化工热力学：4.1 汽液平衡

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4-1在化工热力学中引入偏摩尔性质的意义何在在进行化工计算时

第四章均相混合物热力学性质一、选择题1、下列各式中，化学位的定义式是 ( ) A. i j n nS P i i n nH ≠∂∂=,,])([μ B. i j n nS nV i i n nG ≠∂∂=,,])([μ C. i j n T P i i n nA ≠∂∂=,,])([μ D. i j n nS T ii n nU ≠∂∂=,,])([μ 2、关于偏摩尔性质，下面说法中不正确的是 ( )（A ）纯物质无偏摩尔量。

（B ）T ，P 一定，偏摩尔性质就一定。

（C ）偏摩尔性质是强度性质。

（D ）强度性质无偏摩尔量。

3、在一定的温度和压力下，二组分体系汽液平衡的条件是（）。

A ．L V L V f f f f 2211ˆˆ;ˆˆ== B. L L V V f f f f 2121ˆˆ;ˆˆ== C. L V V L f f f f 2121ˆˆ;ˆˆ== D. 为混合物的逸度）f f f V L (= 4、等温等压下，在A 和B 组成的均相体系中，若A 的偏摩尔体积随A 浓度的减小而减小，则B 的偏摩尔体积将随A 浓度的减小而( )A. 增加B. 减小C. 不变D. 不一定5、对无热溶液，下列各式能成立的是 ( ).A. S E =0，V E =0B. S E =0，A E =0C. G E =0，A E =0D. H E =0，G E = -TS E6、下列偏摩尔自由焓表达式中，错误的为。

A i i G μ= B.i i i dG =Vdp-S dT C. i j n P T i i n nG G ≠∂∂=,,])([ D. i j n nV T ii n nG G ≠∂∂=,,])([ 7、下列偏摩尔性质与溶液性质关系式中，正确的是n mol 溶液性质，nM= 。

A. i i M n B. ∑i i M x C. i i M x D. ∑i i M n8、关于理想溶液，以下说法不正确的是( )。

化工热力学1541 二元体系的汽液平衡

P
过
C 临界点
Pc
冷
液
相固
相
过热蒸汽
Tc T 单组分的PT图
P
C2
临界点轨迹 Cm
K C1
M
N U
T 二元组分的PT图
逆向凝聚现象
点 MT 是这种组成体系中两相共存的最高温度,通称”临界冷凝温度”。
点 Mp 是这种组成体系中两相共存的最高压力,通称”临界冷凝压力”。
（1）等温逆向凝聚现象
P 在 CmMT区域内，恒温下，随压力降低，
出现气相
液相（V）
这个区域就成为等温逆向凝聚区。
Cm MT
T
（2）等压逆向凝聚现象
P
在 MpCm区域内，恒压下，温度升高
气相（V）
液相（L）
这个区域就成为等温逆向凝聚区
Mp Cm
T
思考：
原油自地底层向地面升举得过程，P 可近似看作等温减压过程，由于出油管的体积是一定的，为了单位时间油品产量最大，油品以液相采出最为经济。如果你是石油工程师，出口压力应如何控制？
二元体系汽液平衡T-P-x-y图
上表面：饱和液体下表面：饱和蒸汽上表面以上区域：
过冷液体区下表面以下区域：
过热蒸汽区上下表面之间区域：
汽液相共存区纯组分2蒸汽压曲线纯组分1蒸汽压曲线临界点轨迹
二元体系P-T图
P
C2
临界点轨迹 Cm
K C1
M
N U
T 二元组分的PT图
二元体系P-T图
Cm
J MT
T
二元系统p-T相图最高温度、最高压力和临界点示意图
P Mp

气液平衡的计算

《化工热力学》过程论文题目: 气液平衡的计算方法系别：化学材料与工程系班级：13级化工卓越班姓名:学号: 1303022014教师：日期：2016-1—12气液平衡的计算方法摘要本文综合分析了多组分相平衡理论特点，主要介绍了利用Peng Robinson ( PR）立方型状态方程进行氧、氮、氩系统气液平衡计算的方法（泡点、露点和闪蒸计算)，对该计算方法的准确性进行分析和验证。

关键词立方型状态方程；气液平衡计算；泡点;露点；闪蒸目录1 前言 .................................................................................................................. - 3 -2 状态方程的选择 ........................................................................................... - 4 -3 混合规则 .................................................. - 5 -4 气液平衡的计算 ........................................................................................... - 6 -4.1 泡点计算［3] ............................................................................................ - 6 -4.2 露点计算[3］............................................ - 7 -4。

3 等温闪蒸的计算....................................... - 8 -5 结论 .................................................................................................................. - 8 -6 参考文献 ......................................................................................................... - 8 -1前言精馏计算是空分流程计算的关键环节，而气液平衡计算又是精馏计算中最基础的，其精确与否直接影响到流程计算的准确性。

气液平衡方程

气液平衡方程气液平衡是物理化学中的重要概念，描述了气体和液体相互作用的过程。

在很多实际应用中，了解气液平衡方程可以帮助我们理解和预测物质在不同温度和压力下的行为，从而为工业、环境和化学工程的设计提供依据。

1. 概述气液平衡是指在一定温度和压力下，气体和液体之间能够达到稳定的平衡状态。

气体分子和液体分子之间的相互作用力包括吸引力和斥力，主要有范德华力和表面张力。

在气液平衡中，液体分子蒸发形成气体，同时气体也会溶解在液体中。

当气体分子进入液体中，会和液体分子发生相互作用，并达到一种平衡状态，即液体的蒸发速率等于液体中气体的溶解速率。

这个平衡状态可以通过气液平衡方程描述。

2. 气液平衡方程的推导根据气体分子动理论和热力学中的平衡条件，可以推导出气液平衡方程。

在一定温度下，液体汽化的过程可以认为是液体分子逃逸出液体表面的过程。

根据反应速率和化学动力学的理论，液体汽化速率与液体表面上气体分子的数目成正比。

假设液体表面上每平方厘米有单位时间内蒸发或凝聚的分子数分别为dn1dt 和dn2dt，则单位时间内蒸发分子数与单位时间内凝聚分子数之差为：dn dt =dn1dt−dn2dt根据单位时间内蒸发分子数与单位时间内凝聚分子数之差等于单位时间内液体表面减少的分子数，可以得到：dn dt =−dNdt其中，dN表示单位时间内液体表面减少的分子数。

根据斯托克斯方程，可以将dN 表示为：dN=A⋅[P饱和−P]其中，A为液体表面积，P饱和为液体饱和蒸气的压强，P为液体与气体接触时的压强。

将dN的表达式带入上式，可以得到：dn=−A⋅(P饱和−P)dt考虑到饱和蒸气压与温度有关，即P饱和=f(T)，可将上式改写为：dn=−A⋅[f(T)−P]dt又称为液体的蒸发速率r，用摩尔分数表示而单位时间内单位面积上蒸发分子数dndt为y1。

因此，可得到气液平衡方程的一般表达式：r=−A⋅[f(T)−P]3. 气液平衡方程的应用气液平衡方程的应用非常广泛，在工业、环境和化学工程的设计中经常被使用。

化工热力学06互溶系统的汽液平衡关系式

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化工热力学06互溶系统的汽液平衡关系式
•引言
➢相平衡定义及性质：
• 当各相性质达到稳定,不再随时间发生变化, 则 •达到相平衡。相平衡是动态平衡。
➢相平衡类型：
•汽液平衡（vapor liquid equilibrium, VLE）, 用于精馏
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•吸热、体积增大
化工热力学06互溶系统的汽液平衡关系式
•负偏差体系相图
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•放热、体积缩小
化工热力学06互溶系统的汽液平衡关系式
•（4）共沸体系相图
•最大压力恒沸物体系，最高点处泡点线与露点线相交。
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•汽相逸度用逸度系数，液相用活度系数计算
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化工热力学06互溶系统的汽液平衡关系式
•注意：常用于中、低压下汽液平衡计算，因为公式推导过程中没有考虑压力对活度系数的影响。
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化工热力学06互溶系统的汽液平衡关系式
•讨论:

化工热力学中气液平衡和汽液平衡的应用

化工热力学中气液平衡和汽液平衡的应用尹海英;舒明勇【摘要】相平衡是本科生化工热力学课程教学中的核心内容，气液平衡和汽液平衡是吸收和精馏单元操作的理论基础。

以混合物平衡准则^fαi =^fβi 为理论基础，介绍了化工热力学课程中气液平衡和汽液平衡不同体系在不同压力下的相平衡简化关系式。

气液平衡和汽液平衡计算为研究化工单元与过程的极限操作条件和能量的变化、解决化工热力学分析方法的改进提供理论依据，广泛应用于石油开采、混合物的分离、药物的提纯、食品的保存、环境保护等方面。

%Phase equilibrium is the core content in the course of Chemical Engineering Thermodynamicsfor undergraduate students, gas-liquid equilibrium and vapor-liquid equilibrium are the theoretical basis of the absorption and distillation units. In this work, the mixtu re equilibrium criterion ^fαi =^fβi was the theoretical basis, the gas-liquid equilibrium and vapor-liquid equilibrium in the application of knowledge in the process of chemical production was introduced. The gas - liquid equilibrium and vapor - liquid equilibrium relationship provided theoretical basis for the improvement of chemical engineering unit and the change of the chemical engineering thermodynamics and the improvement of chemical thermodynamic analysis method, was widely used in the petroleum exploitation, the separation of the mixture, the purification of the medicine, the preservation of food, the protection of the environment, and so on.【期刊名称】《广州化工》【年(卷),期】2015(000)020【总页数】3页(P227-229)【关键词】化工热力学;平衡准则;气液平衡;汽液平衡【作者】尹海英;舒明勇【作者单位】攀枝花学院生物与化学工程学院，四川攀枝花 617000;攀枝花学院生物与化学工程学院，四川攀枝花 617000【正文语种】中文【中图分类】G424.2根据高等院校卓越工程师的培养目标，化学工程与工艺专业学生应是掌握化工生产过程和设备的基本原理、设计方法和管理知识，具有化工生产、研究、设计、产品开发的基本能力，具有扎实的基础知识和求实创新能力、工程实践能力的综合型高级工程技术人才。

常用气液平衡的计算方法

常用气液平衡的计算方法气液平衡是工程领域中一个重要的计算问题，广泛应用于化工、环保、能源等领域。

常用的气液平衡计算方法包括理论计算方法、实验方法以及经验公式等。

本文将介绍几种常用的气液平衡计算方法。

1.热力学模型方法热力学模型方法是一种基于热力学理论的计算方法。

它可以通过各种状态方程以及物性数据，来计算气液系统的平衡条件和物态参数。

常见的热力学模型方法有Van der Waals 方程、Redlich-Kwong方程、Peng-Robinson方程等。

Van der Waals方程是最早提出的用于计算气液平衡的方程之一、它考虑了分子体积和分子间相互作用，可以较为准确地描述饱和蒸汽压和液体密度。

但它对于非理想气体的计算精度相对较低。

Redlich-Kwong方程是一种改进的Van der Waals方程，引入了温度因子和压力因子来修正Van der Waals方程的不足之处。

它对非理想气体的计算精度更高，特别适用于大分子物质的计算。

Peng-Robinson方程是目前应用最广泛的气液平衡计算方程之一、它综合考虑了Van der Waals和Redlich-Kwong方程的优点，通过引入修正因子和温度压力关联参数，可以较为准确地描述各种气体混合物的物态参数。

2.实验测量方法实验测量方法是通过实验手段来测量气液平衡的参数。

常用的实验方法包括测量饱和蒸气压、密度、相平衡温度等。

测量饱和蒸气压是一种常用的实验方法，常见的测量方法有饱和蒸汽压力法、质谱法、毛细管法等。

测量密度是另一种常用的实验方法，可以通过使用密度计或者浮力计来测量密度。

对于多组分混合物，可以使用浮法液体密度计来测量总浮力，并通过测量溶液密度和纯溶剂密度的差异来计算溶质的浓度。

相平衡温度可以通过制备一系列不同浓度的溶液，然后使用沸腾检测仪或者冷凝器等设备来测量相平衡温度。

3.经验公式方法经验公式方法是基于大量实验数据得出的简化近似计算公式。

化工热力学中气液平衡和汽液平衡的应用

ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌｂａｓｉｓｆｏｒｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆｃｈｅｍｉｃａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｕｎｉｔａｎｄｔｈｅｃｈａｎｇｅｏｆｔｈｅｃｈｅｍｉｃａｌｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＰｈａｓｅｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍｉｓｔｈｅｃｏｒｅｃｏｎｔｅｎｔｉｎｔｈｅｃｏｕｒｓｅｏｆＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＴｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｓｆｏｒ
ｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ，ｔｈｅｓｅｐａｒａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍｉｘｔｕｒｅ，ｔｈｅｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｍｅｄｉｃｉｎｅ，ｔｈｅｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎｏｆｆｏｏｄ，ｔｈｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ａｎｄＳＯｏｎ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＣｈｅｍｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＴｈｅｒｍｏｄｙｎａｍｉｃｓ；ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍｃｒｉｔｅｒｉｏｎ；ｇａｓ —ｌｉｑｕｉｄｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ；ｖａｐｏｒ —ｌｉｑｕｉｄｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ
ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｗａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｔｈｅｇａｓ— ｌｉｑｕｉｄｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍａｎｄｖａｐｏｒ— ｌｉｑｕｉｄｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｐｒｏｖｉｄｅｄ

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（1）保持温度不变，得 p-x 图（2）保持压力不变，得 T-x 图（3）保持组成不变，得 T-p 图
较常用常用不常用。
汽液平衡体系的类型——与理想体系的偏差
1）一般正偏差 2）一般负偏差 3）正偏差、最大压力恒沸物（最低恒沸点） 4）负偏差、最小压力恒沸物（最高恒沸点）
1）一般正偏差： •溶液中各组分的分压均大于拉乌尔定律的计算值 •溶液的蒸汽压介于两纯组分的蒸汽压之间。 •如甲醇-水体系、呋喃-四氯化碳体系。
xF
xD
第四章内容
§4.1 汽液平衡 §4.2 气液平衡 §4.3 液液平衡 §4.4 化学反应平衡
§4.0 相平衡判据与相律
§4.0.1 相平衡（ Phase Equilibrium） – 相平衡讲的就是物系组成（x，y）与T、
p 间的关系 – 相平衡时不同相之间的化学位差为零，
即化学位相等。 – 汽液平衡（VLE）、液液平衡（LLE）、
Ki
yi xi
ˆil ˆiV
第二章已学过逸度用EOS计算的方法：
lnˆi
P Zi 1dP 1
0P
RT
P 0
(Vi
RT P
)dP
状态方程法（逸度系数法）
在咖啡壶里，水溶性的成分从咖啡颗粒中浸出进入水中；
有的人领带被肉汁弄脏，他会用清洁剂溶解并除去油渍。
在这些普通的日常经历以及生理学、家庭生活、工业等方面的许多例子中，都有一种物质从一相到另一相的转化，这是因为当两相相互接触时，它们倾向于交换其中的成分直至各相组成恒定。这时，我们就说这些相处于平衡状态。
1、汽液平衡的两种计算方法
– 1）状态方程法 – 2）活度系数法
2.汽液平衡的分类
1）完全理想系：汽相—理想气体，液相—理想液体 2）理想系：汽液相—理想溶液（VL均服从LR） 3）部分理想系：汽—理想气体，液相—非理想溶液 4）非理想系：汽、液相均为非理想溶液
§4.1.2.1 相平衡的判据
1）两个相（α，β），N个组分达到平衡
2. 要解决的问题：物系组成（x、y）与T、p 间
的关系
3. 重要性：相平衡理论是精馏、吸收、萃取等分离操作的基础，实际上就是组成与其它物理量的定量关系，也涉及数据可靠性及估算方法。
•相平衡是一切分离技术及分离设备开发、设计的理论基础和关键。 •分离技术：精馏、吸收、吸附、萃取、结晶。
B
A
xW
固液平衡（SLE）
§4.0.2 相律
F =N -π+ 2
自由度组分数相数
例对于二元汽液平衡，自由度F为 F = 2- 2 + 2 = 2
则在T, P, x1, x2, y1, y2诸变量中，仅可指定2 个自变量，如T，x1，体系即可确定，其余诸变量需借助相平衡方程求出。
§4.1 汽液平衡
从立体图上得到平面截面图(保持一个变量为常量)
第四章
相平衡与化学反应平衡
我们生活在一个混合物的世界里——我们呼吸的空气、吃的食物以及汽车里的汽油都是混合物，我们随处都可发现生活与由不同化学物质组成的材料有关。
我们做的许多事都涉及物质从一种混合物到另一种混合物的转化，
例如：在肺部，空气中的氧气溶入血液中，而二氧化碳则离开血液进入空气；
两个相的平衡组成通常有很大的不同，正是这种差别使我们可以利用蒸馏、萃取和其它的相接触操作来分离混合物。
研究相平衡的目的、意义
1. 确定不同相间组成关系举例：（1）50％水＋50％乙醇的液相，其对应
的汽相组成是什么？反之亦然。
（2）用于冷凝器，已知汽相组成，求液相组成。
以上汽液平衡是化工生产中最重要的相平衡。其它如液液平衡、气液平衡、固液平衡
fˆi fˆi fˆi （i 1，2，N）
——最实用
有N（π-1）方程式
相平衡的判据为：各相的温度、压力相
等时，各相中组分的分逸度相等！
§4.1.2.2 活度系数与组成关系式
汽液平衡的准则：
两相的T，P相等时 fˆiV fˆiL(i 1,2,, N )
1、汽液平衡的两种计算方法：
1）状态方程法
•恒沸点
P-xb
P-yb •恒沸点
Raoult定律计算值
•正偏差、最低恒沸点
•负偏差，最高恒沸点
yB
yB
xB
1 正偏差
1
i 1
xBΒιβλιοθήκη 2 1xB负偏差
1
i 1
xB
注意： 1、压力一定，则恒沸点的组成和温度固定不变
2、压力变化，则恒沸点的组成和温度随之相应变化；
2
§4.1.2 汽液平衡关系式
T，P一定
i
i
（i
1，2， N）
vapor liquid
如：VLE时
iV
L i
fiV i i0 RT ln fˆi
fiL fˆiV fˆiL （i 1，2，N）
N个方程式
§4.1.2.1 相平衡的判据
2）π个相， N个组分达到多相平衡
（α，β，γ，δ，…… π ）
T，P一定
i i i （i 1，2，N）
P-xb
P-yb
Raoult定律计算值 •恒沸点
4）负偏差，最小压力恒沸物（最高恒沸点）
•负偏差较大，溶液的总压在P-x曲线上出现最低点 •最低点压力小于两纯组分的蒸汽压。 •在T-x曲线上出现最高点，该点y=x，称为恒沸点。 •如氯化氢-水体系、氯仿-丙酮体系。对于这种体系，用一般精馏法是不能将此分离开的，必须要采用特殊分离法。
Raoult定律计算值
2）一般负偏差 •溶液中各组分的分压均小于Raoult定律的计算值 •溶液的蒸汽压介于两纯组分的蒸汽压之间。 •如氯仿-苯体系、四氯呋喃-四氯化碳体系。
Raoult定律计算值
3）正偏差、最大压力恒沸物（最低恒沸点）
•正偏差较大，溶液的总压在P-x曲线上出现最高点 •最高点压力大于两纯组分的蒸汽压。 •在T-x曲线上出现最低点，该点y=x，称为恒沸点。 •如乙醇-水体系(78.1℃）、乙醇-苯体系。对于这种体系，用一般精馏法是不能将此分离开的，必须要采用特殊分离•法恒。沸点
fˆiV fˆi L
Pyiˆ
V i
PxiˆiL
2）活度系数法
fˆiV PyiˆiV
fˆi
L
fi0 xi i
1）状态方程法
——汽液两相的逸度均用EOS计算
fˆiV
Pyiˆ
V i
fˆi L
Pxiˆ
L i
fˆiV fˆiL(i 1,2,, N )
ˆ
V i
yi
ˆiL xi
i 1 , 2N