5吸收式制冷機的溶液熱力學基礎5.1溶液、溶液的成分5.2相、獨立組分數(shù)、自由度和相率5.3理想溶液兩組分體系的相圖5.4溶解與結晶、吸收與解析、蒸餾與精餾5.5兩組分體系的焓-濃度（h-ξ）圖5.6穩(wěn)定流動下溶液的混合與節(jié)流前言1.在一定溫度下，均可形成對應的動態(tài)兩相平衡；

2.上部蒸汽部分：（1）的上部為純H2O蒸汽；（2）的上部為純H2O蒸汽；（3）的上部為C2H5OH+H2O兩組分蒸汽、且C2H5OH的比例高。

3.平衡條件被破壞時：整體溶液會變化；（1）純水（2）58%溴化鋰水溶液（3）38度老白干前言H2O的蒸汽壓、兩相的C2H5OH+H2O組分的分壓力也會變化；溶液的液相的濃度（成分）會變化。

4.上部，H2O的壓力或分壓力不同；

5.（3）的上部C2H5OH+H2O兩組分的成分與液相中兩組分成分一般不同；

6.液相吸收蒸汽會放熱，析出蒸汽需吸熱。

溶液熱力學研究溶液的熱力學性質及溶液在加熱（或放熱）過程中狀態(tài)的變化情況。（1）純水（2）58%溴化鋰水溶液（3）38度老白干5.1溶液、溶液的成分

一.溶液

1.溶液——由兩種或兩種以上的物質所組成的均勻、穩(wěn)定的體系稱為溶液。溶液分為：氣態(tài)（體）溶液，如空氣；液體溶液，如溴化鋰水溶液；固態(tài)溶液，又稱固溶體。

2.溶劑與溶質——在液態(tài)溶液（2）58%溴化鋰水溶液

中，能溶解其它物質的組分叫溶劑，被溶解的物質叫溶質。溶質可以是固體（如溴化鋰）、液體（如乙醇）和氣體（如氨氣），溶劑一般為液體。

3.溶液的“元”——“元”即表示組分多少的量詞。兩元溶液，如溴化鋰－水溶液和氨－水溶液。一.溶液的成分組成溶液的各組分在溶液中所占的百分比。常見的有：質量分數(shù)、摩爾分數(shù)。

5.1溶液、溶液的成分

一.溶液的成分

1.質量分數(shù)：（2）58%溴化鋰水溶液

式中：

mi—第i種組分的質量；

m—為溶液的總質量。質量分數(shù)也簡稱濃度。1.摩爾分數(shù)：

式中：

ni—第i種組分的摩爾數(shù)；

n—為溶液的總摩爾數(shù)。為方便起見，混合氣體的摩爾分數(shù)用符號yi表示，液體的摩爾分數(shù)xi表示。（3）38度老白干5.2相、獨立組分數(shù)、自由度和相率

一.相體系內(nèi)物理和化學性質完全均勻一致的部分稱之為相。（2）58%溴化鋰水溶液

相與相之間有明顯分界面。體系內(nèi)相的數(shù)目用Φ表示。舉例：空氣，只有氣相，Φ=1；濕飽和蒸汽，有液、汽兩相，Φ

=2。

二.獨立組分數(shù)

平衡體系中獨立存在的物質稱為獨立組分，其數(shù)目為獨立組分數(shù)，用k表示。舉例：冰水混合物，只有H2O一種組分，k=1；溴化鋰水溶液，有LiBr和H2O，k=2。（2）58%溴化鋰水溶液5.2相、獨立組分數(shù)、自由度和相率

三.自由度體系的自由度是指體系的獨立可變因素。在一定范圍內(nèi)，這些因素的數(shù)值可以任意改變而不會引起相數(shù)目的改變；用f表示。如：氧氣

氧氣，f=2，如p和t，在一定范圍內(nèi)這兩個量（因素）可以自由改變，但p、t、v三個量不能同時自由改變。

f=體系最小不可同時改變的狀態(tài)參數(shù)的數(shù)目-1

四.相率

體系處于平衡狀態(tài)時，它的自由度f、相數(shù)Φ和組分數(shù)k之間存在如下關系：濕飽和蒸汽

①氧氣：

k=1，Φ

=1，f=2;

有兩個獨立可變的因素——p、t，p、v或t、v。不會是p、t、v三個都獨立可變，f≠3。5.2相、獨立組分數(shù)、自由度和相率

四.相率

②濕飽和蒸汽：

k=1，Φ=2，f=1;

只有一個獨立可變因素——p，或t，或v。

ps=1atm的濕蒸汽；

ps=0.9atm的濕蒸汽；

ps=1atm、90℃的濕蒸汽？

③單相溴化鋰水溶液：

k=2，Φ=1，f=3;p、t、ξ都是可以獨立改變的因素。

④溴化鋰水溶液-蒸汽兩相平衡時：

k=2，Φ=2，f=2;t、ξ與上部的蒸汽壓是相對應的。溴化鋰水溶液濕飽和蒸汽5.2相、獨立組分數(shù)、自由度和相率

四.相率溴化鋰水溶液

換一個角度，f是確定體系所處狀態(tài)而需要的獨立狀態(tài)參數(shù)的數(shù)目。⑤單組分體系，k=1：當Φ=1時，f=2，如氧氣；當Φ=2時，f=1，如濕蒸汽；穩(wěn)定的大氣，f=2。

⑥兩組分汽、液平衡體系：

k=2，Φ=2，f=2

確定處于汽、液平衡的二元溶液的狀態(tài)，只需要知道兩個獨立的狀態(tài)參數(shù)，其它狀態(tài)參數(shù)就可隨之而定。這兩個狀態(tài)參數(shù)可以是p、t、h和ξ中的任意兩個參數(shù)。濕飽和蒸汽5.3理想溶液兩組分體系的相圖

一.溶液的相平衡溴化鋰水溶液

溶液在一定條件下，易揮發(fā)的組分經(jīng)常自發(fā)地通過分界面從液相轉移到氣相，因而造成了蒸汽壓；同時也有一些氣態(tài)基本微粒從氣相轉移到液相，這樣：①氣相、液相之間的轉移產(chǎn)生了質量和能量的交換；②在轉移過程中，當兩種轉移的速度相等時，在系統(tǒng)中所有各部分的全部狀態(tài)參數(shù)都保持不變，實現(xiàn)溶液的相平衡狀態(tài)?！八懈鞑糠帧奔疵恳徊糠郑缫合嗖糠?、氣相部分；也包括整體系統(tǒng)；

相平衡是動態(tài)平衡；

溶液的相平衡與純物質的相

平衡有相同之處，又有一定的差別——二者都是動態(tài)平衡，但溶液的液相在相變時成分也同時發(fā)生變化。濕飽和蒸汽5.3理想溶液兩組組分體系的相相圖一.溶液的相平衡衡溴化鋰水溶液液溶液兩相之間間的質量與能能量的交換：：某一濃度的溶溶液，在不同同的溫度下形形成對應不同同蒸氣壓的的相平衡；若溶液的液相相被降溫，則則液相吸收上部部蒸氣；若壓力較高的的外部蒸氣進進入汽相中，，則液相吸收收上部蒸氣；；維持連續(xù)的吸吸氣，則需要要：①溶液降溫，，即取走熱量量；②濃度降到一一定程度后的的液相被抽走走；③補充較高濃濃度的新溶液液。濕飽和蒸汽單一組分的氣氣、液兩相之之間質量與能能量的連續(xù)交交換：取熱降溫+凝液抽走。5.3理想溶液兩組組分體系的相相圖二.p-x圖1.拉烏爾定律：：在一定溫度下下，理想溶液液任一組分的的蒸氣分壓等等于其純組分分的飽和蒸氣氣壓乘以該組組分在液相中中的摩爾分數(shù)數(shù)。從整體看，又又有A、B的摩爾分數(shù)。。A、B組成理想溶液2.道爾頓分壓力力定律道爾頓分壓力力定律也講蒸蒸氣分壓，它它指出：溶液中某一組組分的蒸氣分分壓等于溶液液的飽和蒸氣氣壓乘以該組組分在氣相中中的摩爾分數(shù)數(shù)。在組分、溫度度確定的兩相相平衡態(tài)的溶溶液，5.3理想溶液兩組組分體系的相相圖二.p-x圖A、B組成理想溶液液2.道爾頓分壓力力定律3.p-x圖①蒸氣壓p與x的曲線在組分、溫度度確定的兩相相平衡態(tài)的溶溶液，即易揮發(fā)組分分A在氣相中的摩摩爾分數(shù)yA大于它在液相相中的摩爾分分數(shù)xA。5.3理想溶液兩組分體體系的相圖A、B組成理想溶液3.p-x圖②蒸氣壓p與y的曲線討論A為溶液中易揮發(fā)組組分時的情況：5.3理想溶液兩組分體體系的相圖A、B組成理想溶液三.T-x圖很多情況下，液體體在定壓下蒸發(fā)，，此時用T-x圖更方便。T-x圖既可用實驗數(shù)據(jù)據(jù)繪制，也可從p-x圖求得。以液相為例看如何何由p-x圖繪制T-x圖：5.3理想溶液兩組分體體系的相圖A、B組成理想溶液四.杠桿規(guī)則液相線和氣相線將將T-x圖分成三個區(qū)域：：5.3理想溶液兩組分體體系的相圖A、B組成理想溶液四.杠桿規(guī)則5.4溶解與結晶、吸收收與解析、蒸餾與與精餾一.溶解與結晶(1)固體溶質的溶解固體溶質放入溶劑劑中時，溶質表面的基本微利由由于本身的振動和和受到溶劑分子的的吸引，脫離溶質質表面并均勻擴散散到溶劑中形成溶溶液。上述過程稱為溶解解。溴化鋰溶解于水時時整體表現(xiàn)為放熱熱。(2)溶解熱在溶解過程中往往往伴隨著熱的放出出或吸收，此熱為為溶解熱。原應在于：溶質離子擴散于溶溶劑要吸熱；溶質離子與溶劑分分子間結合成水合合物則放熱。吸熱大于放熱時表表現(xiàn)為吸熱；放熱大于吸熱時表表現(xiàn)為放熱。(3)溶解度一定溫度下，一定定量的溶劑只能最最大溶解一定量的的溶質，形成飽和和溶液。飽和溶液中所含的的溶質量為該溫度度下的溶解度。通常用100克溶劑中所含溶質質的克數(shù)來表示。。溶解度與質量分數(shù)數(shù)不同；溶解度與溫度關系系密切，受壓力影影響小。(4)結晶一定溫度飽和溶液液，當溫度降低時時，溶解度減小，，溶液中有固體溶溶質晶體析出，此此為結晶。5.4溶解與結晶、吸收收與解析、蒸餾與與精餾二.吸收與解析主要針對氣體溶質質而言。(2)在溫度為t2時，溶質A在氣相和液相中分分別有(1)在溫度為t1時，溶質A在氣相和液相中分分別有A與B組成溶液，A易揮發(fā)；有T-x圖（p1=const）。(3)C1點溶液溫度一下降降為t2時，則溶液處于非平衡狀狀態(tài)；在p1,t2下處于平衡時的狀狀態(tài)為C2點；C1點的溶液吸收更多多的A來實現(xiàn)在C2點的新平衡。5.4溶解與結晶、吸收收與解析、蒸餾與與精餾二.吸收與解析主要針對氣體溶質質而言。(5)在吸收與解析過程程中也經(jīng)常伴隨著著熱量的交換。如氨蒸汽，被氨水水溶液吸收時放出出熱量；為使其吸收過程不不斷進行，則要對氨水溶液不斷斷地進行冷卻；反之，需不斷加熱熱。(4)對(p1，t2)下處于平衡時的C2點進行加熱至平衡衡態(tài)C1，則A與B組成溶液，A易揮發(fā)；有T-x圖（p1=const）。三.蒸餾與精餾在氨水吸收式制冷冷機中，氨水溶液液在發(fā)生器解析出出氨蒸汽；它是氨蒸汽與水蒸蒸汽的混合物。利用精餾塔對其進進行蒸餾和精餾可可得到純度很高的的氨蒸汽。在溴化鋰吸收式制制冷機中，溶液在發(fā)生器中解解析出水蒸汽，不需要精餾塔。5.4溶解與結晶、吸收收與解析、蒸餾與與精餾利用T-x圖說明蒸餾與精餾餾。(2)加熱到T1時，開始沸騰；(1)組分A，初始點為M，其溫度為TM，A的成分為x1；A與B組成溶液，A易揮發(fā)；有T-x圖（p1=const）。三.蒸餾與精餾a.在O點可產(chǎn)生與液相相處于動態(tài)平衡衡的蒸汽;b.O點產(chǎn)生的蒸汽中中，A組分的成分為y1；c.y1>x1，表明新產(chǎn)蒸汽汽中A組分的成分高于于原溶液中的數(shù)數(shù)值。(3)繼續(xù)加熱到T2時，可知y2>x2，表明N點對應的蒸汽中中A組分成分高于液液相中的數(shù)值。。(4)將M—N過程中產(chǎn)生的蒸蒸汽引出并加以以冷凝，則得到到比原來液相中中含有更多A組分的溶液。溶液的蒸發(fā)、蒸蒸汽的引出與冷冷凝過程稱為蒸蒸餾。(5)不斷進行這樣的的加熱、蒸發(fā)、、引出、冷凝過過程，可得很純純的A組分——精餾。(6)引出蒸發(fā)后的液液體再不斷進行行蒸餾，則液體體中的A組分越來越少，，最后可得很純純的B組分。5.5兩組組分體系的焓-濃圖（h-ξ圖）在吸收式制冷中中，溶液吸收蒸蒸汽要放熱，溶溶液釋放出蒸氣氣要吸收熱量。。吸、放熱的計算算是這樣的：提出h-ξ圖的意義：P=constP=const5.5兩組組分體系的焓-濃圖（h-ξ圖）1.最簡單的問題先討論溶液焓（（h溶液）與組分的比焓焓（h1，h2）之間的關系。。一.h-ξ圖上的等溫線P=const(1)當放熱q=0時，有。5.5兩組組分體系的焓-濃圖（h-ξ圖）一.h-ξ圖上的等溫線看此線在T-x圖上的表示：(2)對于放熱q≠0時，混合過程保保持定溫的實際際情況：2.等溫線群溫度變，h1、h2和q同時改變，得到不同位置的的等溫線。5.5兩組組分體系的焓-濃圖（h-ξ圖）一.h-ξ圖上的等溫線c.位置的高低：在相同質量分數(shù)數(shù)ξ和溫度T下，氣相線和液相線線差別很大。a.氣相部分：2.等溫線群b.液相部分：因此，氣相線高高高在上。5.5兩組組分體系的焓-濃圖（h-ξ圖）二.h-ξ圖上的等壓飽和和線(1)在T-ξ圖上作出T1線，得a、b二點；它們可根據(jù)實驗驗數(shù)據(jù)在h-ξ圖上畫出；也可從T-ξ圖的等壓線和h-ξ圖上的等溫線聯(lián)合得出。等壓飽和線包括括等壓飽和液線線和等壓飽和氣氣線?？丛趆-ξ圖上作出p1=const的兩條等壓線：：在T-ξ圖上作出T2線，得a’、b’二點；(2)h-ξ圖上找到對應的的各點；(3)h-ξ圖上連接a、a’等得到等壓飽和和液線；(4)h-ξ圖上連接b、b’等得到等壓飽和和氣線。5.5兩組組分體系的焓-濃圖（h-ξ圖）三.氨-水溶液的h-ξ圖圖的上半部為氣氣態(tài)區(qū)——1.氨-水溶液h-ξ圖分兩個區(qū)：圖的下半部為飽飽和液態(tài)區(qū)——(1)給出了等壓飽和和氣線，沒有畫畫出等溫線。(2)另給出了一組對對應的輔助等壓壓線。2.對應飽和氣線和和飽和液線之間間的區(qū)域為處于于兩相平衡的氨-水濕蒸汽區(qū)——氨水飽和液+氨水飽和氣共存存(共有)的區(qū)域。(1)給出了等壓飽和和液線和等溫飽飽和液線；(2)圖上的一個點表表示一個飽和液液的狀態(tài)。3.兩相區(qū)d點溫度的求出Td=t35.5兩組組分體系的焓-濃圖（h-ξ圖）四.溴化鋰-水溶液的h-ξ圖1.溴化鋰-水溶液處于兩相相平衡時，在氣氣相區(qū)只有水蒸蒸汽；溴化鋰水溶液h-ξ圖的上部不同于于氨-水溶液的上部。。2.在氣相區(qū)溶質的的ξ=0；3.與液相平衡時的的水蒸汽的焓值都都標在ξ=0的縱坐標上。4.氣相區(qū)有一組輔助等壓線，是為查找找與液相相處于平平衡時的的水蒸汽汽的焓值值的。p-t圖表明溴溴化鋰飽飽和溶液液中壓力p、溫度t和濃度ξ之間關系系。如查找與與A點溶液處處于兩相相平衡時時的蒸汽汽的焓值值。五.溴化鋰-水溶液的的p-t圖p-t圖、h-ξ圖、數(shù)據(jù)據(jù)表、