化工热力学---第5章 非均相系统热力学.ppt

第五章 多组分非均相系统热力学 5.1 相平衡的判据与相律 5.2 汽液平衡相图 5.3 汽液平衡计算▲? 5.4 用实验数据确定活度系数? 5.5 汽液相平衡数据的热力学一致性检验▲ 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 学习汽液相平衡基本规律与计算 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 学习汽液平衡数据的热力学一致性检验 5.2 汽液平衡的相图 5.2 汽液平衡的相图 完全理想系的 P-x-y 相图 具有正偏差而无恒沸物体系 具有负偏差而无恒沸物体系 正偏差较大而形成最大压力恒沸物体系 负偏差较大而形成最小压力恒沸物体系 液相为部分互溶体系 5.3 汽液平衡的计算5.3.1 汽液平衡的准则和计算方法 5.3.2 汽液平衡的类型 5.3.3 完全理想系的汽液平衡计算 1 等温泡点计算 2 等温露点计算 3 等压泡点计算 4 等压露点计算 例5-1 丙酮（1），乙腈（2）和硝基甲烷（3）体系 可按完全理想系处理，各组分的饱和蒸汽压方程 式中蒸汽压单位为kPa,温度单位为℃。 7.3.4 低压汽液平衡计算 1 等温泡点计算 例5-2 2 等温露点计算 例5-3 3 等压泡点计算 例7-4 4 等压露点计算 5.3.5 利用简化K进行汽液平衡计算 割线法解方程 f(x)=0 例题 等温闪蒸计算 5.3.6 利用活度系数法进行汽液平衡计算 1 等温泡点计算 2 等温露点计算 3 等压泡点计算 4 等压露点计算 5.4 用实验数据确定活度系数 用实验数据确定活度系数关联式的端值常数有两种方法: 无限稀释活度系数法 由试验数据来确定(拟合回归或共沸点组成) 下面通过一些例子来进一步说明。 色谱法测定活度系数 汽液平衡数据的热力学一致性检验 所有的汽液平衡关联式，包括各种活度系数和组成间的关联式，都包含有一些特定参数，而这些参数必须根据实测得汽液平衡数据加以确定，汽液平衡数据是否正确，如何加以判断，这就是我们这一节要讨论的问题。汽液平衡数据的可靠性可用热力学方法进行检验，检验的基本依据就是G-D方程。 5.5 汽液平衡数据的热力学一致性检验 如下图 输入T,{yi}和有关参数 令各Фi=1,各γi=1 计算{Pis} 由(7-D)式计算P 由(7-C)式计算{xi} 计算{γi} 由(7-D)式计算P 计算{Фi} 是 否 δP≤ε 由(7-D)式计算P 输出P, {xi} 由(7-C)式计算{xi} 并将xi值归一化 计算{γi} 各δγi≤ξ 是 否 已知P 与{ xi }，求T与{ yi }。 取温度初值 计算{Pis} 由(7-A)式计算{yi} 计算{Фi},{γi} 由(7-E)式计算Pks 由(7-F)式计算T 是 否 δT≤ε 输出T, {yi} 输入P,{xi}和有关参数，令各Фi=1 计算{Pis},{γi} 选组分k 由(7-E)式计算Pks 由(7-F)式计算T 已知P 与{ yi }，求T与{ xi }。 输入P,{yi}和有关参数 令各Фi=1,各γi=1 估算T0,由Antoine式 计算{Pis},选组分k 由(7-G)式计算Pks 由(7-F)式计算T 计算{Pis},{Фi} 由(7-C)式计算{xi} 计算{γi} 由(7-G)式计算Pks 由(7-F)式计算T 计算 {Pis},{Фi} 是 否 δT≤ε 由(7-G)式计算Pks 由(7-F)式计算T 输出P, {xi} 由(7-C)式计算{xi} 将xi值