1、4.2 二組分系統(tǒng)氣液平衡相圖及應(yīng)用 p-x圖和T-x圖 抱負(fù)完全互溶雙液系 杠桿規(guī)則 蒸餾（或精餾）原理（理解） 非抱負(fù)完全互溶雙液系第1頁(yè)第1頁(yè)p-x圖 和 T-x圖二組分系統(tǒng)：變量通常是T，p 和構(gòu)成 x 。二組分系統(tǒng)狀態(tài)圖：需用三個(gè)坐標(biāo)立體圖表示。保持一個(gè)變量為常量，從立體圖上得到平面截面圖。保持溫度不變，得 p-x 圖（恒溫相圖）（較慣用）保持構(gòu)成不變，得 T-p 圖 （不慣用）保持壓力不變，得 T-x 圖(恒壓相圖） （慣用）第2頁(yè)第2頁(yè)抱負(fù)完全互溶雙液系(1) p-x圖（恒溫相圖）第3頁(yè)第3頁(yè)抱負(fù)完全互溶雙液系（2） p-x-y 圖（恒溫圖）第4頁(yè)第4頁(yè)抱負(fù)完全互溶雙液系三個(gè)區(qū)域

2、（面）：在液相線之上，系統(tǒng)壓力高于任一混合物飽和蒸氣壓，氣相無法存在，是液相區(qū)（面）在氣相線之下，系統(tǒng)壓力低于任一混合物飽和蒸氣壓，液相無法存在，是氣相區(qū)（面）。在液相線和氣相線之間是氣-液兩相平衡。液相線：p-xA線氣相線：p-yA線第5頁(yè)第5頁(yè)抱負(fù)完全互溶雙液系(3) T-x圖（恒壓相圖） 亦稱為沸點(diǎn)-構(gòu)成圖。外壓為大氣壓力，當(dāng)溶液蒸氣壓等于外壓時(shí)，溶液沸騰，這時(shí)溫度稱為沸點(diǎn)。某構(gòu)成蒸氣壓越高，其沸點(diǎn)越低，反之亦然。第6頁(yè)第6頁(yè)抱負(fù)完全互溶雙液系氣相線（T-yB）液相線(T-xB)氣相區(qū)（面）液相區(qū)（面）氣-液共存區(qū)（面）T-x圖：相點(diǎn)系統(tǒng)點(diǎn)相點(diǎn)第7頁(yè)第7頁(yè)三個(gè)坐標(biāo)分別代表p，T,和x；抱

3、負(fù)完全互溶雙液系（4） T-p-x圖（立體圖） 把p-x圖和T-x圖合在一起，就得到T-p-x三維圖。第8頁(yè)第8頁(yè)杠桿規(guī)則（Lever rule）兩相區(qū)中，系統(tǒng)點(diǎn)C代表了系統(tǒng)總構(gòu)成和溫度。DE線：恒溫連結(jié)線（tie line）。落在DE線上所有系統(tǒng)點(diǎn)相應(yīng)液相和氣相構(gòu)成，都由D點(diǎn)和E點(diǎn)構(gòu)成表示。第9頁(yè)第9頁(yè)杠桿規(guī)則（Lever rule） 借助于力學(xué)中杠桿規(guī)則求算，即以系統(tǒng)點(diǎn)為支點(diǎn)，支點(diǎn)兩邊連結(jié)線長(zhǎng)度為力矩，計(jì)算液相和氣相物質(zhì)量或質(zhì)量，這就是可用于任意兩相平衡區(qū)杠桿規(guī)則。即或 能夠用來計(jì)算兩相相對(duì)量（總量未知）或絕對(duì)量（總量已知）。第10頁(yè)第10頁(yè)蒸餾（或精餾）原理（理解）簡(jiǎn)樸蒸餾 簡(jiǎn)樸蒸餾只能

4、把雙液系中A和B粗略分開。假如純A沸點(diǎn)高于純B沸點(diǎn)，闡明蒸餾時(shí)氣相中B組分含量較高，液相中A組分含量較高。 一次簡(jiǎn)樸蒸餾，餾出物中B含量會(huì)明顯增長(zhǎng)，剩余液體中A組分會(huì)增多。第11頁(yè)第11頁(yè)蒸餾（或精餾）原理精餾 精餾是多次簡(jiǎn)樸蒸餾組合。精餾塔底部是加熱區(qū)，溫度最高；塔頂溫度最低。精餾結(jié)果：塔頂冷凝搜集是純低沸點(diǎn)組分，純高沸點(diǎn)組分則留在塔底。第12頁(yè)第12頁(yè)非抱負(fù)完全互溶雙液系(1)對(duì)拉烏爾定律發(fā)生偏差 如圖所表示，是對(duì)拉烏爾定律發(fā)生正偏差情況，虛線為理論值，實(shí)線為試驗(yàn)值。真實(shí)蒸氣壓不小于理論計(jì)算值。第13頁(yè)第13頁(yè)非抱負(fù)完全互溶雙液系第14頁(yè)第14頁(yè)非抱負(fù)完全互溶雙液系(2)正偏差在p-x圖上

5、有最高點(diǎn)在p-x圖上有最高點(diǎn)者，在T-x圖上就有最低點(diǎn)（最低恒沸點(diǎn)）第15頁(yè)第15頁(yè)非抱負(fù)完全互溶雙液系最低恒沸混合物是混合物而不是化合物它構(gòu)成在定壓下有定值。改變壓力，最低恒沸點(diǎn)發(fā)生移動(dòng)。問題：如何用相律解釋？第16頁(yè)第16頁(yè)非抱負(fù)完全互溶雙液系（3）負(fù)偏差在p-x圖上有最低點(diǎn)在p-x圖上有最低點(diǎn)者，在T-x圖上就有最高點(diǎn)（最高恒沸點(diǎn)）第17頁(yè)第17頁(yè)非抱負(fù)完全互溶雙液系最高恒沸混合物它構(gòu)成在定壓下有定值。改變壓力，最高恒沸點(diǎn)溫度會(huì)改變，其構(gòu)成也隨之改變。第18頁(yè)第18頁(yè)4.3 部分互溶雙液系 含有上部會(huì)溶溫度 (consolute temperature） 含有下部會(huì)溶溫度 同時(shí)含有上部、

6、下部會(huì)溶溫度 不含有會(huì)溶溫度第19頁(yè)第19頁(yè)4.3 部分互溶雙液系（1）含有上部會(huì)溶溫度 系統(tǒng)在常溫下只能部分互溶，分為兩層。B點(diǎn)溫度稱為最高臨界會(huì)溶溫度（critical consolute temperature） 。溫度高于 ，水和苯胺可無限混溶。左半支：水中飽和了苯胺右半支：苯胺中飽和了水升高溫度，彼此溶解度都增長(zhǎng)。到達(dá)B點(diǎn)，界面消失，成為單一液相。第20頁(yè)第20頁(yè)部分互溶雙液系帽形區(qū)外：溶液為單一液相帽形區(qū)內(nèi)：溶液分為兩相。 所有平均值連線與平衡曲線交點(diǎn)為臨界會(huì)溶溫度。 一定溫度下，兩層構(gòu)成份別為A和A”，稱為共軛層（conjugate layers），A和A”稱為共軛配對(duì)點(diǎn)。 是共

7、軛層構(gòu)成平均值。第21頁(yè)第21頁(yè)在 溫度（約為291.2K）下列，兩者能夠任意百分比互溶，升高溫度，互溶度下降，出現(xiàn)分層。部分互溶雙液系（2）含有下部會(huì)溶溫度 水-三乙胺溶解度圖如圖所表示。 下列是單一液相區(qū)，以上是兩相區(qū)。第22頁(yè)第22頁(yè)部分互溶雙液系（3）同時(shí)含有上部、下部會(huì)溶溫度 如水和煙堿溶解度圖下部會(huì)溶溫度 (約334 K)上部會(huì)溶溫度 (約481K) 形成一個(gè)完全封閉溶度曲線，曲線之內(nèi)是兩液相區(qū)。第23頁(yè)第23頁(yè)部分互溶雙液系（4） 不含有會(huì)溶溫度 如： 乙醚與水構(gòu)成雙液系，在它們能以液相存在溫度區(qū)間內(nèi)，始終是彼此部分互溶，不含有會(huì)溶溫度。第24頁(yè)第24頁(yè)4.4 不互溶雙液系不互溶雙液系特點(diǎn) 假如A，B 兩種液體彼此互溶程度極小，以致可忽略不計(jì)。則A與B共存時(shí)，各組分蒸氣壓與單獨(dú)存在時(shí)同樣，液面上總蒸氣壓等于兩純組分飽和蒸氣壓之和。 當(dāng)兩種液體共存時(shí)，無論其相對(duì)數(shù)量如何，其總蒸氣壓恒不小于任一組分蒸氣壓，而沸點(diǎn)則恒低于任一組分沸點(diǎn)。即：第25頁(yè)第25頁(yè)4.4 不互溶雙液系問題：分析相圖第26頁(yè)第26頁(yè)氣液液平衡相