一种新颖的汽液相平衡解析方法研究

江华　徐世前

摘要：《化工原理》教材蒸馏操作一章中，有这样的结论：当易挥发组分A与难挥发组分B组成理想溶液而且两相平衡时，汽相中易挥发组分含量yA总是大于液相中易挥发组分含量xA。此结论是蒸馏原理的理论基础。然而对于这个结论的解释，所有《化工原理》教材中，都只是作了一些定性解释，比较抽象含糊。学生在接受和掌握此结论时感到十分困难，影响后续课程的学习。针对这一问题，本文运用一种新颖的数学分析方法，对汽液相平衡进行定量解析，方法简单，通俗易懂。经过几届的教学，收到了良好的效果。

关键词：汽液相平衡；蒸馏；新颖；解析方法

中图分类号：G642.4？摇 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）06-0074-02

汽液相平衡是非常重要的溶液理论，是蒸馏、吸收、萃取等化工生产操作设计的重要理论依据[1]。它是判定汽液两相传质的方向、传质推动力及传质极限的理论基础[2、3、4]。关于汽液相平衡的表达方式有很多种：相平衡常数法、相对挥发度法、t-x-y相图法、x-y相图法等。但传统的表达方法一般是相平衡常数法、t-x-y相图法、x-y相图法。这些方法的表达和解释抽象难懂，学生不易接受，影响后续课程的学习。本人在多年的《化工原理》教学研究和教学实践的基础上，通过互动进行法和学生了进行大量的交流，积累了一定的教学经验。发现学生对定量的和由公式表达的数学方法解析容易掌握和理解。签于此，我们化工原理教研组总结了两种新颖的数学解析方法。

一、运用拉乌尔定律分析

易挥发组分A与难挥发组分B组成理想溶液，符合拉乌尔定律，可写出下列各式：

PA=PA0·xA

PB=PB0·xB=PB0·（1-xA）

式中：PA，PA——溶液上方组分A及B的平衡分压；

PA0，PB0——纯组分A及B的饱和蒸气压；

xA，xB——溶液中组分A及B的摩尔分率；

P——溶液上方蒸气总压。（下同）

P=PA+PB=PA0·xA+PB0·（1-xA）

根据道尔顿气体分压定律，得：

通过以上两种方法分析所得的结论，非常清晰，直观易懂，学生们很容易接受。这对以后学习温度一体化图、相图以及运用相图分析蒸馏、精馏原理，打下了坚实的基础。

十几年教学过程中发现，学生对传统的定性解释总感迷惑。考试涉及这方面的内容，以前大约有80%的学生掌握不了汽液相平衡基本知识；近几年，我们改用这种定量的解析教学方法，大约有90%以上的学生都能掌握。很明显，这种教学方法取得了很大的成功。这为以后化工原理教学减轻了学生学习负担，同时也为同行提供了一定的教学借鉴。

参考文献：

[1]柴诚敬.化工原理[M].北京：高等教育出版社，2005.

[2]陈敏恒.化工原理[M].北京：化学工业出版社，1982.

[3]姚玉英.化工原理[M].天津：天津大学出版社，2002.

[4]夏清，陈常贵.化工原理[M].天津：天津大学出版社，2005.

作者简介：第一作者：江华，安庆技师学院，讲师，副院长；第二作者：徐世前，芜湖职业技术学院，教授。