4.2.气液相平衡解析

0.1( 摩 尔 分 数 ) 的 空ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ气 与 含 有 CO2 摩 尔 分 数 为
0.00002的水溶液接触，试判断CO2的传质方向，
并计算传质推动力。
* 1
G，y1
L，x1
2.吸收尾气的最小组成 y2 min
吸收塔很高、吸收剂用量很大时，最小极限组 * 成 y2 min 为吸收剂入口组成x2的平衡气相组成,即 y 2
G，y2
L，x2
y2 min y mx2
* 2
G，y1
L，x1
【 例 】 在 温 度 20℃ 、 总 压 0.1MPa 下 ， 含 有 CO2
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。
易溶气体所需分压低，难
溶气体所需分压高， PO2>PCO2>PSO2>PNH3 ，溶解 程 度NH3>SO2>CO2>O2
（三）总压对溶解度的影响
（1）当总p、气相中溶质y 一定时，吸收温度下降，溶解度 大幅度提高，吸收剂常常经冷却后进入吸收塔。 （ 2 ）在一定的温度下，气相中溶质组成 y 不变，当总压 p 增加时，在同一溶剂中溶质的溶解度 x 随之增加，这将有利 于吸收，故吸收操作通常在加压条件下进行。
结论：
1. 加压和降温有利于吸收操作过程。
2. 减压和升温则有利于解吸操作过程。
二、亨利定律
（1）亨利定律内容 总压不高时，在一定温度下，稀溶液
上方气相中溶质的平衡分压与溶质在液相
中的摩尔分率成正比，其比例系数为亨利 系数。
p Ex
* A
p Ex
* A
p
x ——溶质在液相中的摩尔分率；
第二节 气液相平衡
一、溶解度
平衡状态：
在一定压力和温度下，使一定量的吸收剂与混合气体 充分接触，气相中的溶质便向液相溶剂中转移，经长时 间充分接触之后，液相中溶质组分的浓度不再增加，此 时，气液两相达到平衡，此状态为平衡状态。
饱和浓度：
气液平衡时，溶质在液相中的浓度（溶解度）。
平衡分压：
气液平衡时，气相中溶质的分压。
三、汽液相平衡在吸收中的应用
（一）溶质的传质方向与传质推动力
吸收
解吸
（二）吸收塔的吸收液及尾气的极限浓度 1.吸收液的最大组成 x1max 吸收塔很高、吸收剂用量很小时，最大组成 x1max * 为塔底混合气入口组成y1的平衡液相组成 x1 ，即 G，y2 L，x2
x1max x y1 / m
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
H — 溶解度系数，kmol溶质/（kPa·m3溶液）
cA — 溶液中溶质的浓度，kmol溶质/m3溶液；
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
② T m
p m
M 与 E的关系：
* pA py* Ex
E y x mx p E m p
*
p — 总压。
3）Y * mX
摩尔比的定义： 气相中溶质的物质的量（摩尔数） y Y ＝ 气相中惰性气体的物质的量（摩尔数） 1 y 液相中溶质的物质的量（摩尔数） x X ＝ 液相中惰性气体的物质的量（摩尔数） 1 x X Y x ,y (带入y* mx) 1 X 1 Y mX Y* 1 (1 m) X 当液相组成X很小时，可表示为： Y * mX
（一）平衡分压与溶解度的关系
结论：
SO2 在 水 中 的 平 衡 溶解度随气相中 SO2 的 分 压 增 大 而 增大，随温度的减 小而增大。
（二）不同气体在同一吸收剂中的溶解度
易溶气体： 溶解度大(溶剂为水)的气体，如NH3、HCL等 难溶气体： 溶解度小(溶剂为水)的气体，如O2、H2等 结论： 要得到一定浓度的溶液，
— 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。