气液相平衡关系

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1、气液相平衡关系河北化工医药职业技术学院教案二、气液相平衡关系平衡状态：在一定压力和温度下，当吸收和解吸速率相等时，气液两相达到平衡。相平衡关系：吸收过程中气液两相达到平衡时，吸收质在气相和液相中的浓度关系1.气体在液体中的溶解度（图8-1）平衡时溶质在气相中的分压称为平衡分压，用符号pA表示；溶质在液相中的浓度称为平衡溶解度，简称溶解度：它们之间的关系称为相平衡关系。结论：①在相同的吸收剂、温度和分压下，不同溶质的溶解度不同;②分压一定时，温度越低，则溶解度越大。较低的温度有利于吸收操作;③温度T一定时，分压P越大，溶解度越大。较高的分压有利于吸收操作;④加压和

2、降温对吸收操作有利。2.亨利定律（1）亨利定律亨利定律内容：在总压不太高，温度一定的条件下，稀溶液上方溶剂的平衡分压pA与溶质在液相中的摩尔分数xA成正比，比例系数为亨利系数E。即：PA?ExA形式一E—-亨利系数，Pa讨论：①E的来源：实验测得，查手册②E的影响因素•：溶质、溶剂、T»物系一定时，T??E?③亨利系数表示气体溶解的难易程度。E大的，溶解度小，难溶气体：E小的，溶解度大，易溶气体。（2）亨利定律的其它形式①溶质在液相中的浓度用量浓度cA表示，气相用分压pA表示，则：pA?????cA形式二H第页河北化工医药职业技术学院教案H一一溶解度系数，实验测

3、定。T??H?溶解度I溶解度系数表示气体溶解的难易程度。易溶气体，Ht:难溶气体，HI。溶解度系数H和亨利系数E的关系:H??剂EM剂②溶质在气液相中的浓度均用摩尔浓度表示，则：yA?pE??xA?mxA形式三PPm一一相平衡常数。m?EP是温度和压强的函数。讨论：1)P一定时，溶解度I。升温不利于吸收；2)t一定时，T??m?p??m?溶解度1°加压有利于吸收。③溶质在气液相中的浓度均用比摩尔分数表示时，YA??l?YA?mmXAXA?整理得：YA?形式四l?(l?m)XAl?XA比摩尔分数表示的气液相平衡关系。(3)吸收平衡曲线在X?Y坐标系中是一条经原点的

4、曲线，称为吸收平衡线，如图8-2(a)所示。当溶液很稀时，XA很小，上式简化为：YA?mXA上式在X-Y坐标系中表示为一条经原点、斜率为m的直线。如图8-2(b)所示。亨利定律的几种表达形式也可改写为：?x?P,c?HPEx?yY,X?mm必须指出，亨利定律是一个低压、稀溶液定律，它对常压或接近常压下的难溶气体较为合适，而对易溶气体则仅适用于低浓度的狭小范围。一般要求亨利定律的应用条件为：操作总压pW500kPa,混合气中的溶质含量要小于10虬第页河北化工医药职业技术学院教案例题：在常压及20℃下，测得氨在水中的平衡数据为：0.5gNH3/100gH20浓度为的

5、稀氨水上方的平衡分压为400Pa,在该浓度范围下相平衡关系可用亨利定律表示，试求亨利系数E,溶解度系数H,及相平衡常数m。(氨水密度可取为1000kg/m3)解：由亨利定律表达式知：pE?x?0.00527x?0.5/170.5/17?100/18,亨利系数为E?y乂?mx»而p400??7.59?104Pax0.00527p?400?0.00395y?51.01?10P・•・相平衡常数・••溶解度系数为：m?0.003950.00527?0.75p?cHc?0.5/17?0.293kmol/m30.5710010000.293?7.33?10?4kmol/m3

6、?Pa400H?或由各系数间的关系求出其它系数1000?7.32?10?4kmol/m3?Pa4EMs7.59?10?184E7.59?10?0.749m??3P101.33?10H??s?（4）相平衡在吸收过程中的应用①确定吸收推动力吸收推动力：吸收质在气液相中的实际状态与平衡状态的偏离程度来表示。即：?c?c?X?X?X?YA?YA?YA?pA?pA?pAA?cAAAA??过程的推动力愈大，则过程的速率愈快。第页河北化工医药职业技术学院教案②判断吸收能否进行pA?pA吸收质由气相向液相传质，吸收过程平衡状态吸收质由液相向气相传质，解吸过程pA?pApA?pA

7、吸收过程必备条件：y?y或x>xp?pAAcA?cA[例8~3]三、吸收机理1.传质的基本方式两种方式：分子扩散及涡流扩散（1）分子扩散：在静止或层流流体中，若某一组分存在浓度差，则因分子无规则的热运动使该组分由浓度较高处向浓度较低处的转移过程。发生在静止或层流流动的流体中，其推动力为浓度差，分子扩散速率取决与扩散物质和流体的温度及某些物理性质。一般情况下，液相中的扩散速率远远小于气相中的扩散速率。（2）涡流扩散：依靠流体质点的湍流流动和涡流运动将物质由高浓度处向低浓度处的转移过程。涡流主要取决与流体的湍动程度。其扩散速率远大于分子扩散速率。（3）对流扩散:湍流

8、主体的涡流扩散和层流内层