从坐标轴可判断上图为p–T相图,是单组分水的相图,因此温度为关键变量参数。从高温区往低温区(如黄色箭头所指)将依次经历气相区(AOC右侧)、液相区(BOC)和固相区(AOB),相数P都为1,自由度f都为2。在这些区域压力和温度在一定范围内可自由变化而不引起体系相数的变化。OC为气-液共存的两相平衡线,OB为液-固平衡线,OA为气-固平衡线,这些线上相数为2,自由度为1,也就是温度和压力中的一个变化了另一个随之确定,在保证体系相态不变的前提下两者不能同时自由变动。O点为三条平衡线的交点,对应三相点,自由度为0,也就是三相点处温度压力都是固定不变的。D点是外压为101325 Pa (1 atm)时对应的液-固平衡相点,也就是水的冰点,其对应的温度为273.15 K,比水的三相点稍小0.01 K。C点是气-液平衡线的终点,为水的临界点,超过C点后气-液界面消失。
例2.指出图3相图中各区域相态、相数、自由度和组成,并回答对a、b、c物料进行精馏后,塔底和塔顶分别得到的是什么?
图3
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图3非理想双液体系相图示意图
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分析:
从坐标轴可判断该相图是存在负偏差的非理想双液体系的T–x相图,因此温度是关键变量。温度从高往低将经历气相区(P= 1,f= 2,温度和组成一定范围内可自由变动)、气-液共存区(P= 2,f= 1)和液相区(P= 1,f= 2)。蓝色的CDE线是气相区边界线,对应气相线,下部绿色的CDE折线是液相区边界线,对应液相线。C点是A组分沸点。E是B组分沸点。D是液相线和气相线的交点,是最高恒沸点,此时气相组分和液相组分的组成相同,对应组分称为最高恒沸点混合物。
分析精馏后塔顶和塔底具体馏分是什么的关键是把握分相后各组分随外在变量变化的走向趋势。以a物料为例,对物料进行加热后相点将逐渐进入气-液双相区,从而相分离成两相,即图中绿色和蓝色分别代表相点。其中绿色相点为液相组分,属凝结相,将往温度越来越高的塔底走(走向如绿色箭头所标示),直到D点,从而塔底得到最高恒沸点混合物;蓝色相点为气相组分,属蒸气相,将往温度越来越低的塔顶走(走向如蓝色箭头所标示),直到E点,从而得到纯B。对b、c物料做类似分析可知,b物料组成同最高恒沸点混合物,精馏后塔底和塔顶馏分的组成也将同最高恒沸点混合物,因而无法对A、