气液相平衡

四、吸收平衡线在吸收过程中的应用 〖新课展开〗
2.确定吸收推动力 吸收推动力的概念 在吸收操作中通常用实际气液相组成对平衡组成的偏离程度 来表示吸收过程的推动力。过程推动力越大，则过程的速率越快。 吸收推动力的表示方法 推动力可以用Y-Y*或X*-X来表示。 例5 在总压为1200kpa、温度为303k的条件下，含CO2 5%（体积分数）的气体与含 CO2 1.0g/L的水溶液接触，试判断CO2的传递方向。已知303K时CO2的亨利系数 E=1.88×105kPa。 计算向导：判断CO2的传递方向，就是判断是发生吸收还是解吸过程，实际上是 比较CO2在气相中的实际分压与平衡分压的大小。 CO2在气相中的实际分压：
问题2 吸收过程中，气相浓度用什么 符号表示？液相呢？ 回答—气相浓度用Y或y表示、也可以用 分压表示；液相浓度用符号X或x表示。
图1 氨在水中的溶解度曲线图
一、气液相平衡
在吸收过程中，当气液两相间的传质达到动态平衡时，它们之间的关系称为 气液相平衡关系。 例1 气液相平衡时，气体溶质在液相中的浓度xA最______；气体溶质在气相 中的浓度yA最_____。
xA* pA 2666 0.02832 E 94120
答：其液相平衡浓度xA*为0.02832。
四、吸收平衡线在吸收过程中的应用 〖新课展开〗
1. 判定吸收过程进行的程度和方向 (1) 吸收过程状态图，如图4所示。 图中A点位于吸收平衡线的上方，在该区域内，Y﹥Y*，X*﹥X，属于吸收过程。
A Y Y* Y Y* X X X* X* X (X*) B
Y (Y*)
C
图4吸收过程状态图
图5解吸过程状态图
图6平衡状态表示图
(2) 解吸过程状态图，如图5所示。 B点位于平衡线下方区域，在该区域内， Y* ﹥Y ，X ﹥X* ，属于解吸过程。 问题6 为什么位于平衡线下方的操作点属于解析过程？ 回答——因为B点实际的液相浓度X比平衡浓度X*要大，也就是说溶质在液相的浓 度太大了，因此，就有溶质从液相逸回气相，此过程为解析过程。 (3) 平衡状态表示图，如图6所示。 C点位于平衡线上，此时Y=Y*，X*=X ，过程处于平衡状态。
(2)氨在水中的溶解度曲线，如图1所示。由图1可知、氨在气体在水中的溶解度
在相同的温度下随压力的增大而_________增大；在相同压力下随温度的升高 而_________降低。 A. 增大 降低 B. 降低 增大 C. 增大 增大 D. 降低 降低 回顾2 吸收过程进行的依据是混合气体中各组分的溶解度不同。吸收是因为 存在浓度差才得以进行的。
通过亨利定律可以知道，易溶气体的亨利系数较小，难溶气体的亨利系数较 大。亨利系数E随温度升高而增大，随压力增大而减小。
二、相平衡关系式
如果混合气体气相中溶质含量用y表示，将亨利定律方程 的左右两边同时除以总压P可得——： y* E x 式中E/P=m, m——相平衡系数；
问题4 已知： Y
知识点编号：ZYKC20112902020502
吸收中气液相平衡
回顾1 气体的溶解度是指溶质在一定温度和压力下，溶解在液相的最大浓度。 问题1 单项选择题 (1)在101.3kpa、298K时几种气体在水中的溶解度〔单位g/1000g(H2O)〕，如 表1所示。从表1可以看出，在相同温度和压力下，不同种类的气体在同一溶剂 中的_________具有很大的差异。溶解度大的气体称为易溶气体，溶解度小的 气体称为难溶气体。 A. 溶解度 B.浓度 C. 挥发度 D.体积 表1 在101.3kpa、298K时几种气体在水中的溶解度〔单位g/1000g(H2O)〕 H2 0.00145 N2 0.016 O2 0.037 CO2 1.37 H2S 22.8 SO2 115 NH3 462
一、气液相平衡
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在总压wenku.baidu.com太高，温度一定的条件下，对于稀溶液，气液相平衡时，气液浓 度有一定的关系（相平衡关系）——亨利定律。
p* Ex
（1）
式中 p* ——气相中溶质的平衡分压，Pa； x ——液相中溶质的摩尔分数； E ——亨利系数，Pa； 从式（1）我们可以看出，当p*一定时，E与x成反比。
一、气液相平衡
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问题3 易溶气体和难溶气体，在同样条件下，溶解于吸收剂中，液相的浓度 （溶解度）x哪个大？ 回答——易溶气体在液相的浓度（溶解度）x大。 例2 气体的溶解度随温度和压力如何变化？ ——气体的溶解度随温度升高而减小，随压力升高而增大。
例3 E值越大，气体是越易溶还是越难溶？——对某一气体而言，亨利系数 越大，溶解度越小，气体越难溶。
（3）
mX
因为X很小，因此(1-m)X≈0， 相平衡关系式 Y * 1 (1 m) X
可简化成
Y* mX
三、吸收相平衡线
对于相平衡关系
Y* mX 1 (1 m) X
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标绘于Y-X坐标系中，吸收相平衡曲线如图2所示。
图2 吸收相平衡线
图3 吸收相平衡线（X很小）
将 Y*=mX标绘于Y-X坐标系中，吸收相平衡曲线（X很小）如图3所示。 问题5 平衡线上任何一点表示什么意思？ 回答——平衡线上任何一点表示气液两相浓度呈平衡状态。 例4 20℃下，气氨溶解于水中，亨利系数为94120Pa，当达到吸收平衡后，含 氨混合气（气相）中氨的分压为2666 Pa时，其液相平衡浓度xA*为多少？ 解 根据亨利定律 可知 p* Ex
P
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p* Ex
y x E ； X y * x mx 将演变成怎样的公式? ，那么 1 y 1 x P
Y* mX 1 (1 m) X
回答--相平衡关系式
(2)
Y*——平衡时气相中溶质的摩尔比； X*——液相中溶质的摩尔比； 对于稀溶液，式（2）可以简化为：
Y* mX
p P y 1200 0.05 60kpa
由于CO2在水中的浓度很小，故该溶液的摩尔质量和密度可以看作与水相同，查 附录得，水在303K时，密度为996kg/m3， CO2在液相中的平衡分压： p* Ex 1.88105 (1/ 44) /(996/ 18) 77.3kpa 通过计算得出： p* p 所以二氧化碳由液相向气相进行传质，发生解吸过程。