双组分气液相平衡图|化工单元过程与操作

用相图来表达气液相平衡关系比较直观、清晰，而且影响精馏的因素可在相图上直接反映出来，对于双组分精馏过程的分析和计算非常方便。精馏中常用的相图有以下两种。

( 一) 沸点—组成［t—x( y) ］图

t—x( y) 图数据通常由实验测得。以苯—甲苯混合液为例，在常压下，其t—x( y) 图如图3 -20所示，以温度t 为纵坐标，液相组成xA 和气相组成yA 为横坐标( x，y 均指易挥发组分的摩尔分数) 。图中有两条曲线，下曲线表示平衡时液相组成与温度的关系，称为液相线，上曲线表示平衡时气相组成与温度的关系，称为气相线。两条曲线将整个t—x( y) 图分成三个区域，液相线以下代表尚未沸腾的液体，称为液相区。气相线以上代表过热蒸汽区。被两曲线包围的部分为气液共存区。

( 二) 相平衡( y-x) 图

在恒定总压下，组成为x，温度为t1( 图中的点A) 的混合液升温至t2( 点J) 时，溶液开始沸腾，产生第一个气泡，相应的温度t2 称为泡点，产生的第一个气泡组成为y1( 点C) 。同样，组成为y、温度为t4( 点B) 的过热蒸汽冷却至温度t3( 点H) 时，混合气体开始冷凝产生第一滴液滴，相应的温度t3 称为露点，凝结出第一个液滴的组成为x1( 点Q) 。F、E 两点为纯苯和纯甲苯的沸点。

图3-20　苯—甲苯物系的t—x( y) 图

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图3-21　苯—甲苯物系的y-x 图

应用t—x( y) 图，可以求取任一沸点的气液相平衡组成。当某混合物系的总组成与温度位于点K 时，则此物系被分成互成平衡的气液两相，其液相和气相组成分别用L、G 两点表示。两相的量由杠杆规则确定。

在两组分精馏的图解计算中，应用一定总压下的y-x 图非常方便快捷。

y-x 图表示在恒定的外压下，蒸气组成y 和与之相平衡的液相组成x 之间的关系。图3 -21是101.3kPa 的总压下，苯—甲苯混合物系的y -x 图，它表示不同温度下互成平衡的气液两相组成y 与x 的关系。图中任意点D 表示组成为x1 的液相与组成为y1 的气相互相平衡。图中对角线y=x，为辅助线。两相达到平衡时，气相中易挥发组分的浓度大于液相中易挥发组分的浓度，即y ＞x，故平衡线位于对角线的上方。平衡线离对角线越远，说明互成平衡的气液两相浓度差别越大，溶液就越容易分离。常见两组分物系常压下的平衡数据，可从物理化学或化工手册中查得。

操作中，根据塔顶、塔底温度，确定产品的组成，判定是否合乎质量要求;反之，则可以根据塔顶、塔底产品的组成，判定温度是否合适。

想一想 用t—x( y) 图解释平衡蒸馏和简单蒸馏的原理，说明其为什么不能实现高纯度分离。