文档介绍：多组分非均相系统热力学
相平衡的判据与相律
汽液平衡相图
汽液平衡计算▲☻
用实验数据确定活度系数☻
汽液相平衡数据的热力学一致性检验▲
主要内容
引言
在化工生产中,常涉及到平衡问题,如:相平衡、化学平衡、能量平衡等等。平衡是判断一个过程是否完成的标准。
许多工业上重要的程序,如蒸馏、吸收、萃取等都涉及到两相接触。当处于非相平衡状态时,两相就要发生质量传递,各物种传递速度的大小和系统偏离平衡的程度有关。若偏离程度大,则传递速度就快,否则,传递速度就慢,当达到平衡态时,速度的变化量就等于0。
研究相平衡时,系统的温度、压力,各相的体积、组成及其他热力学函数之间关系的科学,是分离过程和分离设备开发、设计的重要理论依据。如精馏、吸收、萃取、吸附、结晶等就是分别以汽-液、气-液、液-液、气-固、液-固平衡为依据的。
引言
平衡数据的获取原则上要通过实验测量,但这经常受到客观条件的限制,同时需要消耗大量的人力、物力和财力;
因此通过计算方法获得热力学学平衡数据具有重要意义。
如今计算机的发展使计算相平衡,特别是汽液相平衡成为可能。
本章着重与讨论汽液相平衡的问题。
学习目的与要求
1、目的
学衡基本规律与计算
2、要求
了解相平衡的基本概念和规律
掌握低压下汽液相平衡的计算
了解中压、高压下汽液相平衡的计算
学衡数据的热力学一致性检验
相平衡的判据与相律
所谓相平衡,就是由两个或多个相所组成的宏观体系处于总熵、总体积、各种热力学能和各组分的总摩尔数不随时间发生变化的一种状态。即
i表示第1,2,3…,N个组分
j表示第1,2,3…,M个相
对于两相体系,则有
分别考虑有α相和β相体系,则有
相平衡的判据与相律
以两相平衡体系为例,
相平衡条件
根据系统的约束条件,系统的总熵、总体积和各组元的总摩尔数均为常数,所以
封闭系统的总内能微分则为
因为
是线性无关的,故有
同理,对于n组元π相系统,有
表明相平衡时,各相的温度、压力和各组分在每个相的的化学位都相等。
相平衡的判据
考察由几个相组成的一个体系,为简单起见,这里以汽液两相平衡为例,如图
汽相
液相
无论两相是否达平衡,则整个体系为封闭体系,故有
等号表示可逆过程; 不等号表示不可逆过程。注意若没有相变化或化学变化,组成恒定不变的单相均匀体系,则不论可逆与否,一律用等号