想溶液 理想溶液是指液体内部同分子间的作用力与异分子间的作用力相等的溶液。 即:fAA=fBB=fAB=fBA 当互溶物质的化学结构及其性质都非常接近时,由它们构成的溶液可以近似的看作理想溶液。如苯-甲苯体系、甲醇-乙醇体系、正己烷-正庚烷体系等。,9-2-1 理想溶液与拉乌尔定律,式中:pi0操作温度下纯组分i的饱和蒸汽压,Pa; pi操作温度下组分i的平衡蒸汽分压,Pa; xi溶液中组分i
2、摩尔分率.,二、拉乌尔定律,理想溶液的气液相平衡关系,遵循拉乌尔定律:,在一定的温度下,理想溶液上方组分i的平衡蒸汽分压pi等于纯组分i的饱和蒸汽压pi0与该组分在溶液中的摩尔分率xi的乘积,即:,pi=pi0xi,即当气液两相达成相平衡时,理想溶液上方组分i的蒸汽分压pi与溶液中该组分的摩尔分率xi成正比,比例系数就是该纯组分在同一温度下的饱和蒸汽压。,T,对于双组分物系A-B:拉乌尔定律可以写为: pA=pA0xA pB= pB0xB 其中,xA+ xB1,9-2-2 挥发度与相对挥发度,一、挥发度 组分i挥发度定义:当体系达到相平衡时,i分在气相中的分压pi与其在液相中摩尔分率xi的比值
3、。,对于双组分A-B物系:,挥发度的大小表示组分由液相挥发到气相的趋势,其值越大,表示组分越易挥发。 对于理想溶液,服从拉乌尔定律:即 pA=pA0xA, pB=pB0xB , vA=pA0, vB=PB0 对于理想溶液,从其饱和蒸气压的大小就可看出其挥发度的大小。,二、相对挥发度 1、概念:两相达到相平衡时,易挥发组分的挥发度与难挥发组分的挥发度的比值,称为相对挥发度。即,(P为操作总压),对于操作压力不太高时,气相遵循道尔顿分压定律,这是以相对挥发度表示的气液平衡关系式,若已知,便可以由此式计算出一系列的气液平衡数据。,将 yB=1-yA,xB=1- xA代入上式,整理,可得:,当有多组
4、的数据时,取多组数据的算术平均值 m ; 而对于蒸馏塔,一般取塔顶及塔底温度下的挥发度的几何平均值作为 m 。,对于理想溶液:,理想溶液的相对挥发度随温度的变化不大,通常取平均值看作定值,用 m 表示,理想溶液的气液平衡线方程为:,2、 物理意义 相对挥发度 的大小,可以用来判断混合液能否用一般的蒸馏方法分离,以及分离的难易程度。 (1)若相对挥发度1,表示组分A与组分B的挥发度相同,则两者不能用一般的蒸馏方法分离,可以采取特殊蒸馏的方法进行分离。 (2)若相对挥发度1,表示组分A较组分B容易挥发,则两者能用一般的蒸馏方法分离,而且值越大,两者越易分离;,温度升高,pA0与pB0均加大,但是难
5、挥发组分的汽化热一般大于易挥发组分的,所以pB0升高幅度较大,则相对挥发度 减小; 总压升高,则相应的溶液的沸腾温度升高,那么相对挥发度 减小。 对于理想溶液,相对挥发度随温度及总压的升高而略有减小,但变化范围并不大,所以在x=01的范围内,一般取平均值m ,且看作常数。,3、影响因素:温度和压强 对于理想溶液,,9-2-3 双组分溶液的气液平衡相图,气液相平衡用相图来表示比较直观、清晰,应用于双组分蒸馏更为方便,而且影响蒸馏的因素也可以在相图中直接反映出来,所以相图在蒸馏塔的设计、计算中应用比较广泛。 蒸馏中常用的相图:恒压下的温度组成图(t-x-y图)和气液平衡组成图(y-x图)。,一、
6、理想溶液的平衡相图 (一)温度组成图(t-x-y图) 蒸馏操作通常在一定的外压下进行,溶液的平衡温度随组成而变化。溶液的平衡温度组成图(t-x-y图)是分析蒸馏原理的理论基础。 以苯-甲苯体系为例,在总压P=101.33kPa下,苯-甲苯的t-x-y图如下图所示:,理想溶液的温度组成图(t-x-y图),1、两个端点:代表纯组分 (1)A点:表示纯易挥发组分A(苯)。 其纵坐标表示组分A(苯)的沸点,横坐标表示组分A(苯)的组成为1,即为纯苯。 (2)B点:表示纯难挥发组分B(甲苯)。 其纵坐标表示组分B(甲苯)的沸点,横坐标表示组分B(甲苯)的组成为1,即为纯甲苯。,2、两条曲线,(1)上曲线
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