2气液相平衡

T↑→ xA*↓ 温度愈低，愈有利于吸收。
But，在实际吸收操作时，已选 择确定了某一合适的吸收温度。
∴ x*A f P, pA
2.1Solubility at equilibrium ～平衡溶解度
⑵Affection of pressure
实验证明:When P is less than 5 atm, the affection may be neglected by pressure on the equilibria for system. Commonly the pressure in the system of absorption operation < 5 atm. Then xA* = f (pA) or pA*= f (xA) 如 Fig. 8-3，at T=30℃,
C*A = f T, P,pA
2.1Solubility at equilibrium ～平衡溶解度
⑴ Affection of temperature 分析相图Fig. 8-3，
For example: at pA= 20 kPa， T=30℃, xA*= 0.12； T=60℃, xA*= 0.045.
2.1Solubility at equilibrium ～平衡溶解度
从宏观上看，吸收过程终止，即气液两相达 到相平衡。显然，此时A在液相中的浓度最大。
此浓度称为饱和浓度，或溶质A的溶解度CA※. ∴ Definition solubility:
C*A
=
kg kg
A Solution
or
kg A M3 Solution
2.1 Solubility at equilibrium
3 Differences of solubility of
gases in liquid
O2 : Oxygen CO2: Carbon Dioxide SO2 : Sulphur Dioxide NH3: Ammonia
如图, 由实验测得T=293 K下 SO2, CO2, NH3 and O2 在水中的溶 解度曲线。显然，在一定温度和分 压下，不同气体得溶解度相差很大。
2.1Solubility at equilibrium ～平衡溶解度
1. Solubility curve ～溶解度曲线 Assume: that only one component is transferred between phases . According to the phase rule of F= c – p + 2, p=2 and there are three components, c=3.
2.1Solubility at equilibrium ～平衡溶解度
在进行具体计算时，需要相关的平衡数据。若手算，人 工查图或查表；若机算，则可将图或表上的相关数据 进行经验回归，得到经验回归方程xA* = f (pA) or pA*= f (xA) 提供于计算机使用。
⑷ Conclusions: a.系统压力不太高时的等温吸收，可认为气体在液体 中的溶解度只取决于该气体的分压； b.吸收操作的适宜条件：低温高压。
一、The solubility of gas in the liquid
3 Differences of solubility of gases in liquid phase CCO2*/ CO2*= 28倍， CNH3*/ CSO2*＝43倍
∴ 根据气体在水中溶解度的大小，可把气体大 致分为如下四类： 难溶气体 ～ O2难溶于水, 非常难以吸收； 较难溶气体～ CO2居中↑ ， 较难吸收； 较易溶气体～ SO2居中↓, 较易吸收；
2.1 Solubility at equilibrium ～平衡溶解度
二、 Henry’s law～亨利wk.baidu.com律
2 Relationships among E, H and m
∵
p = e
C AH
=
C AH
C C
M M
=
H
CM
x
Where ：CM=total mole concentration
Equilibrium between liquid and gas
2.1Solubility at equilibrium
～ ⑴ limitation of
平衡溶解度
gas absorption
一.The solubility of gas in the liquid
At T and P, S + mixture of gases of A+B, intimate contact 。随着两者的不断接触，solute A from gas phase →transfer to liquid phase, until液相 中solute达到un-saturation。
2.1Solubility at equilibrium ～平衡溶解度
溶解度曲线的3种表示方式，即3 种气～液平衡相图(简称相图)。
2.1Solubility at equilibrium ～平衡溶解度
For example Fig .8-4， p=101.3kpa，t=40℃, all points of (ye , xe ) on the curve pertain to (关于）the same temperature and pressure.
§2.2相平衡与吸收过程的关系
二.指明吸收过程的极限 ★ x1,max= x1e= y1/m ～溶剂离开塔底时 的最高含量 ★ y2,min= y2e= mx2 ～气体混合物离开 塔顶时的最低含量
4 Henry’s law suits for some conditions
⑴ 适合常压或接近常压下的难溶气体; ⑵ 对易溶气体只适宜于低浓度; ⑶ 气相组份分压→常压。
5 用比摩尔分率表示的亨利定律
比摩尔分率：L～phase: X = CAL/Cs V～phase: Y = CAG/CB
Obviously, x=X/（1+X）, y=Y/(1+Y)
由Fig.8-3 ： pe = Ex
(8-1)
Fig.9-3 ： pe = HCA
(8-2)
Fig.8-4 ： ye = mx
(8-3)
上3式中E、H 和 m 是溶解度曲线在O点附近的斜率，即以不
同单位表示的亨利常数。
∵ H 的因次是pa/(kmol/m3) or pa/( kg/ m3)，
∴ H 也称为溶解度系数；
例: at P=101.3kpa, T=20℃, ye＝0.94x. x=0.05 Dilute solution ammonia 与 y=0.1 mixture of NH3+air Intimate contact。 此时, absorption or de-absorption?
How to determine?
According to phase diagram.
或根据气相传质推动力：y ＞ ye 或根据液相传质推动力：x ＜ xe,
ye＝0.94×0.05=0.047 < y=0.1
Absorption
§2.2相平衡与吸收过程的关系
一、判别过程的方向
吸收or 解吸?
x=0.1 Dilute solution ammonia 与
易溶气体 ～ NH3易溶于水，非常容易吸收。
2.1 Solubility at equilibrium ～平衡溶解度 二、 Henry’s law～亨利定律
1 Henry’s law ～稀溶液(？)下的溶解度
For dilute solution, namely, 在原点附近，
Straight line through point o
∵ E 的因次是pa
∴也称E为Henry efficient；
∵ m 无因次
∴ 又称m为相平衡常数。
2.1 Solubility at equilibrium ～平衡溶解度
1 Henry’s law ～亨利定律
经验回归方程 pA*= f (xA) :
O2 : pA*= 73300CO2 CO2: pA*= 2580C CO2 SO2 : pA*= 36.5C SO2 NH3: pA*= 1.38C NH3
y=0.05 mixture of NH3+air Intimate contact。
According to phase diagram.
或根据气相传质推动力： y ＜ye 或根据液相传质推动力： x ＞xe
ye＝0.94×0.1=0.094> y=0.05
Stripping
§2.2相平衡与吸收过程的关系
pA=20 kPa, xA*= 0.12； pA=40 kPa, xA*= 0.19. 即：pA愈高，愈有利于吸收。
2.1Solubility at equilibrium ～平衡溶解度
⑶ 因气液平衡理论研究尚不完善，气液相平衡数据一般 都是对特定物系进行实验测定的。 测定的结果或用相图表示，或用表格表示。
2.1 Solubility at equilibrium
For example: at Pi=20kpa CO2* = 0.00028 kmol/m3 , CCO2* = 0.0078 kmol/m3, CSO2* = 0.337 kmol/m3, CNH3*= 14.71 kmol/m3.
2.1 Solubility at equilibrium ～平衡溶解度
2 Factors affecting on solubility ∵ According to the phase rule, F =3 ∴ In the four variables of T, P, pA and cA, there are
three independent variables only. where: pA ～ partial pressure of A in gas phase.
Conclusion:
if y> ye or x < xe , that is, point A locating in the region of up-left the equilibrium , then absorption;
if y< ye or x > xe , that is, point A locating in the region of downright the equilibrium , then stripping.
It is dynamic balance at the moment which concentrations of A are constant within L &V, that is, the amount of molecules of A entering in L phase = the amount of molecules of A escaping from L phase.
[kmol(A+S)/m3Solution]
∴
E=HCM , m=E/P
3 Feature of E , H and m
⑴ T↑→ E , H and m ↑ (See p366 Table 2) ⑵ 在同一溶剂中，E↑→愈难溶。
∴by E可定量判断吸收过程的难易程度。
2.1 Solubility at equilibrium ～平衡溶解度
F= 3–2+2=3 There are four variables: Pressure, Temperature, and the concentrations of component A in liquid and gas. The temperature and pressure may be fixed. One concentration may be chosen as the remaining independent variable. The other concentration is then determined.
Substitute them into y=mx:
Ye = m X 1+ Ye 1+ X
Ye
=
1
+
mX
1- m
X
溶液很稀时, X very very small, 1+ (1-m)X→1
∴ Ye=mX ～ 在吸收计算中使用最为广泛。
§2.2相平衡与吸收过程的关系
一、判别过程的方向
吸收or 解吸?