氣液相平衡-課件

第八章流體相平衡課時：4學時要求：1、掌握相平衡的判據(jù)，了解相平衡處理方法；2、二元系組分活度系數(shù)與組成間的關(guān)系；3、掌握簡單相平衡計算方法內(nèi)容：8.1相平衡的判據(jù)和處理方法8.2二元系組分活度系數(shù)與組成間的關(guān)系8.3汽液平衡8.4由汽液相平衡數(shù)據(jù)計算活度系數(shù)8.5汽液相平衡數(shù)據(jù)熱力學一致性檢驗1ppt課件第八章流體相平衡1、相平衡的有關(guān)概念相：體系中的一個均勻空間，其性質(zhì)和其余部分有區(qū)別，每個相都是一個敞開體系，能與相鄰的相進行物質(zhì)交換和能量交換。相遷移：物質(zhì)從一個相遷移到另一相的過程，叫該物質(zhì)的相遷移過程。相平衡：當物質(zhì)遷移停止時，此時各相的性質(zhì)和組成不再隨時間而變化——相平衡（相間的平衡），此時各相間某些性質(zhì)如密度、粘度、焓、熵等相差很大，而有些性質(zhì)如溫度、壓力卻是相等的。2ppt課件2、研究相平衡的意義第八章流體相平衡（1）為分析解決傳質(zhì)分離設(shè)備的設(shè)計、操作和控制提供理論依據(jù)（2）為新工藝、新產(chǎn)品和新技術(shù)的開發(fā)提供相平衡數(shù)據(jù)和相平衡熱力學模型3ppt課件1、普適判據(jù)——熵判據(jù)

依據(jù)：熵增原理——dS孤0，即熵增大到最大值時，體系達平衡。dS孤=0

特點：需要同時考慮體系和環(huán)境的變化，應(yīng)用不太方便。2、自由焓判據(jù)

依據(jù)：恒溫恒壓下，只做體積功的封閉體系的一切自發(fā)過程必將引起體系自由焓的減少，達到平衡時，體系自由焓最小。即體系達平衡：dG（T，P）=0

特點：T，P易測易控，應(yīng)用廣泛。8.1.1相平衡判據(jù)一、相平衡判據(jù)8.1相平衡判據(jù)和處理方法4ppt課件8.1.1相平衡判據(jù)3、化學位判據(jù)對于多組分兩相平衡的封閉體系（α相、β相），每一相都可視為一個敞開體系，兩相之間有物質(zhì)交換，對于單相敞開體系，根據(jù)變組成體系熱力學基本關(guān)系式有：當T，P一定時，封閉體系的自由焓為兩相之和：自由焓判據(jù)5ppt課件8.1.1相平衡判據(jù)同理，對于多相（相）多組分（N組分）體系的相平衡判據(jù)為：6ppt課件8.1.1相平衡判據(jù)4、逸度判據(jù)

恒溫積分：對每個相中組分化學位有：根據(jù)化學位判據(jù)

即達到平衡狀態(tài)時，多相平衡體系中，每個組分在各相中的逸度必相等。7ppt課件8.1.1相平衡判據(jù)1、汽液平衡的處理方法

（1）氣液平衡低壓、加壓情況二、相平衡的處理方法（2）8ppt課件8.1.1相平衡判據(jù)汽液平衡適用于高壓或常壓情況（3）液液平衡2、汽液平衡四種情形（見表7-1）

9ppt課件8.1.1相平衡判據(jù)情形汽相液相舉例適用范圍1理想氣體混合物道爾頓分壓定律理想溶液拉烏爾定律同分異構(gòu)體或同系物構(gòu)成的體系壓力小于0.2MPa2非理想氣體混合物但屬理想溶液理想溶液Lewis—Randall規(guī)則烴類混合物壓力小于1.5MPa3理想氣體混合物非理想溶液大部分體系低壓4非理想溶液非理想溶液含超臨界組分體系高壓表8-1汽液平衡情形10ppt課件8.1.2狀態(tài)方程法特點：利用狀態(tài)方程計算逸度或逸度系數(shù)，這就要求選用一種狀態(tài)方程既可用于汽相又適用于液相，計算結(jié)果的可靠性取決于狀態(tài)方程的可靠性，通常用于高壓條件。計算過程比較麻煩。狀態(tài)方程法11ppt課件8.1.2活度系數(shù)法狀態(tài)方程活度系數(shù)模型活度系數(shù)法液相活度系數(shù)汽相逸度系數(shù)L—R標準態(tài)，即與體系溫度和壓力相同的純液體作為標準態(tài)。12ppt課件8.1.2活度系數(shù)法特點：適用低壓和中壓下汽液相平衡計算。兩種方法比較見表8-213ppt課件8.1.2活度系數(shù)法方法優(yōu)點缺點狀態(tài)方程法1、不需要標準態(tài)。2、不需要相平衡數(shù)據(jù)，只需要P、T、V、N數(shù)據(jù)。3、容易采用對應(yīng)狀態(tài)理論。4、可以用在臨界區(qū)。1、沒有一個狀態(tài)方程能完全適用于所有的流體密度區(qū)間。2、受混合規(guī)則影響很大。3、對于含極性物質(zhì)，大分子化合物和電解質(zhì)的體系難于應(yīng)用?；疃认禂?shù)法1、簡單的液體混合物模型已能滿足要求。2、溫度的影響主要反映在標準態(tài)逸度上，而不是活度系數(shù)上。3、對于許多類型的混合物，包括聚合物、電解質(zhì)的體系都能應(yīng)用。1、需要用其他方法計算偏摩爾體積。2、對含有超臨界組分的體系應(yīng)用不便。3、在臨界區(qū)難以應(yīng)用。14ppt課件8.2二元系組分活度系數(shù)與組成間的關(guān)系8.2.1非理想溶液的過量自由焓15ppt課件8.2.1非理想溶液的過量自由焓16ppt課件8.2.2伍爾（Wohl）型方程伍爾（Wohl）型方程建立在正規(guī)溶液的基礎(chǔ)上。正規(guī)溶液：造成溶液非理想性的原因：不同組分具有不同的化學結(jié)構(gòu)、不同的分子大小，分子間的相互作用不相等，以及分子的極性具有差異等。將表示為有效體積分數(shù)的函數(shù)，并展開成以下形式（經(jīng)驗式）：17ppt課件8.2.2伍爾（Wohl）型方程說明：（1）Zi：混合物中組分i的有效體積分數(shù)混合物中組分i的摩爾分數(shù)混合物中組分i的有效分子體積（2）不同組分分子間的相互作用力18ppt課件8.2.2伍爾（Wohl）型方程（3）多階伍爾方程，階數(shù)越高，越能代表真實氣體的性質(zhì)，但相應(yīng)的參數(shù)就越多，需要的數(shù)據(jù)也就越多，計算就更繁瑣。以二元體系為例，只考慮雙分子和三分子相互作用：19ppt課件8.2.2伍爾（Wohl）型方程由Z1+Z2=120ppt課件8.2.2伍爾（Wohl）型方程令：21ppt課件8.2.2伍爾（Wohl）型方程令：設(shè)：分子體積相差很大即：范拉爾方程—VanLaar方程（4）范拉爾方程—VanLaar方程22ppt課件8.2.2伍爾（Wohl）型方程已知任何一點的活度系數(shù)，可以計算方程參數(shù)：23ppt課件（5）馬格勒斯方程(Margules)8.2.2伍爾（Wohl）型方程設(shè)：分子體積相差很小，即：令：24ppt課件8.2.2伍爾（Wohl）型方程已知任何一點的活度系數(shù)，可以計算方程參數(shù)：25ppt課件8.2.2伍爾（Wohl）型方程（6）伍爾（Wohl）型方程特點：優(yōu)點：計算比較簡單缺點：不能用二元系數(shù)據(jù)直接推算多元系的汽液平衡，必須采用多元系參數(shù)；對含強極性組分或非理想性很高的體系，不適用。26ppt課件8.2.3局部組成型方程局部組成型方程建立在無熱溶液的基礎(chǔ)上。無熱溶液威爾遜方程NRTL方程和UNIQUAC方程：特點：能杰出地表征含極性組分體系和含非極性組分體系的組分活度系數(shù)行為，而且可以直接從二元系參數(shù)推算多元素的汽液平衡數(shù)據(jù)；不能用在液液不互溶區(qū)。特點：直接從二元系參數(shù)推算多元素的汽液平衡數(shù)據(jù)，而且能用于不互溶的濃度區(qū)間。27ppt課件8.3汽液平衡8.3.1熱力學關(guān)聯(lián)方程平衡時：指數(shù)項可忽略飽和蒸汽可視為理想氣體汽相可視為理想氣體液相可視為理想溶液拉烏爾定律28ppt課件8.3.2低壓汽液相平衡計算1、低壓下，可作一系列假設(shè)：氣相可視為理想氣體混合物（1）（2）飽和蒸汽可視為理想氣體（3）指數(shù)校正因子上式可簡化為：由相應(yīng)的活度系數(shù)模型方程求得由Antoine方程求解29ppt課件8.3.2低壓汽液相平衡計算2、以二元系為例，介紹各種計算方法的步驟已知：P，xi

求T，yi

，泡點計算

P，yi

求T，

xi，露點計算（1）已知：T，x

求P，y30ppt課件8.3.2低壓汽液相平衡計算（2）已知：T，y

求P，x設(shè)？是為計算結(jié)果。否則將代入直到31ppt課件8.3.2低壓汽液相平衡計算（3）已知：P，x求T，y

設(shè)溫度T？是為計算結(jié)果，所設(shè)溫度T為平衡溫度。否重新假設(shè)溫度，并重復上述計算。直到32ppt課件（4）已知：P，y

求T，x8.3.2低壓汽液相平衡計算設(shè)溫度T設(shè)？是否為計算結(jié)果，所設(shè)溫度T為平衡溫度。重新假設(shè)溫度，并重復上述計算，直到33ppt課件8.3.2低壓汽液相平衡計算若液相為理想溶液：二元系：34ppt課件8.3.3低壓至中壓的汽液相平衡計算（1）活度系數(shù)不受壓力影響（2）液相的摩爾體積與壓力無關(guān)，且該值很小壓力不高時，可忽略壓力對標準態(tài)逸度的影響，則有：35ppt課件（1）由無限稀釋活度系數(shù)確定，簡便，但難以得到（2）由二元液相平衡實驗數(shù)據(jù)（T，P，x，y）求方程參數(shù)，再利用方程求任意組成下的活度系數(shù)。忽略壓力對標準態(tài)逸度的影響8.4由汽液相平衡數(shù)據(jù)計算36ppt課件常壓和低壓下，氣相可視為理想氣體8.4由汽液相平衡數(shù)據(jù)計算可測常壓和低壓下，體系具有恒沸點的二元體系37ppt課件8.5汽液相平衡數(shù)據(jù)熱力學一致性檢驗由Gibbs-Duhem方程，恒溫恒壓下：由于是的偏摩爾性質(zhì)，則可得到：38ppt課件8.5.1面積檢驗法從x1=0積分到x1=1：39ppt課件8.5.1面積檢驗法以為縱坐標，x1為橫坐標作圖，所描繪的曲線與橫軸構(gòu)成的面積等于0。x101AB+-即：A=B或：滿足上述關(guān)系的相平衡數(shù)據(jù)符合熱力學一致性40ppt課件8.5.2點檢驗法以實驗數(shù)據(jù)作出的—x1曲線為基礎(chǔ)逐點檢驗x101baT，P一定41ppt課件任意一點對曲線作截線，于x1=0和x1

=1軸，得到截距為8.5.2點檢驗法42ppt課件例8-1在常壓和25℃時，測得x1=0.059的異丙醇（1）—苯（2）溶液的汽相分壓P1=1720Pa，已知25℃時，異丙醇和苯的飽和蒸汽壓分別為5866Pa和13252Pa。（1）計算液相異丙醇的活度系數(shù)（對稱歸一化）（2）求該溶液的GE解：（1）壓力不高時，汽相視為理想氣體混合物，飽和蒸汽為理想氣體：8.4由汽液相平衡數(shù)據(jù)計算43ppt課件（2）由對稱歸一化原理：8.4由汽液相平衡數(shù)據(jù)計算44ppt課件第九章化學反應(yīng)平衡課時：2學時要求：掌握化學反應(yīng)平衡的判據(jù)，掌握簡單反應(yīng)平衡及有關(guān)計算，了解復雜反應(yīng)平衡常數(shù)和平衡組成的計算。內(nèi)容：9.1化學反應(yīng)的計量關(guān)系和反應(yīng)進度9.2均相化學反應(yīng)9.3非均相化學反應(yīng)(自學）9.4復雜化學反應(yīng)平衡（自學）45ppt課件9.1化學反應(yīng)的計量關(guān)系和反應(yīng)進度1、單個反應(yīng)（1）規(guī)定：反應(yīng)物：產(chǎn)物：（2）反應(yīng)進行時，各參加反應(yīng)的物質(zhì)摩爾數(shù)變化嚴格按照計量系數(shù)比例關(guān)系進行。（3）微分反應(yīng)46ppt課件9.1化學反應(yīng)的計量關(guān)系和反應(yīng)進度反應(yīng)進度，即反應(yīng)已經(jīng)進行的程度。（4）物理意義當時意味著反應(yīng)進行到這樣的程度：每中反應(yīng)物有vimol消耗掉，而產(chǎn)物有vimol生成。（5）轉(zhuǎn)化率與產(chǎn)率轉(zhuǎn)化率=平衡時消耗反應(yīng)物的mol數(shù)加料時反應(yīng)物的mol數(shù)平衡時轉(zhuǎn)化成產(chǎn)物的反應(yīng)物mol數(shù)平衡時消耗掉的反應(yīng)物mol數(shù)產(chǎn)率=47ppt課件2、多個反應(yīng)同時進行9.1化學反應(yīng)的計量關(guān)系和反應(yīng)進度表示第j個反應(yīng)中的i物質(zhì)的計量系數(shù)3、有關(guān)計算：P297-299例