第七章相平衡详解
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1、几个基本概念一、相平衡:在一定的条件下,当一个多相系统中各相的性质和数量均不随时间变化时,称此系统处于相平衡。
此时从宏观上看,没有物质由一相向另一相的净迁移,但从微观上看,不同相间分子转移并未停止,只是两个方向的迁移速率相同而已。
二、吉布斯函数:G=H 一TS ,亦称为吉布斯自由能。
G 是一个由H 和T ,S 组合得到的物理量,它具有能量的量纲。
由于H ,S ,T 都是 状态函数,因而G 也必是一个状态函数。
三、化学势:在一个热力系统中,温度是热量传递的驱动力,压力是功传递的驱动力,化学势则是在各相之间或在某给定相的各部分之间质量传递的驱力。
()()()()i j n V S i i j n V S i i j n V S i i j n V S i i j j j j n G n A n H n U ≠≠≠≠⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=,,,,,,,,μ四、吉布斯方程众所周知,确定质量和成分不变的简单可压缩系统的热力学状态需要两个独立参数。
但是,对于可变成分的系统,显然还需要确定成分。
例如,如果用S 和V 为独立变量,则成分固定的封闭的势力学能是U=U(S,V)成分变化的开口系统,U 还应该是r 种不同组元的物质的量n 1,n 2,···n r 的函数,即U=U(S,V , n 1,n 2,···n r )所以开口体系的热力学能的全微分是()i r i i j n V S i n S n V dn n U dV V U dS S U dU j ∑=≠⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂=1,,,,式中n 表示所有组分的物质的量保持常数,即成分不变,而下标n j (j ≠i)表示除n i 之外所有其他组分的n 保持常数。
当在微分过程中所有组分的n 保持不变时,则有T S U n V =⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂, 和p V U nS -=⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂, 而组元i 的化学势()i j n V S i i j n U ≠⎪⎪⎭⎫⎝⎛∂∂=,,μ 因此U 的全微分可写为∑=+-=ri ii dn pdV TdS dU 1μ (4.3) 同样,多组元系统的其它广延参数,也是不同组元的物质的量n 1,n 2,···n r 的函数。
相平衡的基本概念,相平衡各种关系式及计算嘿,朋友!咱今天来聊聊相平衡这回事儿。
你知道吗,相平衡就像一场微妙的舞蹈。
想象一下,不同的物质相聚在一起,它们之间的相互作用就像是舞者之间的默契配合。
相平衡里的基本概念,那可是相当重要。
比如说相,这可不是咱们平常说的“看相”的相哦!它指的是物理性质和化学性质完全相同的均匀部分。
就好比一群人,穿着一样的衣服,有着一样的表情,做着一样的动作,这就是一个相。
再说说相平衡的关系式,这就像是解开谜题的密码。
各种参数相互关联,就像错综复杂的蜘蛛网。
温度、压力、浓度,它们之间的关系可不简单。
比如说克劳修斯-克拉佩龙方程,它能告诉我们相变时温度和压力之间的神秘联系。
咱来举个例子,水的蒸发,大家都熟悉吧?水从液态变成气态,这就是一个相变过程。
在这个过程中,温度和压力就遵循着特定的关系式。
要是温度升高,压力也得跟着变,不然这平衡可就被打破啦!
计算相平衡的问题,那可得细心再细心。
就好像你在走钢丝,一步都不能错。
比如算一个混合物的气液平衡组成,你得把各种参数都考虑进去,一个不小心,结果就可能差之千里。
你想想,如果不搞清楚相平衡,那在化工生产中会出多大的乱子呀!比如说蒸馏操作,要是不知道相平衡的关系和计算方法,怎么能分离
出纯净的物质呢?
所以说,相平衡的基本概念、关系式和计算,那可都是宝!掌握了
它们,就像是拥有了一把神奇的钥匙,能打开很多未知的大门,解决
很多实际的问题。
朋友,你可一定要把这门学问学好,让自己在知识
的海洋里畅游无阻!。
May 27, 2011背景两相接触时,相间将发生物质、能量的交换,直至相的性质如温度、压力、组成等保持恒定,即处于相平衡。
掌握相平衡时体系的温度、压力、各相的体积和组成以及其它热力学函数间的关系较为重要。
相平衡是化工分离技术与分离设备开发、设计的理论基础,工业上应用广泛的精馏、吸收、萃取、吸附、结晶等就是分别以汽-液、气-液、液-液、气-固、液-固平衡为设计依据。
本章主要论述相平衡理论及平衡数据的计算,重点讨论汽-液平衡。
进行混合物相平衡计算时,需将混合物的相平衡准则与反映混合物特征的模型(状态方程+混合规则或活度系数模型)结合起来。
Gibbs-Duhem方程反映了混合物中各组分的偏摩尔性质的约束关系,它不仅在检验偏摩尔性质模型时非常有用,而且因某些偏摩尔性质,例如, ,等,与混合物的相平衡紧密联系,在相平衡数据的检验和推算中也有非常重要的应用。
ln i γˆln i φ1)确定平衡状态;2)计算互成平衡状态下各个相的性质。
相平衡热力学性质计算包括两个部分:重点内容:¾平衡性质与判据,混合物的汽液相平衡及其表达¾混合物相平衡关系(温度T、压力p、与各相的组成)的确定¾汽液相平衡计算类型与方法¾汽-液平衡计算¾Gibbs-Duhem方程应用于汽液平衡数据的热力学一致性校验主要内容7.1 相平衡的判据与相律7.2 汽液平衡相图7.3 汽液平衡计算7.1.1 相平衡的判据7.1 相平衡的判据与相律等温等压的封闭体系达到平衡的判据:,()0T p dG =(7-1)相平衡指的是溶液中形成若干相,这些相之间保持着物理平衡而处于多相共存状态。
一切自发过程必引起体系的自由焓减少,达到平衡时,体系的自由焓最小。
7.1.2 相律揭示平衡体系自由度、组分数、相数之间的关系!表征相平衡体系强度状态的变量称作相律变量。
对于含有π个相和N个组分的体系,独立相律变量有T、p以及每相中N-1个组分的摩尔分数, 总计2+ π(N-1)个。