乙醇和水系统平衡时气液二相的平衡数据

乙醇和水的相平衡图：

相平衡是指多相系统中各相变化达到的极限状态。此时在宏观上已经没有任何物质在相际传递，但在微观上仍有方向相反的物质在相际传递，且速度相等，故传递的净速度为零。

化工热力学研究的两相系统的平衡，有气液平衡、气固平衡、汽液平衡、汽固平衡、液液平衡、液固平衡和固固平衡；相数多于2的系统，有气液固平衡、汽液液平衡等。

扩展资料：

相平衡条件及相关概念

在一个封闭的多相体系中，相与相之间可以有热的交换、功的传递和物质的交流。对具有个相体系的热力学平衡，实际上包含了如下四个平衡条件:

（1）热平衡条件:：设体系有α、β、‥‥‥、Φ个相，达到平衡时，各相具有相同温度Tα=Tβ=‥‥‥=TΦ

（2）压力平衡条件:：达到平衡时各相的压力相等：pα=pβ=‥‥‥=pΦ。

（3）相平衡条件：任一物质B在各相中的化学势相等，相变达到平衡：μBα=μBβ=‥‥‥=μBΦ

（4）化学平衡条件：化学变化达到平衡：ΣνBμB=0 [2] 。

相：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，在界面上宏观性质的改变是飞跃式的。体系中相的总数称为相数，用Φ表示。

气体：不论有多少种气体混合，只有一个气相。

液体：按互溶程度可组成一相、两相或三相共存。

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（固体溶除外，它是单相）

自由度：确定平衡体系的状态所必须的独立强度变量的数目称为自由度，用字母f表示。这些强度变量通常是压力、温度和浓度等。

独立组分数：在平衡体系所处的条件下，能够确保各相组成所需的最少独立物种数称为独立组分数。

参考资料来源：百度百科——相平衡

对于能形成共沸物的混合溶液来说，普通的精馏方法是很难进行分离的。例如：乙醇—水溶液，因为乙醇同水形成了共沸物。在常压下，共沸组成为4.43%的水，95.57%的乙醇。共沸点为78.15℃。即当乙醇—水溶液浓度为95.6%时，溶液的汽液相组成（平衡组成）相等。这就无法用普通精馏的方法将惭醇溶液再浓缩，即得不到纯度高于95.6%的乙醇。但我们可根据共沸精馏的原理。选择一个好的共沸剂，使之与水和乙醇形成三元共沸物，从而达到分离目的，即可得到无水乙醇。

乙醇和水的自由度：f=C-P+2=2-1+2=3。

乙醇+乙酸生成乙酸乙酯+水，平衡时4种物质互溶，相数P=1，独立组分数C=物种数4-化学平衡数1-浓度限制条件数1（乙酸乙酯量等于水的量），自由度数f=C-P+2=2-1+2=3。

乙醇中的C2H5－基团属于斥电子基，因此把电子排斥给了－OH中的氧，说的通俗一点，C2H5－把电子迫切的推给氧，因此氧就不那么着急管－H要电子了，使的H并没有形成完全赤裸的质子核，所以－OH键的极性就很小．因此很难电离．甚至比水还难电离。

物理性质

乙醇是带有一个羟基的饱和一元醇，可以看成是乙烷分子中的一个氢原子被羟基取代的产物，或者是水分子中的一个氢原子被乙基取代的产物。乙醇分子是由C、H、O三种原子构成的极性分子，其中C、O原子均以sp³杂化轨道成键。

以上内容参考：百度百科-乙醇

水和乙醇会共沸（两种(或几种)液体形成的恒沸点混合物称为共沸混合物），二者混合后汽化你要把它们当成一个整体，不能单一考虑。液相中乙醇的摩尔分率0.00.010.020.040.060.080.100.140.180.200.250.300.350.40常压下乙醇——水的气液相平衡。

液体混合物中各组分在同一温度下具有不同的挥发能力.因而,经过汽液见相变达到平衡后,各组分在汽、液两相中的浓度是不相同的.根据这个特点,使二元混合物在精馏塔中进行反复蒸馏,就可分离得到各纯组分.为了得到预期的分离效果,设计精馏装置必须掌握精确的汽液平衡数据,也就是平衡时的汽、液两相的组成与温度、压力见的依赖关系.大量工业上重要的系统的平衡数据,很难由理论计算,必须由实验直接测定,即在恒压（或恒温）下测定平衡的蒸汽与液体的各组分.其中,恒压数据应用更广,测定方法也较简便.

从文献查得乙醇和水的Antoine常数 (见表1)。

表1 Antoine常数

利用Antoine方程计算在78.15℃时乙醇和水的饱和蒸气压计算值为：

PSl=1．0058×105 Pa，PS2=0.4393×105Pa。常压下汽相混合物服从理想气体定律，则y1=1.0074，y2=2.3056。

对于二元溶液Wilson方程的表达式为：

其中y1=1.0074、y2=2.3056，x1=0.8943、x2=0.1057,带入上式计算后得到Aij(见表2)。

表2 Wilson状态方程参数

组分

乙醇（1）

水（2）

乙醇（1）

1.0000

0.8995

水（2）

0.1441

1.0000

利用参数Aij计算各活度系数r,饱和蒸汽压P1’

当P-Pn<t时，调整温度继续上述计算，得101.325kpa下乙醇一水体系的汽液平衡数据，计算结果见表附表3。