1 / 15
文档名称:

第五章相平衡.doc

格式:doc   大小:438KB   页数:15页
下载后只包含 1 个 DOC 格式的文档,没有任何的图纸或源代码,查看文件列表

如果您已付费下载过本站文档,您可以点这里二次下载

分享

预览

第五章相平衡.doc

上传人:泰山小桥流水 2024/4/15 文件大小:438 KB

下载得到文件列表

第五章相平衡.doc

相关文档

文档介绍

文档介绍:该【第五章相平衡 】是由【泰山小桥流水】上传分享,文档一共【15】页,该文档可以免费在线阅读,需要了解更多关于【第五章相平衡 】的内容,可以使用淘豆网的站内搜索功能,选择自己适合的文档,以下文字是截取该文章内的部分文字,如需要获得完整电子版,请下载此文档到您的设备,方便您编辑和打印。。研究多相系统的均衡在化学、化工的科研和生产中有重要的意义,比如:溶解、蒸馏、重结晶、萃取、提纯及金相剖析等方面都要用到相均衡的知识。相图(phasediagram)表达多相系统的状态怎样随温度、压力、构成等强度性质变化而变化的图形,称为相图。相(phase)系统内部物理和化学性质完整均匀的部分称为相。相与相之间在指定条件下有明显的界面,在界面上宏观性质的改变是飞腾式的。系统中相的总数称为相数,用表示。气体,不论有多少种气体混淆,只有一个气相。液体,按其互溶程度能够构成一相、两相或三相共存。固体,一般有一种固体便有一个相。两种固体粉末不论混淆得多么均匀,还是两个相(固体溶液除外,它是单相)。自由度(degreesoffreedom)确立均衡系统的状态所一定的独立强度变量的数目称为自由度,用字母f表示。这些强度变量往常是压力、温度和浓度等。假如已指定某个强度变量,除该变量之外的其他强度变量数称为条件自由度,用表示。比如:指定了压力,指定了压力和温度,f*f1ff2在一个关闭的多相系统中,相与相之间能够有热的互换、功的传达和物质的沟通。对拥有个相系统的热力学均衡,实质上包括了以下四个均衡条件:(1)热均衡条件:设系统有,,,个相,达到均衡时,各相拥有相同温度1物理化学TTT压力均衡条件:达到均衡时各相的压力相等ppp(3)相均衡条件:任一物质B在各相中的化学势相等,相变达到均衡BBB(4)化学均衡条件:(ponent)定义:CSRR'在均衡系统所处的条件下,能够保证各相构成所需的最少独立物种数称为独立组分数。它的数值等于系统中所有物种数S减去系统中独立的化学均衡数R,再减去各物种间的浓度限制条件R'。相律(phaserule)fC2相律是相均衡系统中揭露相数,独立组分数C和自由度f之间关系的规律,可用上式表示。式中2往常指T,p两个变量。相律最早由Gibbs提出,因此又称为Gibbs相律。假如除T,p外,还受其他力场影响,则2改用n表示,即:(如相态、构成、温度等)的点称为相点。物系点相图中表示系统总状态的点称为物系点。在T-x图上,物系点能够沿着与温度坐标平行的垂线上、下挪动;在水盐系统图上,跟着含水量的变化,物系点可沿着与构成坐标平行的直线左右挪动。在单相区,物系点与相点重合;在两相区中,只有物系点,它对应的两个相的构成由对应的相点表示。2物理化学单组分系统的相数与自由度C1f3当1单相f2双变量系统2两相均衡f1单变量系统3三相共存f0无变量系统单组分系统的自由度最多为2,双变量系统的相图可用平面图表示。水的相图水的相图是依据实验绘制的。图上有:三个单相区在气、液、固三个单相区内,1,f2,温度和压力独立地有限度地变化不会惹起相的改变。三条两相平线2,f1,压力与温度只好改变一个,指定了压力,则温度由系统自定。OA是气-液两相均衡线,即水的蒸气压曲线。它不可以随意延伸,停止于临界点。临界点T647K,,这时气-液界面消逝。高于临界温度,不可以用加压的方法负气体液化。OB是气-固两相均衡线,即冰的升华曲线,理论上可延伸至0K邻近。OC是液-固两相均衡线,当C点延伸至压力大于2108Pa时,相图变得复杂,有不一样构造的冰生成。OD是AO的延伸线,是过冷水和水蒸气的介稳均衡线。因为在同样温度下,过冷水的蒸气压大于冰的蒸气压,因此OD线在OB线之上。过冷水处于不稳固状态,一旦有凝集中心出现,就立刻所有变为冰。O点是三相点(triplepoint),气-液-固三相共存,3,f0。三相点的温度和压力皆由系统自定。,。两相均衡线上的相变过程在两相均衡线上的任何一点都可能有三种状况。如OA线上的P点:3物理化学(1)处于f点的纯水,保持温度不变,逐渐减小压力,在无穷凑近于P点以前,气相还没有形成,系统自由度为2。用升压或降温的方法保持液相不变。(2)达P点时,气相出现,在气-液两相均衡时,f1。压力与温度只有一个可变。持续降压,走开P点时,最后液滴消逝,成单调气相,f2。往常只考虑(2)的状况。,不可以加以改变,,,水、冰、气三相共存。当大气压力为105Pa时,,改变外压,冰点也随之改变。:(1)因外压增添,;(2)因水中溶有空气,。两相均衡线的斜率三条两相均衡线的斜率均可由Clausius-Clapeyron方程或Clapeyron方程求得。OA线dlnpvapHmvapHm0斜率为正。dTRT2OB线dlnpfusHmfusHm0斜率为正。dTRT2OC线dpfusHmfusH0,fusV0斜率为负。dTTfusV5二组分系统的相图及应用图和T-x图4物理化学关于二组分系统,C2,f4。起码为1,则f最多为3。这三个变量往常是T,p和构成x。因此要表示二组分系统状态图,需用三个坐标的立体图表示。保持一个变量为常量,从立体图上获得平面截面图(1)保持温度不变,得p-x图较常用()保持压力不变,得T-x图常用2()保持构成不变,得T-p图不常用。,每个组分都听从拉乌尔定律,这样构成了理想的完整互溶双液系,或称为理想的液体混淆物,如苯和甲苯,正己烷与正庚烷等构造相像的化合物可形成这类双液系。(1)p-x图设p*A和p*B分别为液体A和B在指定温度时的饱和蒸气压,为系统的总蒸气压pApA*xApBpB*xBppApB(2)p-x-y图这是p-x图的一种,把液相构成x随和相构成y画在同一张图上。A和B的气相构成y和yB的求法以下:AyApAyB1yApppApBpA*xApB*xBpA*xApB*(1xA)pB*(p*ApB*)xA已知p*A,pB*,xA或xB,便可把各液相构成对应的气相构成求出,画在p-x图上就得p-x-y图。5物理化学假如p*Ap*B,则yAxA,即易挥发的组分在气相中的成分大于液相中的组分,反之亦然。在等温条件下,p-x-y图分为三个地区。在液相线之上,系统压力高于任一混淆物的饱和蒸气压,气相没法存在,是液相区。在气相线之下,系统压力低于任一混淆物的饱和蒸气压,液相没法存在,是气相区。在液相线随和相线之间的梭形区内,是气-液两相均衡。T-x图亦称为沸点-构成图。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。某构成的蒸气压越高,其沸点越低,反之亦然。T-x图在议论蒸馏时十分实用,因为蒸馏往常在等压下进行。T-x图能够从实验数据直接绘制。也能够从已知的p-x图求得。从p-x图求对应的T-x图右图为已知的苯与甲苯在4个不一样温度时的p-x图。在压力为p处作一水平线,与各不一样温度时的液相构成线分别交在x1,x2,x3和x4各点,代表了构成与沸点之间的关系,即构成为x1的液体在381K时沸腾,余类推。将构成与沸点的关系标在下一张以温度和构成为坐标的图上,就获得了T-x图。将x1,x2,x3和x4的对应温度连成曲线就得液相构成线。TB*和TA*分别为甲苯和苯的沸点。明显p*越大,Tb越低。用yApA的方法求出对应的气相构成线。在T-x图上,气相线在p上,液相线在下,上边是气相区,下边是液相区,梭形区是气-液两相区。杠杆规则(Leverrule)6物理化学在T-x图的两相区,物系点C代表了系统总的构成和温度。经过C点作平行于横坐标的等温线,与液相随和相线分别交于D点和E点。DE线称为等温连结线(tieline)。落在DE线上所有物系点的对应的液相随和相构成,都由D点和E点的构成表示。液相随和相的数目借助于力学中的杠杆规则求算,即以物系点为支点,支点两边连结线的长度为力矩,计算液相随和相的物质的量或质量,这就是可用于随意两相均衡区的杠杆规则。即nlCDngCEmlCDmgCE能够用来计算两相的相对量(总量未知)或绝对量(总量已知)。蒸馏(或精馏)原理简单蒸馏简单蒸馏只好把双液系中的A和B大略分开。在A和B的T-x图上,A的沸点高于纯B的沸点,说明蒸馏时气相中B组分的含量较高,液相中A组分的含量较高。一次简单蒸馏,馏出物中B含量会明显增添,节余液体中A组分会增多。若有一构成为x1的A,B二组分溶液,加热到T1时开始沸腾,与之均衡的气相组为y1,明显含B量明显增添。将构成为y1的蒸气冷凝,液相中含B量降落,构成沿OA线上涨,沸点也升至T2,这时对应的气相构成为y2。接收T1T2间的馏出物,构成在y1与y2之间,节余液构成为x2,A含量增添。这样,将A与B大略分开。蒸馏(或精馏)原理精馏精馏是多次简单蒸馏的组合。精馏塔底部是加热区,温度最高;塔顶温度最低7物理化学精馏结果,塔顶冷凝采集的是纯低沸点组分,纯高沸点组分则留在塔底。精馏塔有多种种类,以下图是泡罩式塔板状精馏塔的表示图。用A、B二组分T-x图表述精馏过程。取构成为x的混淆物从精馏塔的半高处加入,这时温度为T4,物系点为O,对应的液、气相构成分别为x4和y4。构成为y4的气相在塔中上涨,温度降为T3,有部分构成为x3的液体凝集,气相构成为y3,含B的量增加。构成为y3的气体在塔中持续上涨,温度降为T2,这样持续,到塔顶,温度为纯B的沸点,蒸气冷凝物几乎是纯B。精馏塔中的一定塔板数能够从理论计算获得。每一个塔板上都经历了一个热互换过程:蒸气中的高沸点物在塔板上凝集,放出凝集热后流到下一层塔板,液体中的低沸点物获得热量后升入上一层塔板。、B组分混淆时有互相作用,使体积改变或互相作使劲改变,都会造成某一组分对拉乌尔定律发生误差,这误差可正可负。以下图,是对拉乌尔定律发生正误差的状况,虚线为理论值,实线为实验值。真切的蒸气压大于理论计算值。假如把它对应的气相构成线也画出来,分别获得对应的p-x(y)图和T-x(y)图,这时液相线已不再是直线。发生负误差的状况与之近似,不过真切的蒸气压小于理论计算值,液相线也不是直线。(2)正误差在p-x图上有最高点因为A,B二组分对拉乌尔定律的正误差很大,在p-x图上形成最高点,如左图。计算出对应的气相的构成,分别画出p-x(y)和T-x(y)图,如(b),(c)所示。8物理化学在p-x图上有最高点者,在T-x图上就有最低点,这最低点称为最低恒沸点(minimumazeotropicpoint)最低恒沸混淆物T-x(y)图上,处在最低恒沸点时的混淆物称为最低恒沸混淆物(Low-boilingazeotrope)。它是混淆物而不是化合物,它的构成在定压下有定值。改变压力,最低恒沸点的温度也改变,它的构成也随之改变。属于此类的系统有:H2O-C2H5OH,CH3OH-C6H6,C2H5OH-C6H6等。在标准压力下,H2O-,%。拥有最低恒沸点的相图能够看作由两个简单的T-x(y)图的组合。在构成处于恒沸点之左,精馏结果只好获得纯B和恒沸混淆物。构成处于恒沸点之右,精馏结果只好获得恒沸混淆物和纯A。关于H2O-C2H5OH系统,%,不论怎样精馏,都得不到无水乙醇。只有加入CaCl2,分子筛等吸水剂,%,再精馏可得无水乙醇。(3)负误差在p-x图上有最低点,B二组分对拉乌尔定律的负误差很大,在p-x图上形成最低点,因为A如图(a)所示。计算出对应的气相构成,分别画出p-x(y)图和T-x(y)图。如图(b),(c)所示。在p-x图上有最低点,在T-x图上就有最高点,这最高点,称为最高恒沸点(maximumazeotropicpoint)最高恒沸点混淆物T-x(y)图上,处在最高恒沸点时的混淆物称为最高恒沸混淆high-boilingazeotrope)。它是混淆物而不是化合物,它的构成在定压下有定值。改变压力,最高恒沸点的温度会改变,其构成也随之改变。9物理化学属于此类的系统有:H2O-HNO3,H2O-HCl等。在标准压力下,H2O-,%,剖析上常用来作为标准溶液。(1)拥有最高会溶温度H2O-C6H5NH2系统在常温下只好部分互溶,分为两层。基层是水中饱和了苯***,溶解度状况如图中左半支所示;上层是苯***中饱和了水,溶解度如图中右半支所示。高升温度,相互的溶解度都增添。抵达B点,界面消逝,成为单调液相。B点温度称为最高临界会溶温度(criticalconsolutetemperature)TB。温度高于TB,水和苯***可无穷混溶。帽形区外,溶液为单调液相,帽形区内,溶液分为两。373K时,两层的构成分别为A’和A”,称为共轭层(conjugatelayers),A’和A”称为共轭配对点。An是共轭层构成的均匀值。所有均匀值的连线与均衡曲线的交点为临界会溶温度。会溶温度的高低反应了一对液体间的互溶能力,能够用来选择适合的萃取剂。(1)热剖析法绘制低共熔相图基来源理:二组分系统C2,指定压力不变,f*C131f*2双变量系统2f*1单变量系统3f*0无变量系统第一将二组分系统加热融化,记录冷却过程中温度随时间的变化曲线,即步冷曲线(coolingcurve)。当系统有新相凝集,放出相变热,步冷曲线

最近更新

幼儿安全责任协议书(3篇) 5页

家庭贫困补助申请书 4页

形成性评价在高中英语口语教学中的运用研究的.. 2页

家庭协议书集锦[推荐阅读] 4页

家务实践及劳动心得 8页

张量优化与张量特征值问题的开题报告 2页

宴请邀请函范本(汇编) 4页

异龄林林分生长的结构方程模型分析研究的开题.. 2页

2024年事业单位招聘考试辽宁省鞍山市职业能力.. 22页

2024年事业单位招聘考试重庆市广元市职业能力.. 22页

2024年事业单位招聘考试重庆市眉山地区职业能.. 22页

2024年事业单位招聘考试重庆市泸州市职业能力.. 22页

2024年事业单位招聘考试陕西省商洛地区职业能.. 23页

2024年事业单位招聘考试陕西省榆林地区职业能.. 21页

2024年铁氧体粘结永磁磁粉项目资金需求报告代.. 69页

口腔医学技术专业《固定义齿工艺技术1》课程标.. 10页

3.6kV~40.5kV相控断路器技术规范 20页

2024年设计服务项目投资申请报告代可行性研究.. 72页

7个月宝宝作息时间(00001) 21页

5到6岁幼儿年龄特点 8页

电梯维保报价书 3页

棋牌室培训资料 20页

电镀黑铬工艺 10页

电镀六价铬讲议 10页

计算机桌面运维技术服务方案 32页

老年慢性阻塞性肺疾病呼吸衰竭患者经鼻气管插.. 5页

《博微电力工程经济评价软件使用手册》 38页

少先队植树造林歌 19页

不锈钢雨棚制作和安装施工合同3 6页

《我和星星打电话》课件 7页