气液相平衡2010
气液平衡的相平衡条件
气液平衡的相平衡条件
气液平衡的相平衡条件是指在闭合系统中，气体与液体达到相平衡的必要条件。
相平衡意味着系统中气体和液体之间的物质交换达到了平衡状态，即两者之间的反应速率相等。
首先，气液相平衡条件之一是液体中溶解的气体分子的逸出速率等于气体中溶
解的气体分子的溶解速率。
这意味着当气体分子从液体中逸出的速率等于气体分子溶解进液体中的速率时，系统达到气液相平衡。
这个平衡条件可以通过亨利定律来描述，该定律指出气体与液体之间的溶解度与气体的分压成正比。
其次，气液相平衡条件还要求气体和液体之间存在均匀的分配。
这意味着在相
平衡状态下，气体和液体之间的分子自由移动并且均匀分布，没有净流动的趋势。
这种均匀分配的态势是通过扩散和浓度均化过程实现的。
最后，气液相平衡还要求液体和气体之间的压力相等。
当气体溶解进液体中时，气体分子对液体施加一定的压力，这被称为溶解气体的蒸气压。
在相平衡状态下，液体的蒸气压与气体的分压相等，从而实现了压力的平衡。
总结来说，气液平衡的相平衡条件包括气体和液体之间溶解速率的平衡、分子
的均匀分配以及压力的平衡。
这些条件是系统达到气液相平衡的前提，同时也是液体和气体之间物质交换达到稳定状态的保证。
气液相平衡在吸收操作中的意义
气液相平衡在吸收操作中的意义
气液相平衡在吸收操作中具有重要意义，主要表现在以下几个方面：
1. 提高传质效率：吸收操作是一种质量传递操作，通过气液相平衡可以提高传质效率。
气体在液体中溶解的速度取决于气体在气液界面的传质速率，而传质速率又受气体和液体间的物理和化学性质影响。
通过控制气液相平衡，可以调整界面上溶解速度的大小，从而提高传质效率。
2. 控制吸收剂的负荷量：吸收操作常常使用吸收剂来吸收特定组分，例如二氧化碳被吸收剂吸收来净化煤矿的风道气。
通过控制气液相平衡，可以调整吸收剂的负荷量，即吸收剂中溶解的目标组分的含量。
可以根据操作要求，选择合适的气液相平衡条件，实现吸收剂的高效利用和目标组分的高效吸收。
3. 实现物质的分离和富集：吸收操作可以用来实现物质的分离和富集。
通过控制气液相平衡，可以调整溶解在液体中的组分的含量，实现将目标组分从气相分离并富集在液相中。
这在液液萃取等分离和富集操作中具有重要意义。
4. 实现反应的转化和控制：吸收操作也可以用来实现反应的转化和控制。
通过控制气液相平衡，可以提高反应物在液相中的浓度，促进反应的进行。
同时，通过调整气液相平衡条件，可以控制反应的速率和选择性，实现对反应过程的控制和优化。
总之，气液相平衡在吸收操作中具有重要意义，可以提高传质
效率，控制吸收剂负荷量，实现物质的分离和富集，以及实现反应的转化和控制。
这些都对吸收操作的效率和产品质量具有重要的影响。
气液相平衡分析(正式)
编订：__________________单位：__________________时间：__________________气液相平衡分析(正式)Deploy The Objectives, Requirements And Methods To Make The Personnel In The Organization Operate According To The Established Standards And Reach The Expected Level.Word格式 / 完整 / 可编辑文件编号：KG-AO-6622-58 气液相平衡分析(正式)使用备注：本文档可用在日常工作场景，通过对目的、要求、方式、方法、进度等进行具体、周密的部署，从而使得组织内人员按照既定标准、规范的要求进行操作，使日常工作或活动达到预期的水平。
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在吸收操作中，气体总量和溶液总量都随吸收的进行而改变，但惰性气体和吸收剂的量则始终保持不变，因此，常采用物质的量比表示相的组成，以简化吸收过程的计算。
物质的量比是指混合物中一组分物质的量与另一组分物质的量的比值，用X或y表示。
吸收液中吸收质A对吸收剂S的物质的量比(摩尔比)可以表示为XA＝nA／ns (11—1)物质的量比与摩尔分数的换算关系为XA＝工A／(1一XA) (11—2)式中XA——吸收液中组分A对组分S的物质的量比；nA，ns——组分A与S的物质的量，kmol；XA——吸收液中组分A的摩尔分数。
混合气体中吸收质A对惰性组分月的物质的量比可以表示为式中YA——混合气中组分A对组分B的物质的量比；nA，nR——组分A与B的物质的量，kmolyA——混合气中组分A的摩尔分数。
在一定温度和压力下，混合气体与液相接触时，溶质便从气相向液相转移，而溶于液相内的溶质又会从溶剂中逸出返回气相。
随着溶质在液相中的浓度逐渐增加，溶质返回气相的量也逐渐增大，当单位时间内溶于液相中的溶质量与从液相返回气相的溶质量相等时，气相和液相的量及组成均不再改变，达到动态平衡。
双液系的气—液平衡相图
实验五双液系的气—液平衡相图一、实验目的1、绘制在标准压力下乙醇-正丙醇体系的沸点组成图，并确定其恒沸点及恒沸组成;2、熟练掌握测定双组分液体沸点的方法及用折光率确定二组分物系组成的方法;3、掌握超级恒温槽、阿贝折射仪、气压计等仪器的使用方法。
二、实验原理1、相图任意两个在常温时为液态的物质混合起来组成的体系称为双液系。
两种溶液若能按任意比例进行溶解，称为完全互溶双液系，如环已烷-乙醇、正丙醇-乙醇体系都是完全互溶体系。
若只能在一定比例范围内溶解，称为部分互溶双液系，例苯-水体系。
在完全互溶双液系中，有一部分能形成理想液态混合物，如苯-甲苯系统，二者的行为均符合拉乌尔定律，但大部分双液系是非理想液态混合物，其行为与拉乌尔定律有偏差。
液体的沸点是指液体的蒸气压与外界压力相等时的温度。
在一定外压下，纯液体的沸点有其确定值，但双液系的沸点不仅与外压有关，而且还与两种液体的相对含量有关。
双液系两相平衡时的气相组成和液相组成并不相同。
通常用几何作图的方法将双液系的沸点对其气相和液相的组成作图，所得图形叫双液系的沸点T(或t)-组成(x)图，即T（或t）—x图。
它表明了沸点与液相组成和与之平衡的气相组成之间的关系。
在恒定压力下，二组分系统气液达到平衡时，其沸点-组成（t-x）图分三类：(1)混合液的沸点介于A、B二纯组分沸点之间。
这类双液系可用分馏法从溶液中分离出两个纯组分。
如苯-甲苯系统，此时混合物的行为符合拉乌尔定律或对拉乌尔定律的偏差不大。
如图5-1(a)所示。
(2）有最低恒沸点体系，如环已烷-乙醇体系，t—x图上有一个最低点，此点称最低恒沸点，在此点相互平衡的液相和气相具有相同的组成，此时混合物的行为对拉乌尔定律产生最大正偏差，如图5-1(b)所示。
对于这类的双液系，用分馏法不能从溶液中同时分离出两个纯组分。
(3）有最高恒沸点体系，如氯仿-丙酮体系，t—x图上有一个最高点，此点称最高恒沸点，在此点相互平衡的液相和气相具有相同的组成，此时混合物的行为对拉乌尔定律产生最大负偏差，如图5-1(c)所示。
空气的气液相平衡
空气的气液相平衡（一）空气的组成空气是一种均匀的多组分混合气体，它的主要成分是氧、氮和氩，此外还含有微量的氢及氖、氦、氪、氙等稀有气体。
根据地区条件的不同，空气中含有不定量的二氧化碳、水蒸气以及乙炔等碳氢化合物，空气的组成及各成分的沸点示于第8章表8-2中。
（二）空气的二元系气液平衡1．气液平衡及氧、氩、氮饱和压力和温度的关系在气液平衡条件下，各相的状态参数保持不变，它们的温度、压力都分别相等，这时的温度称饱和温度，压力称饱和蒸气压力。
纯物质在一定的压力下对应着唯一的饱和温度，或在一定的温度下对应有唯一的饱和压力。
图9-1示出氧、氩、氮纯物质在气液平衡时，饱和压力与温度之间的关系。
图９－１由图知，氧、氩、氮在同一温度下具有不同的饱和蒸气压力，这是由于它们的分子结构和分子间的引力不同所致。
在同一温度下饱和蒸气压的大小，表明了液体气化的难易程度。
饱和蒸气压大的物质容易由液体变为蒸气，反之，饱和蒸气压小的物质不易由液体变为蒸气。
在相同的温度下，氮的饱和蒸气压高于氧的饱和蒸气压，而在相同的压力下，氮的饱和温度低于氧。
氩则介于氧、氮之间。
2．氧－氮二元系的气液平衡压力、温度、比焓与成分的关系氧－氮二元系气液平衡关系可用相平衡图表示。
相平衡图是按用实验方法求得的温度，压力，比焓及摩尔分数之间的关系绘制。
常用的几种平衡图如下：图9-2(1) 图如图9-2所示，图中的每组曲线是在等压下作出的，纵座标表示温度，横座标表示氧的摩尔系数（x及y），对应于每一个压力都有一组气液相平衡曲线（称鱼形曲线，曲线中的压力数值单位是105Pa）。
以任一组曲线为例，上面的一条线称冷凝等压线，它表示在给定的压力下，与液相平衡的气相组成与温度的关系，又称气相线；下面的一条线称沸腾等压线，它表示在给定压力下，与气相平衡的液相组成与温度的关系，又称液相线。
在气相线与液相线之间的区域称湿蒸气区。
曲线的两端点的纵座标分别表示纯氧和纯氮在该压力下的饱和温度。
化工原理第五章气液相平衡
亨利简介
威廉·亨利于1774年12月12日出生在英国的曼彻斯特市。 他们祖孙三代都是医师兼有名的化学家。发明亨利定律的亨利的名字 是威廉·亨利（William Henry），他的父亲名托马斯·亨利( Thomas Henry ），他的儿子名威廉·查尔斯·亨利（William Charles Henry）。他们三代 是十八世纪到十九世纪的著名学者。 威廉·亨利在1795年进爱丁堡大学，一年之后。因为他父亲医务工作 上需要助手，他离开了大学，在家里做实医师。到1805年他又回到爱丁 堡大学，继续学业。1807年化完成了医学博士学位。 亨利定律是在1803年由威廉·亨利在英国皇家学会上宣读的一篇论文 里，加以详细说明的。从此以后，这个定律就被命名为亨利定律了。 1888年，在亨利发表他的定律八十多年后，法国化学家拉乌尔（ Francois－Marie Raoult，1830－1901）发表了他在溶液蒸气压方面的发 现，这就是我们现在所称的拉乌尔定律。 亨利晚年因为严重的头痛和失眠，几乎无法工作，于1836年9月2日离 开人世，终年62岁。
2021/7/31
2、相平衡的理论依据 对单组分物理吸收的物系，根据相律：
F＝K－Φ＋2＝3－2＋2＝3
（K＝3，溶质A，惰性组分B，溶剂S，Φ＝2，气、
液两相）
【结论】在温度T、总压P和气、液相组成共4个变量
中，有3个自变量（独立变量），另1个是它们的函
数。即：
yfT 、 P 、 x
2021/7/31
mE485023.94 p 20.26
从气相分析 y*＝mx＝23.94×0.01＝0.24<y＝0.3
故SO2必然从气相转移到液相，进行吸收过程。 【结论】增大压力（30℃，101.3kPa→202.6kPa）有 利于吸收。
8.2气液相平衡
8.2气液相平衡吸收（传质）与传热两个过程的相似处：传热与吸收过程均由三步构成（解释三步相似），但两个过程也有不同处：传热的推动力是两流体的温度差，过程的极限是两流体的温度相等；吸收的推动力不是两相的浓度差，过程的极限也不是两相的浓度相等。
这是由于气液之间的相平衡不同于冷热流体之间的热平衡，气液相平衡关系是吸收过程的重要基础，我们将详细讨论它。
8.2.1平衡溶解度在一定的温度t 与总压p 下，使一定量的溶剂与溶质接触，溶质便由气相向液相转移，随着溶液浓度的逐渐增高，传质速率将逐渐减慢，最后降为零，此时液相中溶质达到饱和，浓度达到一最大限度e x （x 为液相中溶质A 的摩尔分数，下标e 代表平衡），这时称气液两相达到相平衡，e x 称为平衡溶解度，简称为溶解度（溶解度可以用不同的方式表示，相平衡关系亦可用不同的方式表示，如e p ～x 、e p ～e x 、e y ～x 、e y ～e x 等）。
注意：此时并非没有溶质分子继续进入液相，只是任何瞬间进入液相的溶质分子数与从液相逸出的溶质分子数恰好相等，在宏观上过程就象是停止了。
这种状态称为相际动平衡，简称相平衡。
（1）溶解度曲线对单组分物理吸收的物系，根据相律，自由度数F 为F=C-Φ+2=3-2+2=3(C=3,溶质A ，惰性组分B,溶剂S ，Φ＝2，气、液两相)，即在温度t ，总压p ，气、液相组成共4个变量中，由3个自变量（独立变量），另1个是它们的函数，故可将平衡时溶质在气相中的分压e p 表达为温度t ，总压p 和溶解度x 的函数：()x p t g p e 、、=有关气液相平衡关系的理论还不够完善，故上述平衡关系的具体函数形式还不能从理论上推出，一般时针对具体物系进行实验测定。
实验表明，当总压不太高（一般p <0.5Mpa ）时，p 对平衡的影响可以忽略，而温度t 对平衡的影响颇大。
图8-3为不同温度下氨在水中的溶解度曲线。
从此图可以看出，t ↑同一e p 下x ↓或同一x 下e p ↑。
双组分实际物系的气液相平衡
双组分实际物系的气液相平衡双组分实际物系的气液相平衡是物理化学中一个重要的研究领域。
在这个领域中，我们研究的是由两种不同组分组成的混合物在一定条件下的气相和液相之间的平衡状态。
在气液相平衡中，我们通常关注的是两个重要的参数：温度和压力。
这两个参数会直接影响到气液相平衡的状态。
当温度和压力达到一定条件时，气体和液体之间会达到一个平衡状态，这个状态被称为饱和状态。
饱和状态下，气体和液体之间存在着动态平衡。
这意味着在饱和状态下，气体和液体之间会不断地发生相互转化，但总体上气体和液体的数量保持不变。
这种相互转化的过程被称为汽化和液化。
在双组分实际物系中，两种组分的物理性质会直接影响到气液相平衡的状态。
其中一个重要的性质是两种组分的互溶性。
如果两种组分具有较好的互溶性，那么在饱和状态下，气体和液体之间会有较好的混合性，从而形成一个均一的混合相。
相反，如果两种组分的互溶性较差，那么在饱和状态下，气体和液体之间会发生相分离现象，形成两个不同的相。
另一个重要的性质是两种组分的挥发性差异。
如果两种组分的挥发性差异较大，那么在饱和状态下，气体中富集了挥发性较高的组分，而液体中则富集了挥发性较低的组分。
这种情况下，气液相平衡的状态可以通过蒸馏等方法进行调节，以达到所需的纯度。
在实际应用中，我们经常遇到一些特殊的气液相平衡问题。
例如，在工业生产中，我们需要控制气体和液体之间的平衡状态，以确保产品的质量。
另外，在环境保护领域，我们也需要研究气体和液体之间的平衡状态，以了解污染物在大气和水体之间的传输规律。
总之，双组分实际物系的气液相平衡是一个复杂而有趣的研究领域。
通过深入研究气液相平衡的原理和规律，我们可以更好地理解混合物在不同条件下的行为，并且可以为实际应用提供有力的支持。
双液系的气液平衡相图实验报告
双液系的气液平衡相图实验报告双液系的气液平衡相图实验报告一、引言在化学实验中，相图是研究物质在不同温度和压力下的相态变化规律的重要工具。
气液平衡相图是指在一定温度和压力下，气体和液体之间的平衡状态。
本实验旨在通过测定双液系的气液平衡相图，探究不同组分和温度对气液平衡的影响。
二、实验方法1. 实验仪器和试剂准备本实验所需的仪器有气相色谱仪、恒温水浴槽、压力计等。
试剂包括乙醇、水等。
2. 实验步骤(1) 准备双液系溶液：按照一定的比例将乙醇和水混合制备双液系溶液。
(2) 装填样品：将双液系溶液装填到气相色谱仪的样品瓶中。
(3) 设置温度：将恒温水浴槽的温度调至所需的实验温度。
(4) 测定平衡压力：将样品瓶放入恒温水浴槽中，等待一段时间使系统达到平衡，然后使用压力计测定平衡时的压力。
(5) 重复实验：重复以上步骤，测定不同组分和温度下的气液平衡压力。
三、实验结果根据实验数据，我们绘制了双液系的气液平衡相图。
图中横轴表示乙醇的摩尔分数，纵轴表示平衡时的压力。
我们可以观察到随着乙醇浓度的增加，平衡压力逐渐增大。
同时，随着温度的升高，平衡压力也呈现出上升的趋势。
这与理论预期相符。
四、讨论与分析通过实验结果，我们可以得出以下几点结论：1. 组分对气液平衡的影响：在双液系中，乙醇的浓度增加会导致平衡压力增加。
这是因为乙醇分子与水分子之间的相互作用力较强，使得乙醇分子更难从液相转移到气相，因而需要更高的压力才能达到平衡。
2. 温度对气液平衡的影响：随着温度的升高，气液平衡的压力也会增加。
这是由于温度升高会增加分子的热运动，使得气体分子更容易从液相转移到气相，因此需要更高的压力来保持平衡。
3. 实验误差分析：在实验过程中，由于仪器的精度限制和操作误差等因素的存在，实验结果可能存在一定的误差。
为了提高实验结果的准确性，我们可以增加重复实验次数，并进行数据的平均处理。
五、结论通过本实验，我们成功测定了双液系的气液平衡相图，并探究了组分和温度对气液平衡的影响。
4.2.气液相平衡解析
H 的讨论：1.H↑，cA↑，易溶气体 2.P 对 H 影响较小 3.温度对H的影响： T H
H 与E 的关系：
cA c c p x H c H
* A
c H E
c M M — 溶液的平均摩尔质量, kg / kmol 对于稀溶液 c MS M s — 溶剂的摩尔质量, kg / kmol
— 溶液的密度，kg / m3
s — 溶剂的密度，kg / m3 S
H
S
EM S
2）y mx y*——溶质在气相中的平衡摩尔分数；
*
m ——相平衡常数，无因次。
m的讨论：
①在一定的气相平衡摩尔分数下，
m↑，x↓，溶解度↓，难溶气体。
m↓，x↑，溶解度↑，易溶气体。
E ——亨利常数，单位同压强单位。
* A
——溶质在气相中的平衡分压，kPa；
讨论： ① E的影响因素：溶质、溶剂、T 物系一定，T E ② 在一定的气相平衡分压下， E↑，x↓，溶解度↓，难溶气体。 E↓，x↑，溶解度↑，易溶气体。
（2）亨利定律其它表示方式
cA 1） p H
* A
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
H — 溶解度系数，kmol溶质/（kPa·m3溶液）
E、H及m之间的关系： E mp 式中： m — 汽液相平衡常数； E — 亨利系数，kPa； p — 总压，kPa； H — 溶解度系数， (kmol溶质 / kPa m 3溶液)；
s
HM s
s — 溶剂的密度，kg / m 3；
M s — 溶剂的摩尔质量，kg / kmol。
二、气液相平衡关系
二、气液相平衡关系
汽液平衡是专业术语，汽相与液相间的相平衡。
它与气液平衡有一些共同的规律，所以有时把它与气液平衡合在一起进行研究。
为简便起见，常把汽相或气相与液相之间的平衡合写成汽（气）液平衡。
习惯上把低于临界温度的气体称为蒸气，简称汽，它可以加压液化；高于临界温度的气相，不能加压液化，称为气体。
概述
气液平衡（vapour-liquid equilibrium）vapour-liquid equilibrium又称汽液平衡。
是由n个组分的混合物构成一个封闭系统，并有气-液两相共存，一定的温度和压力下，两相达到平衡时，各组分在汽液两相中的化学位趋于相等。
或运用逸度更为方便：在混合物中i组分在气相和液相中的逸度相等，称气液平衡。
表示方法
若在某一温度、某一压力下气液两相达到平衡，则仅剩下一个自由度，即，气相组成或液相组成。
气相组成与液相组成之间必然存在着固定的关系。
即：气液平衡关系。
平衡溶解度曲线或者数学关系式（亨利定律）便是反映这一气液平衡关系的方法。
平衡溶解度曲线：在一定条件下，溶解达到相平衡时，反映溶质组分在气相中浓度与液相中浓度的关系曲线。
亨利定律：稀溶液范围内，溶解度曲线通常地近似为一直线。
亨利定律就是描述溶质组分在互呈平衡的气相、液相中浓度关系的数学关系式。
在稀溶液中挥发性溶质的实验中，实验表明，只有当气体在液体中的溶解度不很高时该定律才是正确的，此时的气体实际上是稀溶液中的挥发性溶质，气体压力则是溶质的蒸气压。
所以亨利定律还可表述为：在一定温度下，稀薄溶液中溶质的蒸气分压与溶液浓度成正比。
— 1 —。
双液系的气液平衡相图-物化实验报告
双液系的气液平衡相图2 实验操作2.1 实验药品、仪器型号及测试装置示意图实验药品：环己烷（AR），无水乙醇（AR），不同浓度的环己烷-乙醇混合液（环己烷质量分数为10%、30%、69.5%、90%、96%）仪器型号：沸点仪，调压器，阿贝折射仪，超级恒温槽，数显温度计，滴管，移液管，洗耳球测试装置示意图：1.冷却水入口2.气相冷凝液贮存小泡3.温度计4.喷嘴5.电阻丝6.调压器图1 沸点仪示意图2.2 实验条件室温：19.1 ℃湿度：46%大气压：995.7 hPa （已校正）2.3 实验操作步骤及方法要点（1）工作曲线的配置及折射率的测定1)按顺序排列好已经干燥的5个具塞锥形瓶，分别具塞称重并及记录。
2)分别加入1ml、2ml、3ml、4ml、5ml环己烷，称重。
3)再分别加入5ml、4ml、3ml、2ml、1ml无水乙醇，称重并摇匀。
4)用阿贝折射仪分别测定上述溶液、无水乙醇和环己烷的折射率。
5)绘制工作曲线（2）检查待测样品浓度通电加热之前检查沸点仪内的溶液的折射率是否合适，如果不符合要求，需要添加乙醇或环己烷进行调整。
（3）测定各溶液达到汽液平衡时的气相和液相组成打开冷却水，接通电源，慢慢调节调压器电压进行加热，直到溶液沸腾或者出现小气泡，再将电压调到33V。
待温度恒定后，记下该温度值，关电压，停止加热，同时用长滴管从冷凝管上口在小泡中取气相冷凝液，迅速测定折射率，液相溶液稍冷后，从温度计口取液相溶液测定折射率（沸腾过程已经使液相混合比较均匀了，类似“鼓泡法”；而且实际上也没有地方伸入滴管进行搅拌）。
如果沸点仪圆底烧瓶内液体快要蒸干了、电阻丝没有浸泡在液体中，就要及时补充溶液，否则体系内温度会急剧上升。
如果液面低于烧瓶侧面支管口，应及时补充液体，否则无法取液相溶液。
补充溶液时，要等到体系冷却下来。
3 结果与讨论3.1 原始实验数据表1 环己烷-乙醇混合液（标准液）的折射率序号空瓶质量/g瓶+乙醇质量/g瓶+混合液质量/g折射率129.932130.624634.4739 1.3701231.016832.487935.5774 1.3810331.169233.423335.6596 1.3926427.875530.927732.4152 1.4040528.387232.241132.9446 1.41696无水乙醇 1.36387纯环己烷 1.4284表2 环己烷-乙醇混合液（待测液）沸点及气相、液相的折射率序号环己烷质量分数温度/℃气相冷凝液折射率液相折射率1077.56 1.3638 1.3634210%75.63 1.3704 1.3654330%73.16 1.3825 1.3668469.50%64.42 1.3978 1.3817590%64.65 1.4072 1.4162696%67.26 1.4108 1.42417100%80.13 1.4278 1.4272 3.2计算的数据、结果（1）绘制折射率-组成工作曲线根据表1数据计算出各个标准溶液对应的环己烷质量分数，如表3。
5[1].2. 气液相平衡
![5[1].2. 气液相平衡](https://img.taocdn.com/s3/m/cfef4f283169a4517723a3b1.png)
m的讨论： 的讨论： 的讨论 1）m大，溶解度小，难溶气体 2）T ↑ m↑ ； p ↑ m↓
3）摩尔比表示相平衡关系 ）
Y y= 1+ Y
X x= 1+ X
Y X =m 1+ Y 1+ X
Y=
mX 1 + (1 − m) X m)
=1或稀溶液 或稀溶液， 很小， 若 m =1或稀溶液，XA很小，则
* Y A = mX A
某系统温度为10℃，总101.3kPa，试求此条件下在与 空气充分接触后的水中，每立方米水溶解了多少克 氧气？ 查得10℃时氧气在水中的亨利系数E为3.31×106kPa。
p*A ＝ py =101.3×0.21=21.27kPa C*A ＝ HpA
5.2.2. 相平衡关系在吸收过程中的应用
1．判断过程进行的方向 p A ＞p * A A由气相向液相传质，吸收过程 p A ＝p * A 平衡状态 p A ＜p *A A由液相向气相传质，解吸过程 吸收过程：y ＞ y* 或 x*＞ x 或 C*A＞ CA
例题：在101.325 KPa，20℃下，稀氨水的 气液相平衡关系为y*A=0.94XA，若有含氨 0.094（摩尔分数，下同）的混合气体和组 成为XA=0.05的氨水接触，试确定过程进行 的方向（吸收？解吸？）
问题： 问题：
1、 E值大的是难溶气体还是易溶气体？ 、 值大的是难溶气体还是易溶气体 值大的是难溶气体还是易溶气体？ E大的，溶解度小，难溶气体 E小的，溶解度大，易溶气体
E的影响因素：溶质、溶剂、T 2、 物系一定， T↑ E值怎样变化？ 、 物系一定， 值怎样变化？ 值怎样变化 T↑ E ↑ E的来源：实验测得；查手册 的来源：实验测得； 的来源
气液平衡相图的测定
随着工业的发展，多相流体的处理和分离技术在石油、化工、能源等领域的应用 越来越广泛。气液平衡相图作为描述多相流体相平衡关系的基础数据，对于这些 领域的技术开发、工艺优化和过程控制具有重要的指导作用。
气液平衡相图的重要性
基础研究
气液平衡相图是研究多相流体热力学性质的基础数据，对于理解多相流体的相平衡规律、界面张力以及传递性质 具有重要意义。
03
气液平衡相图的测定方法
实验设备与材料
气液平衡相图测定仪
用于测定气液平衡相图，包括恒温槽、压力表、气、氮气、水等。
辅助工具
如注射器、管路、密封圈等。
实验步骤与操作
设定温度
根据实验需求设定恒温槽的温 度，确保实验过程中温度恒定。
开始实验
加强气液平衡相图在工 业上的应用研究，推动 其在更多领域的应用普 及。
跨学科合作
加强与其他学科的合作， 如化学工程、物理化学、 材料科学等，共同推进 气液平衡相图的研究和 应用。
人才培养与交流
加强人才培养和学术交 流，促进气液平衡相图 领域的持续发展。
THANKS
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工业应用
在石油、化工、能源等领域，气液平衡相图是设计和优化油藏工程、油气分离、吸收解吸、萃取精馏等工艺过程 的关键参数。通过测定气液平衡相图，可以预测多相流体的流动特性、分离效果和经济性，为工业过程的优化提 供科学依据。
02
气液平衡相图的基本概念
相平衡
相平衡是指在一定的温度和压力条件下，物质的气相和液相达到平衡状态的状态 。在这种状态下，气相和液相之间不再发生质量传递，即气相和液相的组成保持 不变。
05
应用与展望
工业应用
分离过程优化
气液平衡相图在工业上可用于优 化分离过程，如蒸馏、吸收等，
2-气液相平衡
AB = 1，平衡时 yA = xA，不能用普通精
馏方法分离
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右图中:
yA,3
3 > 2 > 1
yA,2
yA,3 > yA,2 > yA,1 yA,1
则, 采用精馏
方法更易分离
xA
为定值的相平衡曲线
pA 1010mmHg pB* 405 mmHg
xA
p pB* pA* pB*
0.587
yA
pA* xA p
0.78
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例5 -2 已知含苯 0.3(mol%)的苯-甲苯 溶液。若总压为101.3 kPa，试求系统的泡 点温度。
解：设Ts = 95 C
pA
pB
p组分A在气相中
总压的摩尔分数
即：
p A
xA
p B
xB
p
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二、相平衡关系表示法
1. 计算法
xA
p pB* pA* pB*
泡点方程 ( xA ～ T )
当 p、T 一 定时，xA 一定。
yyAA
pp*AAxA pp
露点方程 ( yA～ T )
当 p、T一 定时，yA 一定 即：p 、T 一定，xA、yA 也一定
pA* 153.99 kPa pB* 62.26 kPa
xA
p pB* pA* pB*
0.426
>
0.3
重设： 设 Ts = 98.87C
xA = 0.297 0.3
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气液平衡相图理解
气液平衡相图理解
气液平衡相图是指展现气体与液体之间各组分的平衡比率的一种图形，是液溶性组分划分的实验方法之一。
气液平衡相图中的X轴表示气体分压的增加，Y轴
代表液体的非重的液溶质结合状态，即气液混合物的总液溶质的量占体系总量的比例。
气液平衡相图又称为VLE图。
气液平衡模式则是将气液平衡成两个相的划分
方法。
A相和B相是将气液状态分成两个不同的相，而VLE相图是通过将A相和
B相作为X轴和Y轴来描述这两个相之间的关系。
它可以帮助人们研究不同温度
下气体与液体之间的变化。
由此可见，气液平衡相图具有很强的实用性，因为它可以研究气体与液体之间的独特关系，这种关系有时可以影响多组份系统的稳定性。
例如，某些物质在温度、压力和其他因素的影响下会呈现不同的相变，在某一温度下会形成气体或液体的稳定态，而在其他温度下气体和液体会发生态反转，这时用气液平衡相图就可以预测气体与液体状态之间的转换。
由此可见，气液平衡相图具有很强的实用性，可以用于研究各组分之间的平衡，有助于理解许多化学反应的稳定性。
它在许多工业、医疗、军事等和其他领域都有着重要的应用，因此对其了解具有重要的意义。
气液相平衡分析范文
气液相平衡分析范文气液相平衡是指在一定条件下，气体和液体之间达到平衡状态的过程。
这个过程通常发生在液体表面或液体内部的气液界面上，其平衡状态取决于温度、压力和溶质浓度等因素。
在气液相平衡分析中，我们可以借助一些热力学和动力学原理来进行定量分析，从而对气液相平衡的特性和行为有更深入的认识。
以下是对气液相平衡分析的一些讨论。
首先，我们可以从热力学的角度来分析气液相平衡。
根据吉布斯自由能降低原则，当气体和液体之间达到平衡时，系统的吉布斯自由能将达到最小值。
对于一个封闭系统，液体和气体之间的相平衡条件可以用亨利定律表示。
根据亨利定律，气体溶解在液体中的平衡浓度与该气体在气相中的分压之间存在一定的线性关系。
这个关系可以用下式表示：C=k*P其中，C为气体在液体中的浓度，P为气体在气相中的分压，k为Henry系数，代表了气液相平衡的特性。
这个关系还告诉我们，Henry系数与温度有关，通常随着温度的升高而增加。
这是因为在较高温度下，分子运动更加剧烈，气体分子更容易进入液体中。
另外一个重要的热力学参数是溶解度。
溶解度是指单位溶剂中溶质的最大溶解量。
溶解度通常用摩尔分数或质量分数表示。
在气液相平衡分析中，溶解度与热力学平衡有关。
当达到气液相平衡时，溶解度的值将不再改变。
对于非理想溶液，溶解度还与溶质间的相互作用有关，通常需要考虑活度系数的影响。
除了热力学分析，动力学也是气液相平衡中重要的分析方法。
一般来说，气体溶解在液体中的过程可以理解为气体分子通过表面扩散进入液体内部的过程。
因此，液体的表面积是影响溶解速率的重要因素之一、当液体表面积增加时，气体分子进入液体的速率将增加，因此溶解速率也会增加。
此外，在动力学分析中，我们还可以使用弗克定律来描述溶解过程的速率。
根据弗克定律，溶解速率正比于溶剂中的浓度差。
这个关系还告诉我们，溶解速率与溶质浓度和系统温度有关。
最后，气液相平衡分析还可以应用于一些实际问题的研究。
例如，在环境科学领域，气液相平衡分析可以用于研究大气和水体之间的气液交换过程，从而更好地理解大气污染物对水体的影响。
气液相平衡在吸收操作中的意义
气液相平衡在吸收操作中的意义气液相平衡在吸收操作中扮演着重要的角色。
在化工工业领域，吸收操作被广泛应用于各种进程中，如气体净化、废气处理、原料气体提纯等。
气液相平衡的意义在于，它决定了气体在液体中的溶解度和吸收效率，影响着操作的效果和经济性。
首先，气液相平衡的理论可以用来预测和计算气体在液体中的溶解度。
在吸收操作中，气体通常通过将其与溶剂接触来实现被吸收。
通过气液相平衡的理论和实验方法，可以确定吸收剂对目标气体的吸收能力，从而根据需求选择合适的吸收剂和操作条件。
对于液-液或固-液吸收操作，同样可以通过气液相平衡的方法来优化工艺条件和提高吸收效率。
气液相平衡还可以用来设计和优化吸收操作的设备。
吸收塔是常见的吸收操作设备，它通常包含了大量的填料或装置来增加气液接触面积，从而提高吸收效率。
通过气液相平衡理论，可以确定吸收操作中所需的塔高、填料种类、填料尺寸和塔内液体分布等参数，以达到最佳的吸收效果。
此外，气液相平衡理论还可以用来优化吸收塔的操作条件，如进料速率、温度和压力等，从而在保证吸收效率的前提下降低能耗和操作成本。
此外，气液相平衡还可以用来解释和预测吸收操作中的现象和特点。
例如，吸收过程中液体中的浓度变化、气体从气相到液相的传质过程、溶剂对气体的选择性等都可以通过气液相平衡理论进行描述和解释。
通过对气液相平衡的研究，可以帮助理解吸收操作中的反应机理和影响因素，从而开发新的吸收剂和改进吸收操作的方法。
最后，气液相平衡在吸收操作中的研究也有助于环境保护和能源利用。
吸收操作常用于废气处理和气体净化，通过将有害气体吸收到液体中，达到去除有害物质和净化气体的目的。
气液相平衡的研究可以帮助选择合适的吸收剂和操作条件，以提高废气处理的效率和净化程度。
此外，一些吸收操作还可以用来分离和回收溶剂和有价值的化合物，实现能源利用和资源回收。
综上所述，气液相平衡在吸收操作中具有重要的意义。
它不仅能够预测和计算气体在液体中的溶解度，设计和优化吸收操作的设备，解释和预测吸收操作中的现象和特点，还有助于环境保护和能源利用。
气液两相处于平衡时的特征
气液两相处于平衡时的特征
气液两相处于平衡时，是指气体和液体两种物质在一定条件下达到平衡状态，
不再有净的物质转化或迁移的过程。
在这种平衡状态下，气相和液相之间存在一系列特征，这些特征对于理解和应用气液平衡有着重要的意义。
首先，气液两相在平衡时具有相同的化学势。
化学势是描述物质在平衡状态下
参与反应或转化的趋势的物理量，气液两相达到平衡时，化学势相等是平衡状态的必然结果。
这一特征表明在平衡状态下，气相和液相之间的物质转化趋势达到平衡，体现了平衡态的稳定性。
其次，气液两相平衡时的温度、压力和化学组分之间存在着一定的关系。
根据
气相和液相的性质，气液平衡的温度和压力条件可以通过平衡常数或者化学反应的热力学公式来确定。
这种关系可以帮助我们在实际应用中准确地控制气液平衡的条件，实现气液相平衡的控制和调节。
此外，气液两相平衡时，气相和液相的物理性质也会发生一些特殊的变化。
比如，气相和液相的密度、粘度、热容等物理性质在平衡状态下可能会发生变化，这些变化对于气液平衡的稳定性和性质有着重要的影响。
理解和掌握气液平衡时的物理性质变化，有助于我们更好地理解和应用气液平衡的原理。
总的来说，气液两相处于平衡时的特征涉及到化学势的平衡、温度、压力和化
学组分的关系，以及气液两相的物理性质的变化等方面。
通过深入研究和理解气液平衡的特征，我们可以更好地应用气液平衡的理论和原理，实现气液相平衡的控制和调节，为气液相平衡的研究和应用提供理论和实践基础。
气液相平衡分析
气液相平衡分析
在吸收操作中，气体总量和溶液总量都随吸收的进行而改变，但惰性气体和吸收剂的量则始终保持不变，因此，常采用物质的量比表示相的组成，以简化吸收过程的计算。
X或y 表示。
XA
XA
nA
XA
?
式中?YA——混合气中组分A对组分B的物质的量比；
nA，nR——组分A与B的物质的量，kmol
yA——混合气中组分A的摩尔分数。
在一定温度和压力下，混合气体与液相接触时，溶质便从气相向液相转移，而溶于液相内的溶质又会从溶剂中逸出返回气相。
随着溶质在液相中的浓度逐渐增加，溶质返回气相的量也逐渐增大，当单位时间内溶于液相中的溶质量与从液相返回气相的溶质量相等时，气相和液相的量及组成均不再改变，达到动态平衡。
它是吸收过程的极限，它们之间的关系称为相平衡关系。
???
?。
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指系统与平衡的偏离程度 气相推动力 pA−pA*或y-y* 或 液相推动力 CA*−CA或x*-x −
y*
x
x*
3、过程的极限 、
气液两相达到相平衡关系 动态平衡， 吸收速率= （动态平衡，即吸收速率 解吸 速率） 速率）
吸收塔 设塔足够高： L减小，X1增大，X1max=X1*=Y1/m; L增大, Y2减小,Y2min=Y2*=mX2 V Y1 L X1 V Y2 L X2
二、亨利定律 1、相组成表示法： 、相组成表示法：
气相组成表示——y，Y，p, P 气相组成表示 液相组成表示——x，X,，CA，CM 液相组成表示
和摩尔分数x ⑴ 质量分数 w 和摩尔分数x
定义：混合物某组分的质量(物质的量）与混合物的 质量(物质的量）之比。
wA =
摩尔分数换算 成质量分数
mA m
第二节 气液相平衡
本节主要介绍气液两相的平衡关系， 本节主要介绍气液两相的平衡关系，通过平衡关系可 以指出吸收过程能否进行， 以指出吸收过程能否进行，判定进行的方向及过程的 极限。 极限。 内容： 内容： 平衡溶解度 相平衡与吸收过程的关系
一、平衡溶解度
平衡溶解度—— 气液两相达到平衡 平衡溶解度 时，溶质在液相中的浓度，CA* 溶质在液相中的浓度， 平衡分压—— 气液两相达到平衡时， 气液两相达到平衡时， 平衡分压 溶质在气相中的分压， 溶质在气相中的分压，pA* 溶解度曲线——在一定温度下，溶质 在一定温度下， 溶解度曲线 在一定温度下 的平衡分压与溶解度间的关系。 的平衡分压与溶解度间的关系。
为溶液的总摩尔浓度， 为溶液的总摩尔浓度，
CM =
ρM
MM
溶液平均密度 溶液平均分子量
稀溶液中， 稀溶液中，
Hρ s E≈ Ms
各常数E、 、 都是表示溶解度的程度 都是表示溶解度的程度. 各常数 、H、m都是表示溶解度的程度. 对易溶溶质： 小 对易溶溶质： H小，E小，m小; 小 小 对难溶溶质： 大 对难溶溶质： H大，E大，m大。 大 大
nA xA = n
wA
M AxA = M AxA + M
wA M A wA w + B M A M B
B
xB
质量分数换算 成摩尔分数
xA =
⑵质量浓度和摩尔浓度
ρ
c
关系：
i i
m = V n i = V
i
m i ni M i ρi = = = ci M i V V
⑶质量比和摩尔比
定义：混合物中某两个组分的质量（摩尔）比
mX 1 + (1 − m) X
很小，分母趋于1， 对于稀溶液，X 很小，分母趋于 ，即 1+（1-m）X=1 则 Y*=mX
4、亨利定律各系数间的关系 、
m = E/P E=HCM
p* E E * = x⇒ y = x = mx p p p
C p = Ex = E = HC CM
*
C=CMx
CM
例题
CO2分压为 分压为0.5[大气压 的混合气体分别与 大气压]的混合气体分别与 大气压 的混合气体分别与CO2浓 度为0.01 [ kmol/m3] 和0.05[kmol/m3]的水溶液 度为 接触，系统温度均为25℃ 接触，系统温度均为 ℃。气液平衡关系 P*=1.64×103 · x[大气压 。 大气压]。 × 大气压 试求上述两种情况下两相的推动力（ 试求上述两种情况下两相的推动力（分别以气相 分压差和液相浓度差表示），并说明CO 分压差和液相浓度差表示），并说明 2在两种 ），并说明 情况下属吸收还是解吸。 情况下属吸收还是解吸。
′
x X = 1− x
y Y= 1− y
Y y= 1+Y
X x= 1+ X
2、道尔顿定律 、
定温下，在稀溶液中， 定温下，在稀溶液中，溶剂的蒸气压等于纯溶剂的 蒸气压乘以溶液中溶剂的摩尔分数。 蒸气压乘以溶液中溶剂的摩尔分数。 pA= P⋅ yA ⋅ C A= C M ⋅ x A
CM = n A + nS （A与S的总质量） M ρ L / = = V V M
（液相中） 液相中）
当稀溶液， 很小时， 当稀溶液，xA很小时，
CM ≈
ρS
MS
3、亨利定律 、
一般约小于500kPa）， 当总压不高时（一般约小于 ），
在一定温度下， 在一定温度下，对多数气体稀溶液的溶 解度曲线，是为一直线。 解度曲线，是为一直线。也即溶质在液
相中的浓度C 与气相中的平衡分压p 相中的浓度 A与气相中的平衡分压 A成正 比。
x=0.05， y=0.1，y*=0.94x y*=0.94×0.05=0.047 < y x*=0.1/0.94=0.106 > x x=0.1，y=0.05 y*=0.1×0.94=0.094 > y x*=0.05/0.94=0.053 < x 解吸 解吸
y
吸收 吸收
x
2、过程的推动力 、
例题
解题思路： 解题思路： 已知一个系统中气相浓度p和液相浓度 ， 已知一个系统中气相浓度 和液相浓度c， 和液相浓度 其传质推动力为p-p*或c*-c。 其传质推动力为 。 由此可见， ）气相表示： 由此可见，1）气相表示：c→x→p*→p-p*，判别 2) 液相表示：p→x→c*→c-c*， 判别 液相表示：
1、溶解度曲线 、
相律 自由度F 自由度 =C-ф+2 对于吸收操作，组分数C=3，相数 对于吸收操作，组分数 ，相数ф=2 ∴F=3-2+2=3 独立变量数为3——压力 ，温度 ，气相中溶液分 压力P，温度T， 独立变量数为 压力 或液相浓度C 压pA或液相浓度 A
溶解度曲线
在一定温度下， 在一定温度下，分压是直接决定溶
nA CA = V
CM
n A + nS = V
[ kmol/m3]
nA 摩尔分数—— x A = (液相中 液相中) 摩尔分数 液相中 n A + nS
nA 摩尔比—— X = 摩尔比 nS
(液相中 液相中) 液相中
nA 气相中） （气相中） yA = ′ ′ nA +nB ′ nA 气相中） （气相中） Y = ′ nB
二、相平衡与吸收过程的关系
相平衡关系描述的是气、 相平衡关系描述的是气、液两相接触 传质的极限状态。 传质的极限状态。 判别过程的方向 计算过程的推动力 指明过程的极限
1、判别过程的方向 、
pA P ( pA ,cA) pA *
pA* cA c A*
pA c A*
Q ( pA ,cA)
cA
气体溶解于液相，关键在于气相中被吸收组分的分压 气体溶解于液相， pA 当 pA>pA* 或CA * >CA ， 吸收操作 当 pA<pA *或CA * <CA ， 解吸操作
不同表达式
（1） p* =Ex E—亨利系数，kPa；由实验测定，单位与压强单位一致。 亨利系数， 亨利系数 ；由实验测定，单位与压强单位一致。 T↑ E↑ 溶解度 ↑ ↑ 溶解度↓ （2） p*=HC （3） y* =mx （4） Y * = H —溶解度系数,单位 3· kPa / kmol 溶解度系数, 溶解度系数 单位:m m—相平衡常数 相平衡常数
O2 p* SO2 NH3 (30℃) (10℃)
解度的参数。 解度的参数。
由图可知， 由图可知，要得到一定浓度的 溶液，易溶气体所需分压低， 溶液，易溶气体所需分压低， 难溶气体所需分压高， 难溶气体所需分压高，即 p*O2>p*SO2>p*NH3， 易溶程度： 易溶程度：NH3>SO2>O2
cA (或xA) 或ຫໍສະໝຸດ 平衡溶解度图换算关系mA W= mB
W w= 1+W
nA X = nB
X x= 1+ X
MA W =X MB
⑷气体混合物
摩尔分数
pA yA = P
摩尔浓度
nA pA cA = = V RT
nA pA Y= = nB PB
摩尔比
⑸气液两相组成的表示方法
摩尔浓度——单位体积混合物中所含溶质的 单位体积混合物中所含溶质的kmol数 摩尔浓度 单位体积混合物中所含溶质的 数