4.2.气液相平衡解析

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。（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，易溶气体所需分压低，难溶气体所需分压高，PO2PCO2PSO2PNH3，溶解程度NH3SO2CO2O2（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。Exp*A讨论：①E的影响因素：溶质、溶剂、T物系一定，ET②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。——溶质在气相中的平衡分压，kPa；x——溶质在液相中的摩尔分率；E——亨利常数，单位同压强单位。Exp*A*Ap1）HcpA*A（2）亨利定律其它表示方式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HT3.温度对H的影响：kmolkgMmkgMckmolkgMmkgMcss/,//,/3SS3溶剂的摩尔质量—溶剂的密度，—对于稀溶液溶液的平均摩尔质量—溶液的密度，—SSEMHH与E的关系：xHcccHcpA*AEcH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。②mTmp2）mxy*y*——溶质在气相中的平衡摩尔分数；m——相平衡常数，无因次。M与E的关系：总压。—ppEmmxxpEyExpyp***AmXY*3）mXYXXmmXYmxyYYyXXxxxXyyY*)1(1*)*(1,111很小时，可表示为：当液相组成带入＝的量（摩尔数）液相中惰性气体的物质（摩尔数）液相中溶质的物质的量＝的量（摩尔数）气相中惰性气体的物质（摩尔数）气相中溶质的物质的量摩尔比的定义：。溶剂的摩尔质量，—；溶剂的密度，—；溶液溶质溶解度系数，—；总压，—；亨利系数，—汽液相平衡常数；—式中：之间的关系：及、kmolkgMmkgmkPakmolHkPapkPaEmHMmpEmHEssss//)/(33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.吸收液的最大组成吸收塔很高、吸收剂用量很小时，最大组成为塔底混合气入口组成y1的平衡液相组成，即max1xmax1xmyxx/1*1max1*1xG，y2G，y1L，x2L，x12.吸收尾气的最小组成吸收塔很高、吸收剂用量很大时，最小极限组成为吸收剂入口组成x2的平衡气相组成,即min2y2*2min2mxyy*2ymin2yG，y2G，y1L，x2L，x1【例】在温度20℃、总压0.1MPa下，含有CO20.1(摩尔分数)的空气与含有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。