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第五章 相平衡
§5.1 引 言
相平衡是热力学在化学领域中的重要应用之一。化工中很多分离提纯过程，例如精馏、吸收、结晶、萃取等，都涉及到物质在不同相中的分配，它们主要利用物质的挥发性或溶解度等方面的差异，以达到分离提纯的目的，相平衡亦可为此提供理论依据。因此研究相平衡有着重要现实意义。
一、相（phase）
体系内部物理和化学性质完全均匀的部分称为相。相与相之间在指定条件下有明显的界面。
（1）气体，不论有多少种气体混合，只有一个气相。
（2）液体，按其互溶程度可以组成一相、两相或三相共存。
（3）固体，一般有一种固体便有一个相。两种固体粉末无论混合得多么均匀，仍是两个相（固体溶液除外，它是单相）。
体系中相的总数用Φ表示。
二、相变
物质从一个相流动到另一个相的过程，称为相变化，简称相变。相变包括气化（boil）、冷凝（condensation）、熔化（melt）、凝固（freeze）、升华（sublimation）、凝华以及晶型转化等。
三、相图（phase diagram）
将多相体系的状态随组成、温度、压力等强度性质的改变而发生的过程用图形表示，称为相图。
根据组成相的物态不同分为气-液相图、液-液相图和液-固相图。
根据用途不同可将相图分为
温度-蒸汽压图（T－p图，P314 图5.1）、
蒸汽压－组成图（p－x图，P318 图5.3）:恒定温度，研究P-x，y 85 之间的关系。称为压力组成图。
温度－组成图（T－x图，P321 图5.5）:在恒定压力下表示二组分系统气-液平衡时温度与组成关系的相图。研究T-x，y之间的关系。
和温度－蒸汽压－组成图（T－p－x图，P322 图5.6），T-x-y,x-y,p-x-y相图等。
四、自由度（degrees of freedom）
确定平衡体系的状态所必须的压力、温度和浓度等独立强度性质的数目称为自由度，用字母f表示。
化工单元操作复习题(含答案)
第一章 流体流动
一、选择题
1．单位体积流体所具有的（ ）称为流体的密度。 A
A 质量；B 粘度；C 位能；D 动能。
2、单位时间内流过管道任一截面积的流体质量称为 a 。
a.质量流量 b.质量流速 c.体积流量。
3．层流与湍流的本质区别是（ ）。 D
A 湍流流速＞层流流速； B 流道截面大的为湍流，截面小的为层流；
C 层流的雷诺数＜湍流的雷诺数；D 层流无径向脉动，而湍流有径向脉动。
4．气体是（ ）的流体。 B
A 可移动；B 可压缩；C 可流动；D 可测量。
5．在静止的流体内，单位面积上所受的压力称为流体的（ ）。 C
A 绝对压力；B 表压力；C 静压力；D 真空度。
6、流体的粘度愈大，它的流动性就 b 。
a.愈大 b.愈小 c.不变
7、流体在管中稳定流动时的流速与管内径的关系是 c 。
a.与管内径成正比 b.与管内径的平方成正比
c.与管内径的平方成反比 d.与管内径成反比。
8. 从流体静力学基本方程了解到U型管压力计测量其压强差是( )。 A
A. 与指示液密度、液面高度有关，与U形管粗细无关；
B. 与指示液密度、液面高度无关，与U形管粗细有关；
C. 与指示液密度、液面高度无关，与U形管粗细无关。
9、14、真空度为0.092MPa在标准大气压下，绝对压力为 b MPa。
a.0.092 b.0.009 c.760 d.0.1013
10.流体流动时产生摩擦阻力的根本原因是（ ）。 C
A. 流动速度大于零； B. 管边不够光滑； C. 流体具有粘性。
11.在相同条件下，缩小管径，雷诺数（ ）。 A
第五章 蒸 发
本 章 学 习 要 求
1．熟练掌握的内容
单效蒸发过程及其计算（包括水分蒸发量、加热蒸汽消耗量、有效温度差及传热面积的计算）；蒸发器的生产能力、生产强度和单位蒸汽消耗量。
2．理解的内容
蒸发操作的特点；多效蒸发操作的流程及最佳效数。
3．了解的内容
蒸发过程的工艺应用与分类；常用蒸发器的结构、特点和应用场合；蒸发器的选用。多效蒸发过程的计算。
§5.1 概 述
一、蒸发操作及其特点
工程上把采用加热方法，将含有不挥发性溶质（通常为固体）的溶液在沸腾状态下，使其浓缩的单元操作称为蒸发。蒸发操作广泛应用于化工、轻工、食品、医药等工业领域，其主要目的有以下几个方面：
1、浓缩稀溶液直接制取产品或将浓溶液再处理（如冷却结晶）制取固体产品，例如电解烧碱液的浓缩，食糖水溶液的浓缩及各种果汁的浓缩等；
2、同时浓缩溶液和回收溶剂，例如有机磷农药苯溶液的浓缩脱苯，中药生产中酒精浸出液的蒸发等；
3、为了获得纯净的溶剂，例如海水淡化等。
图5－1为一典型的蒸发装置示意图。图中蒸发器由加热室1和分离室2两部分组成。加热室为列管式换热器，加热蒸汽在加热室的管间冷凝，放出的热量通过管壁传给列管内的溶液，使其沸腾并汽化，汽液混合物则在分离室中分离，其中液体又落回加热室，当浓缩到规定浓度后排出蒸发器。分离室分离出的蒸汽（又称二次蒸汽，以图5－1 蒸发装置示意图
区别于加热蒸汽或生蒸汽），先经顶部除沫器5除液，再进入混合冷凝器3与冷水相混，被直接冷凝后，通过大气腿7排出。不凝性气体经分离器4和缓冲罐5由真空泵6排出。
工程上，蒸发过程只是从溶液中分离出部分溶剂，而溶质仍留在溶液中，因此，蒸发操作即为一个使溶液中的挥发性溶剂与不挥发性溶质的分离过程。由于溶剂的汽化速率取决于传热速率，故蒸发操作属传热过程，蒸发设备为传热设备，如图5-1的加热室即为一侧是蒸汽冷凝，另一侧为溶液沸腾的间壁式列管换热器。此种蒸发过程即是间壁两侧恒温的传热过程。但是，蒸发操作与一般传热过程比较，有以下特点：
1
课题 第5章 第4节 蒸腾作用 课型 新授课
教学
目标 1、描述植物的蒸腾现象，解释植物水分散失的主要原因；
2、举例说明蒸腾作用的概念；
3、举例说出气孔的数目和分布与植物蒸腾作用的关系；
4、说出蒸腾作用对植物生活的意义；
5、观察植物蒸腾失水的演示实验，运用观察和分析能力，形成对生命科学研究的浓厚兴趣；
重点
难点 重点：1、蒸腾作用的概念和意义；
难点：1、植物的蒸腾作用概念；
教具
准备 课件 课时
安排 1课时
教学过程与教学内容 教学方法与学法 教学反思
一、组织教学
二、导言：一株玉米从出苗到结实的一生中，大约需要消耗200千克以上的水。这其中作为植物组成成分的水为1.827千克，维持植物生理过程的水为0.25千克，两者用水量加起来约为2.077千克，仅占植物吸入体内水分总量的1％，那其余的99％的水分“跑”到哪里去了呢？
要弄明白这个道理，我们就得从植物的蒸腾作用说起，那么，什么叫做蒸腾作用呢？蒸腾作用对植物生活有什么意义呢？
今天我们就来一起研究这些问题。
师生共同学习探究新课。
（一）植物的蒸腾现象
请学生仔细观察老师的上面的演示实验，在观察时，请思考以下几个问题，并分组讨论：
①描述两个塑料袋上出现的实验现象。
②试解释发生上述实验现象的原因。
③两个试管内的水面上为什么要滴些植物油？
④为什么要将实验装置放在温暖、有阳光的地方？
演示“植物的蒸腾失水”的实验目的，首先在于使学生观察到植物的蒸腾现象，然后，通过引导学生分析这种生理现象，使他们认识到：植物体内水分能够以水蒸气形式散失（水珠的发生），从而解答了导入时提出的玉米一生所吸收总水量的99%的水“跑”哪去了的问题。
通过演示实验引导学生追问，植物体为什么要大量地散失水分？它们是怎样散失水分的呢？这样做有什么意
讨论法
2 义？从而引导出本节课的主题――植物的蒸腾作用。
