2.汽液相平衡

汽液相平衡的原理
汽液相平衡是指在一定温度和压力下，液相和气相之间达到动态平衡的状态。

其原理涉及到气体的分子运动和相变。

1. 液体中分子的蒸发: 在液体中，部分分子具有足够的能量克服表面张力，从液体表面转变为气体状态。

这个过程称为蒸发。

蒸发速率受温度的影响，温度越高，液体中分子的平均动能越大，蒸发速率也越快。

2. 气体中分子的凝聚: 在气体中，分子通过碰撞和相互作用形成气体分子云团。

当这些分子碰撞到固体或液体表面时，会发生凝聚，从气态转变为液态或固态。

这个过程称为凝聚。

3. 动态平衡: 在密闭容器中，当液体蒸发和气体凝聚两个过程达到一定平衡时，就会形成汽液相平衡。

在平衡状态下，液体蒸发的速率等于气体凝聚的速率，此时系统的总压力保持不变。

根据这些原理，可以得出以下结论：
1. 液体温度越高，蒸发速率越快，气体分子云团越多，气体分压增大。

2. 液体中分子的引力大于其动能时，凝聚速率会增大，气体分压减小。

3. 凝聚和蒸发过程达到动态平衡时，系统中液体和气体的分子数相对稳定，总压力不变。

这些原理是基于气体和液体分子之间的力学相互作用和热平衡的原理，可以被应用于许多领域，如化学反应、物理实验和工业生产中。

第二节双组分溶液的汽液相平衡§6.2.1、理想物系的汽液相平衡平衡蒸馏与简单蒸馏中都存在着汽液两相共存的物系。

在平衡蒸馏中汽液两相充分接触后再进行分离，可以近似认为两相已达到平衡状态。

在简单蒸馏中汽体自沸腾液体中产生，也可近似认为两相处于平衡状态。

所以，蒸馏过程都涉及到两相共存的平衡物系。

一、汽液两相平衡共存的自由度物系中共有四个变量P、T、y、xF = c-p+2 = 2-2+2 = 2所以四个变量中只有两个独立变量。

而蒸馏过程的操作压强是恒定不变的。

P一定，则F=1，即T、x、y中只有一个独立变量了。

若T一定，则x、y随之而定；若x或y 一定，则T（y）或T（x）也随之而定。

图中恒压下双组分平衡物系中必存在着：1）液相（或汽相）组成与温度间的一一对应关系，T-x(y)关系。

2）汽、液相组成之间的一一对应关系，y～x关系。

二、双组分理想物系的Tb～x关系式（泡点——液相组成关系式）理想物系液相为理想溶液I.S.，服从拉乌尔定律；微观Micro：g11=g22=g12，宏观Macro：△H=0；△V=0汽相为理想气体I.G.，服从理想气体定律或道尔顿分压定律。

根据拉乌尔定律，液相上方的平衡蒸汽压为，，混合液的沸腾条件是各组分的蒸汽压之和等于外压，即或Tb～x的函数关系已知泡点，可直接计算液相组成；反之，已知组成也可算出泡点，但一般需经试差，这是由于fA (t)和fB(t)通常系非线性函数的缘故。

纯组分的p0与t的关系通常可表示成如下的经验式：安托因方程A，B，C为安托因常数，由手册查得。

三．汽液两相平衡组成间的关系式Κ——相平衡常数,y-x的函数关系，P一定，Κ=f(T)。

四．汽相组成与温度（露点）的定量表达式y-Td函数关系式五．t～x(y)图和y-x图P恒定E、F互成平衡的汽、液相B'——第一个汽泡D'——第一个液滴把p一定，不同温度下互成平衡的汽液两相组成y和x绘制在y-x坐标中，得到的图称为y-x图。

《化工原理》第六章“精馏”复习题一、填空题1. 在汽-液相平衡的t-x-y图中,沸点与液相组成的关系曲线,称为________,沸点与汽相组成的曲线,称为____________.( ***答案***液相线(或泡点线) 汽相线(或露点线))2. 在汽-液相平衡的t-x-y图中, 液相线与汽相线将图平面平分为三个区:汽相线以上的区域称为________,液相线以下的区域称为_________,汽.液相线之间的区域为___________.(***答案*** 汽相区液相区汽液共存区)3. 在y-x图中,以A组份标绘的平衡曲线在对角线的左上方,则表示A组分比B组分的挥发度______.平衡曲线若在对角线的右下方,则表示A组分比B组分挥发度_____. (***答案*** 高低)4. 精馏过程,就是利用混合液的各组分具有不同的__________,利用_____________、_____________的方法,将各组分得以分离的过程. （***答案*** 沸点(或挥发度) 多次部分汽化多次部分冷凝)5. 某泡点进料的连续精馏塔中,进料组成xf=0.35,系统的平均相对挥发度α=2.44, 当xf=0.93时,达到此分离要求的最小回流比Rmin=____. (***答案*** 1.66)6. 当塔板中上升的汽相与下降液相之间达到＿＿＿＿＿时，该塔板称理论塔板。

***答案*** (相平衡)7. 分离某些α接近1的物系时,可采用一些特殊的精馏方法,如_______，_________.(***答案***萃取精馏恒沸精馏)8. 分离要求一定。

当回流比为一定时，在五种进料状况中，＿＿＿＿进料的ｑ值最大，其温度＿＿＿＿＿＿，此时，提馏段操作线与平衡线之间的距离＿＿＿＿，分离所需的总理论板数＿＿＿＿＿＿＿＿。

(***答案***冷液ｔF ＜ｔ泡最远最少)9. 精馏过程设计时，增大操作压强，则相对挥发度＿＿＿＿，塔顶温度＿＿＿＿，塔釜温度＿＿＿＿。

衢州学院化工分离复习题库一、 填空： 1、 分离作用是由于加入（分离剂）而引起的，因为分离过程是（混合过程 ）的逆过程。

2、 固有分离因子是根据（气液相平衡）来计算的。

它与实际分离因子的差别用（板效率）来表示。

3、 汽液相平衡是处理（气液传质分离）过程的基础。

相平衡的条件是（所有相中的温度压力相等、每一组分的逸度也相等）。

4、为表示塔传质效率的大小，可用（级效率）表示。

5、 对多组分物系的分离，应将（分离要求高）或（最困难）的组分最后分离。

6、 设计变量分为（固定设计变量）与（可调设计变量）。

7、. 吸收过程计算各板的温度采用（热量衡算）来计算，而其流率分布则用（简捷计算）来计算。

8、关键组分的相挥发度越大，精馏过程所需的最少理论板数（越少）。

9、进料中易挥发含量越大，精馏过程所需的最少理论板数（不变）。

10. 萃取精馏塔中，萃取剂是从塔（底）出来。

11. 在板式塔的吸收中，原料中的平衡常数小的组分主要在塔内（底）板被吸收。

12. 完成一个给定的分离要求所需功最小的过程是（可逆）。

13、 从节能的角度分析难分离的组分应放在（最后）分离。

15、分离工程操作中，分离剂可以是（能量分离剂）和（物质分离剂）。

16、对于二元溶液的范拉尔方程，当01→x 时，1ln γ∞=( 12A )，2γ=( 1 )。

17、对于能生成二元最低恒沸物的物系来说，x 、y 关系在恒沸点左侧为（ y x > ），在y ）。

恒沸点右侧为（x18、在一个塔中精馏某二元最低恒沸物时，塔顶得到的产物是（恒沸物），塔底得到的产物是（纯组分）。

19、萃取精馏塔中，当原料以（气相或q=0 ）热状况加入时，精馏段与提馏段中的溶剂浓度大致相等，萃取剂将从塔（底或釜）出来。

20、单组分气体在固体上吸附时适用于五种类型吸附等温线中的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ种类型的吸附理论是(BET多分子层吸附理论)，只适用于其中的第Ⅰ种类型的吸附理论是（朗格谬尔单分子层吸附理论）。

第1章气液相平衡目录（一）填空题 (1)（二）选择题 (2)（三）判断题 (3)（四）简答题 (3)（五）分析题 (4)（六）计算题 (4)（七）名词解释 (5)1.分离工程分为( )和( )两大类。

2.机械分离过程用于各种（ ）的分离，相间不发生物质（ ）现象，如（ ）（举两个例子即可）属此类。

3.传质分离过程用于各种（ ）的分离，其特点是相间都有（ ）现象发生，按传质机理的不同，可分为两大类，即（ ）和（ ）。

4.分离工程操作中，分离剂可以是（ ）和（ ）。

5.速率控制分离的过程是依靠传递速率的不同来实现的，是均相传递过程，如（ ）等属此类。

（请选择：反渗透、电渗析、扩散渗析、 过滤、离心分离、膜分离）6.平衡分离的过程是（ ）。

（请选择：过滤、离心分离、蒸馏、吸收、萃取、吸附、膜分离、渗透）7.气液相平衡常数定义为（ ）。

8.理想气体的平衡常数与（ ）无关。

9.活度是（ ）浓度。

10.低压下二元非理想溶液的相对挥发度12a 等于（ ）。

11.气液两相处于平衡时，（ ）相等。

12.Lewis 提出了等价于化学位的物理量（ ）。

13.逸度是（ ）压力。

14.露点方程的表达式为( )。

15.泡点方程的表达式为( )。

16.泡点温度计算时若1>∑i X i k ，温度应调（ ），泡点压力计算时若1>∑i X i k ，压力应调（ ）。

17.露点温度计算时若1/<∑i i k y ，温度应调（ ），露点压力计算时若1/<∑i i k y ，压力应调（ ）。

18.露点方程的表达式为（ ）、泡点方程的表达式为()，在多组分精馏中塔底温度是由（ ）方程求定的。

1.由沸点较低的组分A 和沸点较高的组分B 组成的二元溶液在某压力下达到气液平衡时，y A 与x A 关系为（ ）。

（A ）A A x y = （B ）A A x y > （C ）A A x y <； （D ）不确定2.下列哪一个是机械分离过程（ ）。

实验三乙醇-环己烷双液系汽液平衡相图一、实验目的1.绘制环已烷一乙醇双液系的汽—液平衡相图2.掌握测定双组分液体的沸点及正常沸点的方法3.掌握用折光率确定二元液体组成的方法二、重点与难点1．t-x-y相图，相律2．汽液平衡原理3. 折光率仪的使用三、实验原理两种在常温时为液态的物质混合起来而组成的二组分体系称为双液系，两种液体若能接任意比例互相溶解，称为完全互溶的双液系。

若只能在一定比例范围内互相溶解，则称部分互溶双液系。

对双液系的气液平衡相图，温度—组成图可分为三类；（ l ）溶液沸点介于两纯组分沸点之间（a）以理想体系为代表。

（ 2 ）溶液存在最高沸点（图b），极大负偏差溶液（ 3 ）溶液存在最低沸点（图 c ），极大正偏差溶液（ b ）、（ c ）中的最高点、最低点为垣沸点，其相应的溶液称为恒沸点混会物，恒沸点混合物蒸馏所得的汽相和液相组成相同。

如果在恒压下将溶液蒸馏，当气液两相达平衡时，记下此时的沸点，并分别测定气相（馏出物）与液相（蒸溜液）的组成，就能绘出温度-组成图。

本实验采用的是测定溶液折光率的方法来间接测定溶液的组成。

实验中乙醇和环己烷两者纯物质的折光率相差较大，它们二者形成的溶液的折光率与组成之间就存在着一定的关联，通过测定一系列已知组成的溶液的折光率可以得到标准折光率—组成曲线，实验中测定未知组成溶液的折光率，对照标准曲线，就可以查得溶液的组成。

四、仪器试剂图5.2 沸点仪示意图1. 冷凝管2. 冷凝液凹槽3.烧瓶4.支管5.温度计6.磁子7.磁力搅拌加热器五、实验步骤1 、调节超级恒温槽温度，使阿贝折光仪的温度计读数保持在25 ℃。

2 、温度计校正。

从加料口加入100% 乙醇至干燥的蒸馏器约 2/3 处，使温度计探头浸入溶液中，打开直流稳流电源的开关，加热体系，使溶液沸腾，待温度恒定后，记录所得温度和室内大气压力。

停止通电，倾出乙醇到原瓶中。

3 、用漏斗从加料口加入含有乙醇约为 5 ％的环己烷溶液至蒸馏器约 1/3 处，打开冷却水，同法加热使溶液沸腾。

分离工程复习题库第一部分填空题1、分离作用是由于加入（分离剂）而引起的，因为分离过程是（混合过程）的逆过程。

2、分离因子是根据（气液相平衡）来计算的。

它与实际分离因子的差别用（板效率）来表示。

3、汽液相平衡是处理（汽液传质分离）过程的基础。

相平衡的条件是（所有相中温度压力相等，每一组分的化学位相等）。

4、精馏塔计算中每块板由于（组成）改变而引起的温度变化，可用（泡露点方程）确定。

5、多组分精馏根据指定设计变量不同可分为（设计）型计算和（操作）型计算。

6、在塔顶和塔釜同时出现的组分为（分配组分）。

7、吸收有（轻）关键组分，这是因为（单向传质）的缘故。

8、对多组分吸收，当吸收气体中关键组分为重组分时，可采用（吸收蒸出塔）的流程。

9、对宽沸程的精馏过程，其各板的温度变化由（进料热焓）决定，故可由（热量衡算）计算各板的温度。

10、对窄沸程的精馏过程，其各板的温度变化由（组成的改变）决定，故可由（相平衡方程）计算各板的温度。

11、为表示塔传质效率的大小，可用（级效率）表示。

12、对多组分物系的分离，应将（分离要求高）或（最困难）的组分最后分离。

13、泡沫分离技术是根据（表面吸附）原理来实现的，而膜分离是根据（膜的选择渗透作用）原理来实现的。

14、新型的节能分离过程有（膜分离）、（吸附分离）。

15、传质分离过程分为（平衡分离过程）和（速率分离过程）两大类。

16、分离剂可以是（能量）和（物质）。

17、Lewis 提出了等价于化学位的物理量（逸度）。

18、设计变量与独立量之间的关系可用下式来表示( Ni=Nv-Nc即设计变量数=独立变量数-约束关系 )19、设计变量分为（固定设计变量）与（可调设计变量）。

20、温度越高对吸收越（不利）21、萃取精馏塔在萃取剂加入口以上需设（萃取剂回收段）。

22、用于吸收过程的相平衡关系可表示为（V = SL）。

23、精馏有（两个）个关键组分，这是由于（双向传质）的缘故。

24、精馏过程的不可逆性表现在三个方面，即（通过一定压力梯度的动量传递），（通过一定温度梯度的热量传递或不同温度物流的直接混合）和（通过一定浓度梯度的质量传递或者不同化学位物流的直接混合）。

1. 汽液相平衡是处理（汽液传质分离）过程的基础。

相平衡的条件是（所有相中温度压力相等，每一组分的化学位相等）。

2. 常用的气液相平衡关系为（）。

完全理想体系的相平衡关系式为（）。

汽液两相为理想溶液时的相平衡关系式为（）。

3. 相对挥发度的定义为两组分的（汽液组成）之比.4. 一定压力下加热液体混合物，当液体混合物开始汽化，产生的第一个汽泡时的温度叫（泡点）。

5. 一定温度下压缩汽体混合物，开始冷凝时产生的第一个液滴时的压力叫（露点压力）。

6. 在分离流程中常遇到的部分汽化和冷凝过程属（等温闪蒸）过程。

7. 单级分离是指两相经过（接触后达到相平衡）后随即分离的过程。

8. 在进行闪蒸计算时，需判断混合物在指定温度和压力下是否处于（两相区）。

9. 当混合物在一定的温度和压力下，满足（）条件，混合物处于两相区，可通过物料平衡和相平衡计算求出其平衡汽液相组成。

10. 根据泡、露点的概念，精馏塔塔顶温度即为对应塔顶气相组成的（露点），塔釜温度即为对应塔釜液相组成的（泡点）。

11. 泡点压力是指一定（温度）下减低系统压力，液体混合物开始汽化产生的第一个汽泡时的压力。

12. 一定压力下冷却汽体混合物，当汽体混合物开始冷凝时产生的第一滴液滴时的温度叫（露点温度）。

13. 系统温度大于露点时，体系处于（过热蒸汽）区。

14. 系统温度小于泡点时，体系处于（过冷液相）区。

15. 当体系处于泡点和露点温度之间时，体系处于（汽液两相）区。

16. 计算泡点压力时，如果∑K i x i >1，压力应（调高）。

17. 计算泡点压力时，如果∑K i x i <1，压力应（调低）。

18. 计算泡点温度时，如果∑K i x i >1，温度应（调低）。

19. 计算泡点温度时，如果∑K i x i <1，温度应（调高）。

20. 计算露点压力时，如果∑y i /K i >1，压力应（调低）。

21. 计算露点压力时，如果∑y i /K i <1，压力应（调高）。